《計算機(jī)導(dǎo)論 5.1—微處理器》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《計算機(jī)導(dǎo)論 5.1—微處理器（60頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、1新編電類專業(yè)計算機(jī)基礎(chǔ)5.1 微處理器與個人電腦的誕生2 5.1.1 微處理器的誕生與發(fā)展微處理器的誕生與發(fā)展 目 錄 5.1.2 個人電腦的誕生個人電腦的誕生 5.1.3 小結(jié)小結(jié)3微處理器的誕生與發(fā)展1947晶體管問世晶體管問世1971(Intel)微處理微處理“4004”微處理器誕生芯片上的電腦誕生1972(Intel)微處理微處理“8008”、“8080”1976(Zilog)微處理器微處理器“Z80”80年代至今80X86、奔騰、奔騰、酷睿、酷睿、AMD、單片機(jī)、嵌入式單片機(jī)、嵌入式晶體管集成度每18個月翻一番4微處理器4004費根霍夫麥卓爾 1971年，Intel公司應(yīng)日本通信公
2、司要求，以霍夫為首的研制組織制造了“4004”，世界上第一片微處理器誕生。 在34mm面積上集成2250個晶體管； 每秒運(yùn)算速度達(dá)6萬次； 4位處理器。40045微處理器8080 1975年，霍夫小組研制出有史以來最成功的8位微處理器“8080”。8080 集成6000只晶體管； 每秒執(zhí)行29萬條指令。引發(fā)了微電腦熱潮6微處理器6800、Z80 1975年，摩托羅拉推出了8位微處理器“6800”。6800 1976年，費根成立Zilog公司，宣布研制成功8位微處理器“Z80”，“克隆”了8080，并青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。Z80從此，微處理器芯片改變了世界7微處理器進(jìn)入中國 80年代初，Z80開始被
3、引入中國，并風(fēng)靡整個中國大地。基于Z80的TP801單板機(jī)(北京工業(yè)大學(xué))TP801配套教材(清華大學(xué)周明德)基于Z80的CMC-80雙板機(jī)（株洲電子研究所與香港金山公司工作）8單片機(jī)在中國的發(fā)展Intel公司MCS-48、80C51系列單片機(jī)的在線仿真器陳章龍、余時亮教授何立民為代表在上海發(fā)起成立了“中國單片機(jī)學(xué)會”北京航空航天大學(xué)編寫和出版一系列單片機(jī)應(yīng)用書籍江蘇啟東在全國開展免費的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)講座，全國掀起微機(jī)應(yīng)用熱潮Atmel、NXP推出內(nèi)置Flash的89C51系列單片機(jī)，同時各大學(xué)開設(shè)單片機(jī)課程，加速我國單片機(jī)的發(fā)展各大半導(dǎo)體公司進(jìn)入中國市場教學(xué)商業(yè)化932位嵌入式嵌入式在中國的
4、發(fā)展8位單片機(jī)應(yīng) 用操作系統(tǒng)隨著半導(dǎo)體技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。10 5.1.1 微處理器的誕生與發(fā)展微處理器的誕生與發(fā)展目 錄 5.1.2 個人電腦的誕生個人電腦的誕生 5.1.3 小小 結(jié)結(jié)11個人電腦的誕生1974年，愛德華 羅伯茨推出世界上第一臺基于Intel 8080微處理器的個人電腦Altair 8800。愛德華 羅伯茨12Altair8800 沒有顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)；使用撥動開關(guān)手工輸入二進(jìn)制編程開關(guān)向上：高電平、向下：低電平 256B RAM、4KB程序； 沒有監(jiān)控程序；13Altair8800愛德華 羅伯茨1975年1月，比爾 蓋茨和保羅 艾倫在Altair 8800上成功研制B
5、ASIC語言。比爾蓋茨保羅艾倫帶有工作軟件的個人電腦橫空出世14 5.1.1 微處理器的誕生與發(fā)展微處理器的誕生與發(fā)展目 錄 5.1.2 個人電腦的誕生個人電腦的誕生 5.1.3 小小 結(jié)結(jié)15小結(jié)愛德華 羅伯茨比爾 蓋茨保羅艾倫史蒂夫 喬布斯史蒂夫 沃茲奈克麥卓爾費根霍夫16小結(jié)我們其實與他們一樣也可以夢想也可以成功也可以創(chuàng)造輝煌17新編電類專業(yè)計算機(jī)基礎(chǔ)5.2 計算機(jī)工作原理18目目 錄錄 5.2.1 一個經(jīng)典的故事一個經(jīng)典的故事 5.2.3 CPU結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 5.2.2 2個特點與個特點與1個要素個要素 5.2.4 CPU的指令系統(tǒng)的指令系統(tǒng)19計算機(jī)的實現(xiàn)計算機(jī)技術(shù)的實現(xiàn)實際上是人類思維
6、的產(chǎn)物。晶體管+電子線路很久以前，計算機(jī)的思想已被模擬20計算機(jī)思想的故事 三國時期，赤壁之戰(zhàn)擊敗曹操后，劉備暫為管理荊州地區(qū)，孫權(quán)以嫁妹讓劉備來吳國完婚為名，想將其扣押，以奪回荊州之地。吳國荊州劉備，還我荊州21計算機(jī)思想的故事 為了劉備安全，諸葛亮派趙云帶500軍士隨劉備前往，行前交給趙云3個錦囊，并告知內(nèi)有3條指令，照指令辦事。荊州到吳國時打開在吳國住到年終時打開緊急時打開22計算機(jī)思想的故事吳國孫權(quán)迫于無奈，將妹妹嫁給劉備執(zhí)行后四處散布與孫尚香結(jié)親的消息錦囊1指令123計算機(jī)思想的故事吳國年終已至劉備攜同孫尚香立即趕回荊州執(zhí)行后報告劉備，曹操軍隊攻打荊州，火速趕回錦囊2指令224計算機(jī)
7、思想的故事吳國孫尚香大怒，周瑜讓道，劉備逃之夭夭執(zhí)行后要劉備對孫尚香哭訴周瑜有意害他，且以下犯上錦囊3指令3得知劉備逃跑，周瑜前來攔截25計算機(jī)思想的故事錦囊1錦囊2錦囊3指令1指令2指令3典型程序化工作方式趙云按要求打開錦囊，執(zhí)行指令26目目 錄錄 5.2.1 一個經(jīng)典的故事一個經(jīng)典的故事 5.2.3 CPU結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 5.2.2 2個特點與個特點與1個要素個要素 5.2.4 CPU的指令系統(tǒng)的指令系統(tǒng)27計算機(jī)工作特點錦囊1錦囊2錦囊3指令1指令2指令3工作特點： 計算機(jī)一次只能知道和處理一條指令； 計算機(jī)必須嚴(yán)格按照順序執(zhí)行指令。28計算機(jī)工作要素工作要素：程序員需能預(yù)知將要處理的所有事情
8、。 熟知天文地理精通戰(zhàn)術(shù)兵法預(yù)知將發(fā)生的事29目目 錄錄 5.2.1 一個經(jīng)典的故事一個經(jīng)典的故事 5.2.3 CPU結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 5.2.2 2個特點與個特點與1個要素個要素 5.2.4 CPU的指令系統(tǒng)的指令系統(tǒng)30CPU的結(jié)構(gòu)將上述故事與計算機(jī)CPU系統(tǒng)對比趙云計算機(jī)CPU系統(tǒng)信號系統(tǒng)解碼方式執(zhí)行指令的間隔工作形式視覺、聽覺、嗅覺高和低電平(0和1)有復(fù)雜的語言、理解能力，故解碼能力超強(qiáng)由硬件結(jié)構(gòu)(譯碼電路)完成簡單指令的解碼不確定非常精確按照錦囊中指令自行處理相關(guān)命令按照程序員編寫好的指令在供電下不停運(yùn)作CPU結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)的由來假如像機(jī)器一樣機(jī)械31指令的存放按順序預(yù)知趙云每一步需做的事
9、情程序存儲器32指令的讀取、譯碼及執(zhí)行眼睛手第一步1指令1第n步n指令n分析.用身體執(zhí)行指令33addr1data2data3. . .datanaddr2addr3. . .addrn指令的讀取、譯碼及執(zhí)行數(shù)據(jù)總線地址總線CPU指令譯碼器眼睛手data1addr1譯碼分析.用總線、運(yùn)算單元執(zhí)行指令34指令的讀取、譯碼及執(zhí)行CPU處理指令步驟 指令讀取 指令譯碼指令執(zhí)行35目目 錄錄 5.2.1 一個經(jīng)典的故事一個經(jīng)典的故事 5.2.3 CPU結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 5.2.2 2個特點與個特點與1個要素個要素 5.2.4 CPU的指令系統(tǒng)的指令系統(tǒng)36還是另找食物吧！數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)運(yùn)算指令控制轉(zhuǎn)移指令小
10、鳥覓食食物查看周邊環(huán)境(數(shù)據(jù)采集)根據(jù)環(huán)境判斷危險度(算術(shù)、邏輯運(yùn)算)判斷結(jié)果決定行為(行動)有蛇，我會被吃掉的！37CPURAMROM其它存儲器寄存器1寄存器2數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)傳送指令datadatadatadatadatadatadatadata數(shù)據(jù)交換： CPU與各存儲器間； CPU內(nèi)部； 各存儲器間。使用傳送指令實現(xiàn)38數(shù)據(jù)運(yùn)算指令邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算“+”、“-”、“”、“”“與”、“或”、“非”、“異或” 算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算39控制轉(zhuǎn)移指令道路分支馬路上行駛，極少可能一條直線走到目的地編程中，程序極少可能一直按順序執(zhí)行下去，總會發(fā)生“意外”發(fā)現(xiàn)食物判斷周邊是否有危險？放棄食物YN獲得食物小鳥
11、覓食流程圖程序分支40新編電類專業(yè)計算機(jī)基礎(chǔ)5.3 引腳功能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖41 5.3.1 引言引言 目 錄 5.3.2 引腳功能引腳功能 5.3.3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 42單片機(jī)的應(yīng)用生活中生活中 單片機(jī)單片機(jī) 無處不在無處不在 應(yīng)用應(yīng)用 43單片機(jī)的概念 單片機(jī)到底是什么？44單片機(jī)的概念 單片機(jī)就是將所有復(fù)雜功能部件集成到一片單獨的集成電路芯片上 。 CPU存儲器外圍設(shè)備單片機(jī)45硬件的學(xué)習(xí)半導(dǎo)體技術(shù)飛速發(fā)展硬件工程師缺乏硬件集成度越來越高不太懂硬件，也能在硬件上開發(fā)軟件本書采用“單片機(jī)+外部存儲器”從原理上進(jìn)行學(xué)習(xí)將已集成的“單片機(jī)”又拆分開進(jìn)行研究46 5.3.1 前言前言 目
12、 錄 5.3.2 引腳功能引腳功能 5.3.3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 478051單片機(jī)實物圖直插式貼片式48VCCVSSXTAL2XTAL18051RSTALE/PROGEAPSENP3.6/P3.7/P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.1P3.0P3.2P3.5P3.4P3.3P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8WRRD8051單片機(jī)引腳圖
13、VCCVSSXTAL2XTAL18051RSTALE/PROGEAPSENP3.6/P3.7/P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.1P3.0P3.2P3.5P3.4P3.3P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8WRRD 將單片機(jī)內(nèi)部寄存器初始化為指定狀態(tài)，系統(tǒng)更穩(wěn)定RST：復(fù)位引腳，高電平有效電源、地時 鐘VCC：+5V電源輸入引腳 VSS：接地引腳
14、 為單片機(jī)提供“能量能量” 連接晶體振蕩電路，為CPU提供“脈搏脈搏”XTAL2：反相放大器輸出XTAL1：反相放大器輸入49單片機(jī)典型振蕩電路YC1C2XTAL1XTAL2選頻網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部反相放大器構(gòu)成振蕩電路0VTU將示波器探頭放于此 提示：提示： 可通過檢測振蕩電路波形得知單片機(jī)是否工作正常。50XTAL2XTAL1VCCVSSP3.6/P3.7/P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.1P3.0P3.2P3.5P3.4P3.3P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.7
15、/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8WRRDALE/PROGEAPSEN 將單片機(jī)內(nèi)部寄存器初始化為指定狀態(tài)，系統(tǒng)更穩(wěn)定RST：復(fù)位引腳，高電平有效8051單片機(jī)引腳圖8051RST電源、地時 鐘VCC：+5V電源輸入引腳 VSS：接地引腳 為單片機(jī)提供“能量能量” 連接晶體振蕩電路，為CPU提供“脈搏脈搏”XTAL2：反相放大器輸出XTAL1：反相放大器輸入復(fù) 位 上電時，令單片機(jī)內(nèi)部寄存器處于指定狀態(tài)，使系統(tǒng)更可靠可靠 RST：復(fù)位引腳，高高電平有效510VTU5V單片機(jī)典型復(fù)位電路+5VRCRST復(fù)位電路外部
16、電路內(nèi)部電路+10uF10K將示波器探頭放于此VrCPU復(fù)復(fù)位電壓位電壓CPU復(fù)位時間，復(fù)位時間，大于大于2個個機(jī)器周期機(jī)器周期，單片機(jī)復(fù)位，單片機(jī)復(fù)位 提示：提示： 可通過檢測RST管腳電壓得知單片機(jī)是否工作正常。電壓降為電壓降為0，CPU正常工作正常工作52 I： Input，用于采集信號4組I/O口，每組包括8根并行線。O：Output，用于輸出地 址、數(shù)據(jù)信號8051單片機(jī)引腳圖8051P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.7/
17、A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8P0口 8位開漏雙向I/O口，使用片外部存儲器時，可作為地址(低8位)與數(shù)據(jù)復(fù)用總線，能驅(qū)動8個TTL。P1口 8位準(zhǔn)雙向I/O口，能驅(qū)動4個TTL。P2口 8位準(zhǔn)雙向I/O口，使用片外部存儲器時，可作為地址(高8位)與數(shù)據(jù)復(fù)用總線，能驅(qū)動4個TTL。P3口 8位準(zhǔn)雙向I/O口，能驅(qū)動4個TTL。P3.7/P3.6/P3.1P3.0P3.2P3.5P3.4P3.3WRRDVCCVSSXTAL2XTAL1RSTALE/PROGEAPSEN538051單片機(jī)引腳圖8051ALE/PRO
18、GVCCVSSXTAL2XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8RSTP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.1P3.0P3.2P3.5P3.4P3.3P3.6/WREAP3.7/RDPSENEA程序存儲器訪問允許信號，決定CPU最初訪問的程序存儲器。P3.6/WR：片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通，低電平有效；P3.7/RD：片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通，低電平有
19、效；P3.7/PSEN：片外程序存儲器選通， 低電平有效。存儲器選通548051外部程序存儲器EA引腳的使用EA地址線數(shù)據(jù)線控制線程序存儲器+5VGNDCPU先訪問單片機(jī)內(nèi)部程序存儲器， 內(nèi)部存儲器不夠用時，CPU自動訪問外部程序存儲器。CPU不訪問單片機(jī)內(nèi)部程序存儲器，只訪問外部程序存儲器Altair-8031Small都是采用外部存儲器55 I： Input，用于采集信號4組I/O口，每組包括8根并行線。O：Output，用于輸出地 址、數(shù)據(jù)信號8051單片機(jī)引腳圖存儲器選通EA程序存儲器訪問允許信號，決定CPU最初訪問的程序存儲器。P3.6/WR：片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通， 低電平有效；P3
20、.7/RD：片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通， 低電平有效；P3.7/PSEN：片外程序存儲器選通， 低電平有效。ALE地址鎖存允許信號，外擴(kuò)存儲器時，使用P0復(fù)用輸出地址、數(shù)據(jù)信號，ALE產(chǎn)生鎖存地址的控制信 號。8051ALE/PROGVCCVSSXTAL2XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8RSTP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.1P3.0P
21、3.2P3.5P3.4P3.3P3.6/WRP3.7/RDEAPSEN56 5.3.1 前言前言 目 錄 5.3.2 引腳功能引腳功能 5.3.3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖57微型計算機(jī)系統(tǒng)框圖CPURAMROM接口電路外圍設(shè)備控制總線數(shù)據(jù)總線地址數(shù)據(jù)CPU將數(shù)據(jù)（指令）在存儲器中的地址放到地址總線上CPU在控制總線上發(fā)送一個讀或?qū)懙男盘栕x操作從存儲器指定位置讀出數(shù)據(jù)并放在數(shù)據(jù)總線上寫操作是CPU將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)CPU通過地址、數(shù)據(jù)和控制總線連接RAM、ROM。588051內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 程序計數(shù)器的內(nèi)容被放到 地址總線上 P0口輸出8位地址信號， 通過ALE信號鎖存 P0口作為數(shù)據(jù)總
22、線，讀取 外部存儲器中存放的機(jī)器 指令 指令通過數(shù)據(jù)總線送到指 令寄存器，再由指令寄存 器傳送到指令譯碼器，指 令譯碼器根據(jù)指令內(nèi)容通 過時序產(chǎn)生控制信號598051內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 指令為邏輯運(yùn)算指令： 傳送到邏輯運(yùn)算單元進(jìn)行 相應(yīng)的運(yùn)算 結(jié)果溢出或者為0等8位數(shù) 據(jù)表現(xiàn)不不出來的狀態(tài)， 則放到程序狀態(tài)字寄存器 中 運(yùn)算結(jié)果存入累加器ACC 中60計算機(jī)三大系統(tǒng)總線地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線 負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流通，故總線上流動的為數(shù)據(jù)信號。 雙向箭頭表示既允許CPU從外讀入數(shù) 據(jù)，也允許CPU向外寫數(shù)據(jù)。 總線寬度決定CPU每次與存儲器間所流通數(shù)據(jù)量大小，如8051數(shù)據(jù)總線寬度為8位，CPU每次只能往外寫8位的數(shù)據(jù)。 總線上流通的為數(shù)據(jù)的存儲地址信號，單向箭頭。 總線寬度決定CPU可訪問的存儲器地址范圍，如8051地址總線寬度為16位，故可訪問64K個存儲單元。 總線上流通的為對數(shù)據(jù)線和地址線進(jìn)行訪問的控制信號Back
計算機(jī)導(dǎo)論 5.1—微處理器
