【正文】 控制信號 ? 由兩種方向的單向控制信號組成 數(shù)據總線 Data Bus ? CPU與存儲器及外設交換數(shù)據的通路 ? 雙向、三態(tài) ? 位數(shù)與微處理器的位數(shù)相同 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 33 總線結構 ? 單總線結構 ? 雙總線結構 ? 面向 CPU ? 面向主存 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 34 單總線結構 CPU RAM ROM IO設備 IO設備 I/O接口 ? 各模塊之間的信息傳遞都通過單總線進行。 ? 定時特征 (clocking) ? 同步 ：數(shù)據傳輸速率是固定的。 ? 半雙工 ：只能在兩個方向上 輪流傳輸信息 。 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 31 電氣特性 ? 數(shù)據傳輸方向 ? 單工 ：單向傳輸總線。 ? 面向單處理器的和面向多處理器的 。 ? 系統(tǒng)級總線 ：連接系統(tǒng)中的各個功能模塊。 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 28 主板 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 29 背板 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 30 功能特性 ? 按功能層次 ? 芯片級總線 ： CPU芯片內部的總線，也稱 內部總線 。 ? 按連線的數(shù)量 ? 串行總線 ：用一條數(shù)據線進行數(shù)據傳輸。 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 26 總線的分類 ? 可按以下特性來對總線進行分類： ? 物理特性 ? 功能特性 ? 電氣特性 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 27 物理特性 ? 按連線的類型 ? 電纜式 ：通常采用扁平電纜連接線路板 ? 主板式 ：在主機板上采用插槽方式供功能板插入。 ? 總線主設備：能夠啟動總線服務的設備（如 CPU）。 ? 連接在總線上的模塊分為 發(fā)送模塊 和 接收模塊 ，構成信息的 接收方 和 發(fā)送方 。 ? 通常還把 CPU、存儲器和輸入 /輸出接口電路和在一起構成的電路系統(tǒng)稱為 主機（也即微型計算機） ? 連接計算機各個部分的方式可以采用 總線 的方式。 控制器 — 程序 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 24 CPU、主機 ? 運算器和控制器一起構成了計算機的 中央處理器 （ Central Processing Unit，CPU）。 ? 指令在計算機中用 二進制的代碼 （ 機器碼 ）表示，以便于硬件的識別。 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 23 ? 一條計算機指令的功能是有限的，完成復雜的運算功能需要將多條指令組合起來構成一個指令序列。 ? 控制器對指令進行譯碼 ，并根據指令的操作要求指揮所有其它部件的工作，為此它 根據指令生成一系列時序控制信號 ，控制其它單元工作。 ? 計算機指令 是一種 經過編碼的操作命令 。 ? 地址范圍超過存儲芯片的地址表示范圍，則需要進行 字擴展 。 ? 記作 B ? 1KB = 1024B ? 1MB = 1024KB ? 1GB = 1024MB ? 1TB = 1024GB 10101010 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 19 ? 字（ word） ? 一次可以直接處理的二進制數(shù)碼的位數(shù) ? 通常取決于微處理器內部通用寄存器的位數(shù)和數(shù)據總線的寬度 ? 如 CPU的數(shù)據總線是 16位的， ? 1word=16bit ? 如 CPU的數(shù)據總線是 32位的， ? 1word=32bit ? 字長反映了計算機中并行運算的能力。 ALU 運算結果 控制信號 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 17 存儲器 ? 高速緩存 ： Cache ? 主存儲器 （內存）：（ RAM+ROM） ? 輔助存儲器 （外存）：磁盤、 U盤、磁帶、光盤等。 ? ALU由 2個輸入端，可同時輸入兩個參加運算的數(shù)據。 ? 邏輯運算 ：按位對數(shù)據進行與、或、非、移位等運算。 ? 運算器中有一個 算術邏輯單元 （ ALU），它執(zhí)行各種數(shù)據運算操作。諾依曼結構 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 9 微型計算機 ? 以微處理器為核心 ? 配上由大規(guī)模集成電路的 存儲器（ ROM/RAM）、 輸入／輸出接口 （ I/O）電路及 系統(tǒng)總線 （ BUS）等所組成的計算機。嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 1 大平臺課程系列 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 Embedded System: Principles and Experiments 主講：田社平 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 2 課程目標 ? 結合 Intel 80x86系列 CPU以及 CortexM3單片機，使同學們掌握計算機組成、 CPU內部結構、存儲器、常用的 I/O接口、指令系統(tǒng)、匯編語言等基本原理 ? 培養(yǎng)同學們應用計算機硬件和軟件基礎知識的能力 ? 能夠利用外圍芯片設計開發(fā)小規(guī)模的計算機應用系統(tǒng)，為將計算機運用到現(xiàn)代通訊、信息處理、自動控制與檢測等領域打下堅實的基礎 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 3 學習內容 1. 概論 ? 計算機系統(tǒng)概論 ? 中央處理器與指令系統(tǒng) ? 存儲系統(tǒng) 2. 8086微機系統(tǒng)與接口技術 ? 8086微機系統(tǒng)原理和結構 ? 8086匯編語言程序設計 ? 典型接口芯片原理和應用 3. CortexM3嵌入式系統(tǒng) ? ARM Cortex嵌入式系統(tǒng)原理和結構 ? CortexM3中斷和異常 ? CortexM3 I/O接口和擴展總線 ? CortexM3開發(fā)和調試 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 4 成績構成： 平時（作業(yè)、出勤、實驗） 30％ 其中： 8次實驗占 24%，作業(yè)、出勤占 6% 期中筆試 40％ 筆試，開卷 期末實驗 30％ 上機考試，開卷 軟件下載： 實驗 User name: sptian Password: 123456 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 5 參考書目： ?Computer Organization and Architecture, 8rd edition,William Stallings. (PDF version is available) ?計算機組成與系統(tǒng)結構，胡越明編著，上海交通大學出版社 ?The 80x86 IBM PC and Compatiable Computer, 4th edition,Muhammad Ali Mazidi,..(PDF version is available) ?微型計算機原理與接口技術 .周荷琴 吳秀清 .中國科學技術大學出版社 . 2022 ?ARM CortexM3 權威指南， Joseph Yiu 著，宋巖譯，北京航空航天大學出版社（中英文版） 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 6 上課時間安排： 周二：第 910節(jié)；第 19周； 其中第 6周（ 3月 29日）、第 8周（ 4月 19日）取消 。 周三：第 34節(jié)；第 116周 周四：第 12節(jié)；第 116周 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 7 第 1章 嵌入式 系統(tǒng)概論 ? 計算機系統(tǒng)的基本構成 ? 計算機的硬件結構 ? 計算機軟件系統(tǒng) ? 數(shù)據編碼和數(shù)據運算 ? 嵌入式系統(tǒng)簡介 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 8 1 計算機系統(tǒng)的基本構成 圖 1 1 計算機的基本結構存儲器輸出輸入運算器控制器數(shù)據線路控制信號馮 ? 將這些組成部分 集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片 上則構成 單片微型計算機 ? 單片機 ? 嵌入式計算機 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 10 微型計算機的構成 存儲器 I/O接口 地址總線（ AB） I/O設備 ROM：只讀存儲器 RAM：讀寫存儲器 數(shù)據總線（ DB） CPU 控制總線（ CB） 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 11 馮 .諾依曼結構和哈佛結構 ? 馮 .諾依曼 ? 五大組成部分 . 單存儲器 ? 二進制 ? 存儲程序 ? 控制器根據存放在存儲器中的指令序列工作 ? 普林斯頓結構 ? 哈佛結構 ? 雙存儲器 . 指令存儲器 . 數(shù)據存儲器 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 12 微型計算機系統(tǒng) ? 以微型計算機為 中心 ? 配以 相應的外圍設備 以及控制微型計算機工作的 軟件 ? 系統(tǒng)軟件 ? 應用軟件 嵌入式系統(tǒng)原理與實驗 13 微型計算機系統(tǒng)的構成 運算器 控制器 寄存器組 R A M R O M I/ O 接口 I/ O 接口 系統(tǒng)總線 微處理器 微機