北方工业大学微机原理第1讲 概述

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1、微机原理与接口技术袁俊杰北方工业大学 机械与材料工程学院微机原理与接口技术第1讲 概述课程安排p总学时： 共32学时，讲授28学时，实验4学时 上课时间：周三56节，周五34节p选用教材： 王健微型计算机原理及接口技术北京航空航天大学出版社p期末成绩评定： 平时成绩占40，期末考试60 平时成绩：实验10、作业15%、课堂表现与出勤152微机原理与接口技术第1讲 概述参考书非常多： 微机原理与接口技术 雷丽文 电子工业出版 微型计算机系统原理及应用 杨素行 清华出版社 微型计算机原理及应用 周明德 清华出版社 微型计算机接口技术 李大友 清华出版社 微型计算机原理与接口技术 裘雪红 西安电子科

2、大出版涉及80x86汇编语言程序设计和微机接口技术的均可微机原理与接口技术第1讲 概述课堂表现与出勤（重要）课堂成绩记录事项：缺勤、请假、优、差p缺勤、记录 差+2，迟到超过15分钟以上，差+1p禁止玩手机，发现一次，计入课堂记录单，记录差+1p课堂练习，作答基本正确，记录优+1p课堂提问，认真作答1次，记录优+1p优、差可相互抵消p平时成绩范围50-100分，从未出席0分。4微机原理与接口技术第1讲 概述微机微机 原理原理 及 接口接口 技术技术典型机型：Power PC、Pentium系列PC16位微处理器：8086系列CPU工作原理I/O接口电路及与外设的连接硬件接口电路原理 软件接口编

3、程方法微机原理与接口技术第1讲 概述课程目标p研究对象：微型计算机的基本工作原理 （微机芯片内部的奥秘硬件工作流程）汇编语言程序设计（从底层了解微机的工作原理软件工作流程）微型计算机接口技术（外围设备应用具备初步应用开发能力）6微机原理与接口技术第1讲 概述课程目标p掌握：微型计算机的基本工作原理汇编语言程序设计方法微型计算机接口技术建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软 硬件开发的初步能力7微机原理与接口技术第1讲 概述课堂：听讲理解、适当笔记； 课后：认真阅读教材、独立完成作业 实验：重视实验，积极调试 关键：重视实验和实践利用 DEBUG 学习、上机实践 利用Proteus仿真电路

4、设计利用单片机开发板调试软硬件学习要求 ：微机原理与接口技术第1讲 概述课程内容目录p概述、微机基础 微机和微处理器的历史，微机的编码规则，微机的基本性能指标p8086/8088微处理器的结构与组成 编程结构，主要寄存器，封装及外部引脚、外部总线时序p8086/8088汇编语言基础 寻址方式，指令系统，汇编语言格式及组成元素 汇编语言程序结构，程序结构设计，宏汇编p输入/输出接口与中断 I/O接口及CPU与外设数据传送，中断技术及8086的中断系统p常用可编程接口芯片 8255，8253p模/数与数/模转换接口 ADC0809，DAC0832 9第第1 1讲：微型计算机概述讲：微型计算机概述微

5、机原理与接口技术第1讲 概述第1讲：微型计算机概述p微型计算机（Microcomputer）采用微处理器为核心构造的计算机p微处理器（Microprocessor，通常称为MPU）一块大规模集成电路芯片微型机的运算和控制核心中央处理单元（CPU：Central Processing Unit）p相对来说，微机性能、价格、体积较小工作学习中使用的个人微机（PC）生产生活中各种智能化电子设备（如手机、平板电脑）11微机原理与接口技术第1讲 概述1.1 微型计算机的发展p世界上第一台现代意义 的电子计算机是1946年 美国宾夕法尼亚大学设 计制造的”ENIAC” （Electronic Numeri

6、cal Integrator and Computer） 占地上百平方米 重量几十吨 功耗几十千瓦 12微机原理与接口技术第1讲 概述1.1 微型计算机的发展p1946年第一台计算机诞生后，计算机的发展已经历了电子 管、晶体管、集成电路、大规模和超大规模集成电路共四代 ；p由于微型机体积小、重量轻、功耗低、价格便宜、结构灵活 等特点，从而得到广泛的普及和应用；p微型机的核心是微处理器（CPU）摩尔定律：当价格不变 时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便 会增加一倍，性能也将提升一倍，预计能持续到2020年；p微机发展的历史就是微处理器不断进步的历史 通用处理器（大型计算、P

7、C，通用计算，配合操作系统） 专用处理器（智能设备，无操作系统或嵌入式实时操作系 统） 13微机原理与接口技术第1讲 概述通用微处理器p4位微处理器 1971年，Intel 4004，第一个微处理器 p8位微处理器 M6800、Z80和Intel 8080/8085 Apple公司苹果机 p16位微处理器 Intel 8086/8088 16位个人计算机（PC：Personal Computer） p32位微处理器 80386，80486，PentiumPentium 4，Core（酷睿） 32位PC机， Apple公司的Macintosh机 p64位微处理器 奔腾、至强、I3、I5、I714

8、微机原理与接口技术第1讲 概述15早期的计算机早期的计算机微机原理与接口技术第1讲 概述16微机原理与接口技术第1讲 概述专用微处理器p单片机微控制器（Micro Control Unit ，MCU ），嵌 入式控制器 Intel的MCS-48，MCS-51MCS-51，MCS-96/98系列 爱特梅尔（Atmel）公司的AT89系列（与MCS-51兼容），AT91 系列（基于ARM内核） Microchip Technology公司的PIC系列 ARM处理器 （Acorn RISC Machine）采用RISC精简指令集，多级流水线架构持有ARM 授权的公司：Atmel、Broadcom、C

9、irrus Logic 、Freescale（摩托罗拉公司独立）、Qualcomm（高通 ）、富士通、英特尔、IBM，英飞凌科技，任天堂，恩智 浦半导体（飞利浦独立）、OKI电气工业，三星电子， Sharp，ST Microelectronics，TI德州仪器和VLSI17微机原理与接口技术第1讲 概述专用微处理器 ARM公司：IP授权，自己不生产芯片，内核授权20万至千万美金 ARM发展历程ARM1、ARM2、ARM6、ARM7、ARM9、ARM10、ARM11、 Cortex系列ARM9、ARM10、ARM11诺基亚智能机时代ARM Cortex-A 系列：应用型处理器，超低成本手机、智能

10、手机、 移动计算平台等，Cortex-A57处理器、Cortex-A53处理器、Cortex- A15处理器、Cortex-A9处理器安卓、IOS 智能机时代 ，代表厂 商高通、联发科、苹果ARM Cortex-R实时处理器为要求可靠性、高可用性、容错功能、 可维护性和实时响应的嵌入式系统Cortex-M 系列针对成本和功耗敏感的MCU和终端应用（如智能测 量、人机接口设备、汽车和工业控制系统、大型家用电器、消费性 产品和医疗器械） STM32 Cortex-M3内核，性价比高，意图取代单片机18微机原理与接口技术第1讲 概述专用微处理器p数字信号处理器（Digital Signal Proc

11、essor，DSP） 专注于数字信号的高速处理 美国德州仪器TI公司TMS320系列，ADI公司的ADSP系列 主要应用于通信、消费类电子产品和计算机p其他类处理器产品 FPGA（FieldProgrammable Gate Array）现场可编程门阵列：可 编程的硬件逻辑电路，可利用IP核实现C51、ARM、DSP等内核， 实现UART、CAN、WLAN等数字通信接口，实现存储器、FIFO等 数字器件； Psoc（Programmable System-On-Chip，片上可编程系统）Cypress公司提出Psoc，集成了微控制器以及嵌入式系统中通常 围绕微控制器周围的模拟及数字组件，模拟量

12、接口可编程；采用一个微控制器，一个PSoC器件最多可集成100种外设功能；包括放大器、ADC、DAC、滤波器及比较器等模拟功能以及定 时器、计数器、PWM、SPI和UART等数字功能；19微机原理与接口技术第1讲 概述20 嵌入式系统与设备嵌入式系统与设备微机原理与接口技术第1讲 概述21工业触摸屏工业触摸屏西门子西门子 S7-300S7-300树莓派树莓派智能仪表智能仪表伺服电机及驱动器伺服电机及驱动器多轴运动控制卡多轴运动控制卡 汽车电子系统汽车电子系统NI NI 嵌入式虚拟仪器嵌入式虚拟仪器微机原理与接口技术第1讲 概述22乐高乐高NXTNXT教育机器人教育机器人 竞赛机器人竞赛机器人教

13、育机器人教育机器人四旋翼飞行器四旋翼飞行器智能循迹车智能循迹车并联并联3D3D打印打印微机原理与接口技术第1讲 概述23AdruinoAdruino开发开发板（板（5151、PICPIC、Mega168Mega168）微机原理与接口技术第1讲 概述1.2 微型计算机系统的组成p微型计算机系统是由硬 件系统和软件系统组 成。24例：PC机主机显示器键盘鼠 标外存储微机原理与接口技术第1讲 概述图1.1 微型计算机的系统组成控制总线CB数据总线DB地址总线AB系 统 总 线 形 成处 理 器 子 系 统I/O设备I/O接口存储器系统总线BUS1.2.1 微型计算机的硬件组成1.微处理器子系统2.存

14、储器3.系统总线4.I/O设备和I/O接口（CPUCPU）微机原理与接口技术第1讲 概述图1.1 微型计算机的系统组成控制总线CB数据总线DB地址总线AB系 统 总 线 形 成处 理 器 子 系 统I/O设备I/O接口存储器系统总线BUS1.2.1 微型计算机的硬件组成1.微处理器子系统2.存储器3.系统总线4.I/O设备和I/O接口（CPUCPU）微机原理与接口技术第1讲 概述1.2.2 CPU1.2.2 CPU工作原理简述工作原理简述27p1945年，冯.诺伊曼首先提出了“存储程序 ”的概念和二进制原理；p人们把利用这种概念和原理设计的电子计算 机系统统称为“冯.诺伊曼型结构”计算机。微机

15、原理与接口技术第1讲 概述1.2.2 CPU1.2.2 CPU工作原理简述工作原理简述28冯冯 诺依曼计算机诺依曼计算机的组成：的组成：运算 器存储器控制器输入设备输出设备p存储储器：将计将计 算过过程描述为为由许许多条条指令按一定顺顺序组组成的程序 ，存入存储储器p指令执执行：按其在存储储器中存放的顺顺序执执行；p控制器：控制整个个程序和数数据的存取以及程序的执执行。微机原理与接口技术第1讲 概述29内存中的程序指令1指令2指令n分析获取操作数执行存放结果程序计 数器PC地址CPU 取出操作数n取一条指令的工作过过程：n指令地址赋给赋给 程序计计数器PC；nPC内容 地址寄存器AR； PC+1；nAR内容 地址总线总线 内存储储 器(地址译码译码 ，选选中相应应存储储单单 元)nCPU控制器发发出读读命令；n所选选中单单元内容（即指令操作 码码）数据总线总线 DB数据寄存 器DR；n指令译码译码 取操作数执执行 存放结结果冯冯 诺依曼计算机的工作原理诺依曼计算机的工作原理存储程序工作原理存储程序工作原理PC+1数据存储区指令存储区微机原理与接口技术第1讲 概述冯 诺依曼机