【正文】 印機 → 并行接口 音箱、麥可風(fēng) → 聲卡 IDE2 Pentium III 北橋 440BX 南橋 PIIX4E CMOS amp。這些完成信息進(jìn)出計算機的專用設(shè)備稱為“輸入 /輸出設(shè)備”（簡稱為 外設(shè) ）。 n根 C P U 地址線 AB 數(shù)據(jù)線 DB 控制線 CB 地 址 譯 碼 器 11001100 00110011 10101010 11110000 10001000 地址 00...0000 地址 00...0001 地址 00...0010 地址 00...0011 地址 11…1111 內(nèi)存結(jié)構(gòu)示意圖 20 2020/10/8 E7H 34H A5H F2H 38H …… 4001H 4002H 4003H 4004H 4005H …… 地址 指令或數(shù)據(jù)內(nèi)容 0 0 1 1 1 0 0 0 圖 內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容 如圖所示，地址為4005H的存儲單元中存放了一個八位二進(jìn)制信息 00111000B。 ?在處理器控制下，可以向地址指定的存儲器單元存入數(shù)據(jù)（也稱為 寫 存儲器）或從地址指定存儲器單元取出數(shù)據(jù)（也稱為 讀 存儲器）。 ?在計算機內(nèi)部，程序和數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制形式表示， 8位二進(jìn)制代碼作為一個字節(jié)。 ③ 執(zhí)行 （ execute） : 產(chǎn)生指令碼對應(yīng)的操作信號。 CPU結(jié)構(gòu)示意圖 地址信號 標(biāo) 志 寄存器 指令寄存器 數(shù)據(jù)暫存器 控制電路 指令譯碼器 地 址 寄存 器 指 令 指 針 寄存器 R1 R2 R3 R4 寄存器組 運 算 器 IP 數(shù)據(jù)信號 控制信號 ALU ALU 控制器 16 2020/10/8 ? CPU執(zhí)行指令的過程大致可分為三個階段： ① 取指 （ fetch） : 將待操作的指令碼從存儲器取到處理器。 馮諾依曼計算機的工作原理可概述為： “存儲程序” + “程序控制” 要點： 1． 以二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令 (程序 ) 2. 先將程序存入存儲器中 ， 再由控制器自動讀取并執(zhí)行 輸 入 設(shè) 備 控制器 輸 出 設(shè) 備 CPU 存儲器 運算器 ALU ?微型機工作原理 14 2020/10/8 1. 中央處理器（ CPU） ?中央處理單元（ Central Processing Unit，簡寫為 CPU）也稱之為‘處理器’，是計算機的核心部件，主要功能是解釋并執(zhí)行計算機指令，完成數(shù)據(jù)處理和對計算機其他各部分進(jìn)行控制。 ?程序預(yù)存儲，機器自動執(zhí)行。 微型計算機 是第四代計算機的典型代表。 ? 研制高速度 、 強功能的巨型機和大型機 適應(yīng)軍事和尖端科學(xué)的需要。 6 2020/10/8 第 1章 目錄 ?1. 計算機基礎(chǔ)知識 ?2. 數(shù)制和數(shù)值表示與處理 ?3. 信息編碼 ?4. 嵌入式系統(tǒng)概述 第一次信息化浪潮 第 4代 第 3代 第 2代 第 1代 1946~1958年 第一代 電子管計算機 1958~1964年 第二代 晶體管計算機 1964~1970年 第三代 集成電路計算機 1971~1980年 第四代 大觃模集成電路計算機 計算機發(fā)展簡史 IBM PC機的發(fā)展簡史 名稱 推出年代 采用 CPU 特點 IBM PC 1981 8088 準(zhǔn) 16 位微機 內(nèi)存尋址 1MB DOS 操作系統(tǒng) IBM PC/XT 1983 8088 比 IBM PC 多一個 10MB 硬盤 IBM PC/AT 1984 80286 內(nèi)存尋址增至 16MB 具有虛擬存儲器功能 Windows 操作系統(tǒng) 386 機 486 機 Pentium Pentium II Pentium III 1986 1990 1993 1997 1999 80386 80486 Pentium Pentium II PentiumIII 內(nèi)存容量更大 32MB 、 64MB 支持虛擬 8086 模式 可執(zhí)行多任務(wù) 支持多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù) Pentium 4 2020 Pentium IV SSE2指令集 超管線技術(shù) 計算機發(fā)展簡叱 ? 摩爾定律 IC上可容納的晶體管數(shù)目，每隑 18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。1 中山 大 學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 郭雪梅 Tel:39943108 Email: URL1： 微機原理與嵌入式系統(tǒng) 2 2020/10/8 微機原理與嵌入式系統(tǒng) 趙全良等編著 西安電子科技大學(xué)出版社 高等學(xué)校計算機類專業(yè)系列教材 教材 參考書 周立功， ARM嵌入式基礎(chǔ)教程 周杰英等，微型計算機原理 3 2020/10/8 微機原理不嵌入式系統(tǒng) 課程介紹 微機： IBM PC系列機，組成及機構(gòu) 嵌入式 ： ARM系列的體系結(jié)構(gòu) ARM7指令集及匯編程序設(shè)計 硬件－－接口電路原理 軟件－－接口編程方法 接口技術(shù) ： 4 2020/10/8 第 1章 目錄 ?1. 計算機基礎(chǔ)知識 ?2. 數(shù)制和數(shù)值表示與處理 ?3. 信息編碼 ?4. 嵌入式系統(tǒng)概述 學(xué)習(xí)方法 ?正確認(rèn)識 《 微機原理及嵌入式系統(tǒng) 》 的用途、特點及其對專業(yè)知識的影響。 ?正確估計課程的難度，提高學(xué)習(xí)興趣（至少維持到期末）； ?注重理解性記憶，加強軟件、硬件實驗鍛煉； ?充分利用網(wǎng)絡(luò)，提高自學(xué)能力； ?相互交流，共同提高。 ? 新摩爾定律 互聯(lián)網(wǎng)主機數(shù)和用戶每隑 18個月會增加一倍。 ? 研制價格低廉的超小型機和微型機 開拓應(yīng)用領(lǐng)域和占領(lǐng)更廣大的市場 。 ?計算機的兩個方向發(fā)展 12 2020/10/8 馮 .諾伊曼計算機體系結(jié)構(gòu) 馮 ?諾伊曼計算機體系結(jié)構(gòu)的要點： ?計算機中的信息（程序和數(shù)據(jù)）以二進(jìn)制方式表示。 ?計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。 ?CPU主要由運算器、控制器、寄存器組和內(nèi)部總線等構(gòu)成。 ② 譯碼 （ decode） : 對指令碼進(jìn)行分析譯碼。 17 2020/10/8 運算器 控制器 PC CPU cmd_n cmd_n+1 cmd_n+2 存儲器 …… …… 取指指針 c d_n+1 指令碼 cmd_n+1 指令碼 cmd_n+2 取指指針 c d_n+2 18 2020/10/8 2. 存儲器（ Memory） ?存儲器 （ Memory）是計算機系統(tǒng)中用來存儲程序和數(shù)據(jù)的信息記憶部件。為了便于對存儲器進(jìn)行訪問，存儲器通常被劃分為許多單元，每個存儲單元存放一個字節(jié)的二進(jìn)制信息，每個存儲單元分別賦予一個編號，稱為 地址 。 內(nèi)存是存儲程序和數(shù)據(jù)的部件 ， 由地址譯碼器 、 內(nèi)存單元等構(gòu)成 。 21 2020/10/8 3. 輸入 /輸出接口不設(shè)備（ IO Device） ?計算機通過執(zhí)行程序完成信息的處理，這就需要有通道能將程序和待處理的數(shù)據(jù)送入到計算機中，計算機處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)也能夠通過某種通道被送出來。 ?在計算機原理上，我們所說的‘外設(shè)’主要是指這些“輸入 /輸出接口”（簡稱為 接口外設(shè) ），它不特指某一具體的外設(shè)物理裝置，更具有邏輯原理普遍性。 RTC USB 超級 I/O IDE1 COM1 COM2 LPT1 L1Cache L2 Cache PCI 插槽 ISA 插槽 內(nèi)存條 ROM BIOS 顯 示 器 硬盤 光驅(qū) 軟驅(qū) 鍵盤鼠標(biāo) 打印機 MODEM 顯卡 I/O接口結(jié)構(gòu)示意圖 CPU通過對 I/O端口進(jìn)行讀 /寫操作，實現(xiàn)對外設(shè)的控制。 CPU 總線 內(nèi)存 標(biāo) 志 寄存器 地址總線 AB 程序 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)總線 DB 控制總線 CB 地 址 譯 碼 器 、 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 、 、 數(shù)據(jù) 1 數(shù)據(jù) 2 數(shù)據(jù) 3 、 指令寄存器 數(shù)據(jù)暫存器 控制電路 指令譯碼器 地 址 寄存 器 指 令 指 針 寄存器 R1 R2 R3 R4 寄存器組 運 算 器 IP 不同的指令 ， CPU的具體執(zhí)行過程不同 。 當(dāng)一條指令需要從內(nèi)存或 I/O端口取得或存放數(shù)據(jù)時 ， CPU在執(zhí)行階段 ， 需對指令指定的內(nèi)存單元或 I/O端口進(jìn)行讀 /寫操作 。 ? 通用計算機 系統(tǒng) :具有計算機的標(biāo)準(zhǔn)形態(tài) ， 可以裝配丌同的應(yīng)用軟件 ， 以雷同面目出現(xiàn)并應(yīng)用在社會的各個方面 .其典型產(chǎn)品為 PC ? 嵌入式 (計算 )系統(tǒng) :以嵌入的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中 .例如 :一個手持的 MP3,一個PC104的微型工業(yè)控制計算機 嵌入式系統(tǒng) 概述 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度改變了人們的生活、工作和娛樂方式，而且這些改變還在加速。例如，MP數(shù)碼相機與打印機就有很大的不同。 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用概況 ?在應(yīng)用數(shù)量上 ? 嵌入式 系統(tǒng) 進(jìn)進(jìn) 超 過了通用計算機 系統(tǒng) ? 例如 ， 一臺通用計算機 系統(tǒng) 的外部設(shè)備 —— 軟驅(qū) 、 顯示卡 、 顯示器 、 網(wǎng)卡 、 調(diào)制解調(diào)器、 聲卡 、 打印機 、 掃描仦 、 數(shù)字相機 、 USB 集線器等均是由嵌入式處理器控制的 。 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用概況 ?工業(yè) 控制 (Industry Control) ? 對生產(chǎn)過程 和工業(yè)設(shè)備等 各種動作流程的控制 ， 這種控制是在對被控對象和環(huán)境迚行丌斷觀測的基礎(chǔ)上做出及時的 、 恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng) ? 在控制過程中 ， 計算機扮演著中心的角色 。 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用概況 ? 通信設(shè)備 (Telemunication) 例如： ? 程控交換機 ? 路由器 ? 橋接器 ? 集線器 ? Modem 等 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用概況 ? 智能仦器 (Intelligent Instrument) 例如： ? 數(shù)字 示波器 ? 醫(yī)療仦器 等 ? 機器人 (Robot) ?計算機外設(shè) (Computer peripheral) 例如： ? 打印機 ? 終端 ? 磁盤驅(qū)動器 等 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用概況 ? 軍事電子設(shè)備和現(xiàn)代武器 例如： ? 雷達(dá) ? 電子對抗 ? 坦克 ? 戰(zhàn)機 ? 戰(zhàn)艦等 ? 太空科學(xué) 例如： ? 衛(wèi)星跟蹤 ? 太空艙管理系統(tǒng) ? 航空電子設(shè)備 嵌入式系統(tǒng)的定義 1． IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義 【 定義 11】 嵌入式系統(tǒng)是用亍控制、監(jiān)規(guī)或者輔助操作機器和設(shè)備的裝置 （ Devices used to control， monitor， or assist the operation of equ