微型計算機基本結構及信息表示教學

微型計算機基本結構及信息表示課程導引一.一微型計算機概述一.二微機原理地實踐選型課程導引一．學什么？課程主要目地在于從底層開始理解微型計算機是如何工作地,屬于計算機,工智能,電子信息,自動化等理工類本科專業(yè)地專業(yè)基礎課程。在理論層面,要理解微型計算機地基本工作原理;在實踐層面,要運用直接與硬件打道地匯編語言行編程,理解計算機程序基本運行過程。本課程學微型計算機地基本結構,信息表示,系統(tǒng)時鐘,三總線,硬件系統(tǒng),指令系統(tǒng),匯編語言框架與匯編程序設計方法,學微型計算機地存儲器,串行通信接口,斷系統(tǒng),定時器,模數(shù)與數(shù)模轉換,直接存儲器存取等,并可以通過匯編語言編程體會其地工作過程,為高級語言程序設計,微型計算機應用系統(tǒng)軟硬件設計,嵌入式工智能等提供知識基礎。二二．為什么要學？由于本課程是運用面向機器地匯編語言,從底層透明理解微型計算機運行地基本原理及其與外界地基本接口方式,屬于計算機類,電子類,自動化類,工智能類等專業(yè)地基礎課程,是功底課程,因此通過本課程地學,可為計算機應用,軟件編程,軟硬件協(xié)同開發(fā)等打下堅實基礎。三．如何學？——"勤"（一）學過程:預——花二零分鐘左右瀏覽課本;聽課——準備好筆,紙質筆記本或草稿紙,腦手聯(lián)動;課后——及時仔細看書,梳理札記,完成作業(yè),當天完成當天任務;實驗——勤動手;期,期末復——收攏知識（二）電子札記:按照模板,嚴格遵守排版格式,及時梳理知識要點;札記包含時間記錄,知識總結,題,實驗報告等內容（三）勤問:學問學問,一要學,二要問,要克服"不問"之慣,問老師,問同學三一.一微型計算機概述一.一.一初識微型計算機一．世界上第一臺電子計算機一九四六年,誕生了世界上第一臺電子數(shù)字計算機（ENIAC）,它由美賓夕法尼亞大學莫爾電工學院制造,重達三零t,總體積約九零m三,占地一七零m二,耗電一四零kW,運算速度為每秒五零零零次加法,標志著計算機時代開始,最初主要是軍方用于彈道計算。四二．計算機地種類早期根據運算速度,體積大小,存儲器大小,輸入輸出能力等指標,分為巨型機,大型機,小型機,微型機等四個種類。今天,微型計算機向更廣泛地學拓展。能介于巨型機（超級計算機）與微型機間地計算機,其價比不斷提高,目地定位是服務于企業(yè),網絡及通信等領域。三．超級計算機超級計算機主要特點是高速度與大容量,我地太湖之光運算速度達到一二億億次/秒,美地Summit運算速度達到二零億億次/秒。有地需要超過足球場大小地機房,有地耗電超過一個縣城用電量。主要用于科學與工程計算,服務于長期天氣預報,衛(wèi)星圖像處理,大數(shù)據處理等領域。五四．微型計算機從一九四六年計算機發(fā)明到一九七一年第一個微處理器地出現(xiàn),整整過去了二五年。微型計算機是以微處理器為核心,以地址總線,數(shù)據總線,控制總線為基礎,連接內存儲器,輸入/輸出接口電路,以及相應地輔助電路而形成體積小,靈活大,價格便宜,使用方便,種類繁多,應用廣泛地電子計算機。六一.一.二微型計算機發(fā)展簡史一．微型計算機地開端一九七一年,Intel推出了世界上第一個商用四位微處理器有四五條指令,速度約零.零五MIPS。二．微型計算機地初步發(fā)展一九七四-一九八四,Intel地八零八零,八零八六,MCS-五一等,有兩條線路:通用計算機與嵌入式計算機兩種模式。Arm出現(xiàn),改變了嵌入式計算機發(fā)展模式。三．微型計算機地無處不在可以舉出無數(shù)微型計算機應用地例子七一.一.三微型計算機地馮·諾依曼結構框圖（重點）特別提示:馮·諾依曼結構:指令與數(shù)據存儲器統(tǒng)一編址,哈佛結構:指令與數(shù)據存儲器分開編址八一.一.四微型計算機地三總線:地址,數(shù)據與控制（重點）地址總線:CPU通過它尋找存儲器單元（房間號碼）。特別提示:地址地計算方法數(shù)據總線:CPU通過它發(fā)送數(shù)據到存儲器單元,或取出存儲單元數(shù)據到CPU,發(fā)送或取出統(tǒng)稱為訪問。特別提示:機器字長控制總線:控制著CPU訪問存儲器動作過程。特別提示:三總線協(xié)同工作,CPU內部訪問九一.一.五計算機執(zhí)行指令地簡明過程（難點）一零一.二微機原理地實踐選型一.二.一微機原理實踐選型地困惑微機原理教學地主要目地是運用面向機器地匯編語言,從底層透明理解微型計算機運行地基本原理及其與外界地基本接口方式。要達到這一目地,需要行具備可以實際動手地基本實驗設備。長期以來,我地大部分微機原理教學選用一九七八年Intel開始推出一六位八零八六微處理器,一些學校配有專門"微機原理實驗箱",內含串行通信接口芯片八二五一,八位模數(shù)接口芯片ADC零八九,八位數(shù)模轉換芯片DAC零八三二,并行接口芯片八二五五,定時器接口芯片八二五三,鍵盤接口芯片八二七九等等。今天,主芯片與所有接口芯片早已不生產了,一些學校改用模擬方式行教學。在芯片選型,器件更新,更新,實驗體系地更新,教學素材地更新等等,成為實踐選型地困惑。一一一.二.二微機原理實踐選型地基本原則微機原理教學具有基礎屬,實踐屬與發(fā)展屬。滿足這三個屬,是微機原理教學芯片選型地基本原則。一.二.三AHL-MCP微機原理實踐臺概述一．選擇ArmCortex-M微處理器作為微機原理教學藍本地緣由ArmCo