计算机导论 5.1—微处理器.ppt

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1、1,新编电类专业计算机基础,5.1 微处理器与个人电脑的诞生,2,5.1.1 微处理器的诞生与发展,目 录,5.1.2 个人电脑的诞生,3,微处理器的诞生与发展,微处理器诞生,芯片上的电脑诞生,4,微处理器4004,费根,霍夫,麦卓尔,1971年，Intel公司应日本通信公司要求，以霍夫为首的研制组织制造了“4004”，世界上第一片微处理器诞生。,在34mm面积上集成2250个晶体管；,每秒运算速度达6万次；,4位处理器。,4004,5,微处理器8080,1975年，霍夫小组研制出有史以来最成功的8位微处理器“8080”。,集成6000只晶体管；,每秒执行29万条指令。,6,微处理器6800、

2、Z80,1975年，摩托罗拉推出了8位微处理器“6800”。,6800,1976年，费根成立Zilog公司，宣布研制成功8位微处理器“Z80”，“克隆”了8080，并青出于蓝而胜于蓝。,Z80,7,微处理器进入中国,80年代初，Z80开始被引入中国，并风靡整个中国大地。,基于Z80的TP801单板机(北京工业大学),TP801配套教材(清华大学周明德),基于Z80的CMC-80双板机（株洲电子研究所与香港金山公司工作）,8,单片机在中国的发展,进入中国市场,9,嵌入式在中国的发展,8位单片机,应 用,操作系统,随着半导体技术及网络技术的发展。,10,5.1.1 微处理器的诞生与发展,目 录,5

3、.1.2 个人电脑的诞生,11,个人电脑的诞生,1974年，爱德华 罗伯茨推出世界上第一台基于Intel 8080微处理器的个人电脑Altair 8800。,爱德华 罗伯茨,12,Altair8800,没有显示器、键盘、鼠标；,使用拨动开关手工输入二进制编程开关向上：高电平、向下：低电平,256B RAM、4KB程序；,没有监控程序；,13,Altair8800,爱德华 罗伯茨,1975年1月，比尔 盖茨和保罗 艾伦在Altair 8800上成功研制BASIC语言。,比尔盖茨,保罗艾伦,14,5.1.1 微处理器的诞生与发展,目 录,5.1.2 个人电脑的诞生,15,小结,16,小结,我们其实

4、与他们一样也可以梦想也可以成功也可以创造辉煌,17,新编电类专业计算机基础,5.2 计算机工作原理,18,目 录,19,计算机的实现,计算机技术的实现实际上是人类思维的产物。,晶体管+电子线路,20,计算机思想的故事,三国时期，赤壁之战击败曹操后，刘备暂为管理荆州地区，孙权以嫁妹让刘备来吴国完婚为名，想将其扣押，以夺回荆州之地。,吴国,荆州,21,计算机思想的故事,为了刘备安全，诸葛亮派赵云带500军士随刘备前往，行前交给赵云3个锦囊，并告知内有3条指令，照指令办事。,荆州,22,计算机思想的故事,吴国,孙权迫于无奈，将妹妹嫁给刘备,23,计算机思想的故事,吴国,年终已至,刘备携同孙尚香立即赶

5、回荆州,24,计算机思想的故事,吴国,孙尚香大怒，周瑜让道，刘备逃之夭夭,得知刘备逃跑，周瑜前来拦截,25,计算机思想的故事,锦囊1,锦囊2,锦囊3,指令1,指令2,指令3,典型程序化工作方式,赵云按要求打开锦囊，执行指令,26,目 录,27,计算机工作特点,锦囊1,锦囊2,锦囊3,指令1,指令2,指令3,工作特点：,计算机一次只能知道和处理一条指令；,计算机必须严格按照顺序执行指令。,28,计算机工作要素,工作要素：程序员需能预知将要处理的所有事情。,预知将发生的事,29,目 录,30,CPU的结构,将上述故事与计算机CPU系统对比,视觉、听觉、嗅觉,高和低电平(0和1),有复杂的语言、理解

6、能力，故解码能力超强,由硬件结构(译码电路)完成简单指令的解码,不确定,非常精确,按照锦囊中指令自行处理相关命令,按照程序员编写好的指令在供电下不停运作,假如像机器一样机械,31,指令的存放,按顺序预知赵云每一步需做的事情,程序存储器,32,指令的读取、译码及执行,眼睛,手,第一步,1,指令1,第n步,n,指令n,33,指令的读取、译码及执行,数据总线,地址总线,眼睛,手,data1,addr1,34,指令的读取、译码及执行,CPU处理指令步骤,35,目 录,36,小鸟觅食,37,数据传送指令,data,data,data,data,data,data,data,data,数据交换：,CPU与

7、各存储器间；,CPU内部；,各存储器间。,使用传送指令实现,38,数据运算指令,39,控制转移指令,道路分支,马路上行驶，极少可能一条直线走到目的地,编程中，程序极少可能一直按顺序执行下去，总会发生“意外”,小鸟觅食流程图,程序分支,40,新编电类专业计算机基础,5.3 引脚功能与内部结构图,41,5.3.1 引言,目 录,5.3.2 引脚功能,42,单片机的应用,生活中,单片机,无处不在,应用,43,单片机的概念,单片机到底是什么？,44,单片机的概念,单片机就是将所有复杂功能部件集成到一片单独的集成电路芯片上。,45,硬件的学习,本书采用“单片机+外部存储器”从原理上进行学习,46,5.3

8、.1 前言,目 录,5.3.2 引脚功能,47,8051单片机实物图,直插式,贴片式,48,8051单片机引脚图,电源、地,时 钟,49,单片机典型振荡电路,选频网络,内部反相放大器,将示波器探头放于此,提示：,可通过检测振荡电路波形得知单片机是否工作正常。,50,8051单片机引脚图,RST,电源、地,时 钟,复 位,上电时，令单片机内部寄存器处于指定状态，使系统更可靠 RST：复位引脚，高电平有效,51,单片机典型复位电路,+5V,R,C,RST,复位电路,外部电路,内部电路,+,10uF,10K,将示波器探头放于此,CPU复位电压,CPU复位时间，大于2个机器周期，单片机复位,提示：,可

9、通过检测RST管脚电压得知单片机是否工作正常。,电压降为0，CPU正常工作,52,I：Input，用于采集信号,4组I/O口，每组包括8根并行线。,O：Output，用于输出地 址、数据信号,8051单片机引脚图,53,8051单片机引脚图,ALE/PROG,EA,PSEN,P3.7/PSEN：片外程序存储器选通，低电平有效。,存储器选通,54,8051,外部程序存储器,EA引脚的使用,EA,地址线,数据线,控制线,程序存储器,CPU先访问单片机内部程序存储器，,内部存储器不够用时，CPU自动访问外部程序存储器。,CPU不访问单片机内部程序存储器，只访问外部程序存储器,Altair-8031S

10、mall都是采用外部存储器,55,I：Input，用于采集信号,4组I/O口，每组包括8根并行线。,O：Output，用于输出地 址、数据信号,8051单片机引脚图,存储器选通,EA,程序存储器访问允许信号，决定CPU最初访问的程序存储器。,P3.6/WR：片外数据存储器写选通，低电平有效；,P3.7/RD：片外数据存储器读选通，低电平有效；,P3.7/PSEN：片外程序存储器选通，低电平有效。,ALE/PROG,56,目 录,57,微型计算机系统框图,地址,数据,CPU将数据（指令）在存储器中的地址放到地址总线上,CPU在控制总线上发送一个读或写的信号,读操作从存储器指定位置读出数据并放在数

11、据总线上,写操作是CPU将数据输出到数据总线上,数据,CPU通过地址、数据和控制总线连接RAM、ROM。,58,8051内部结构框图,程序计数器的内容被放到 地址总线上,P0口输出8位地址信号，通过ALE信号锁存,P0口作为数据总线，读取 外部存储器中存放的机器 指令,指令通过数据总线送到指 令寄存器，再由指令寄存 器传送到指令译码器，指 令译码器根据指令内容通 过时序产生控制信号,59,8051内部结构框图,指令为逻辑运算指令：,传送到逻辑运算单元进行 相应的运算,结果溢出或者为0等8位数 据表现不不出来的状态，则放到程序状态字寄存器 中,运算结果存入累加器ACC 中,60,计算机三大系统总线,Back,