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第1章概述微机原理与接口技术第1章概述有关本课程学习的几点建议:本课程是一门实践性、应用性很强的学科仅仅听懂还不够,重在培养动手能力硬件/软件同样重要、不可偏废硬件是骨架,软件是灵魂本课程的前期基础课程是数字电路与微机原理这方面知识掌握得不够好的请自己补上预习、听课、复习、作业、实验环环都重要用科学的方法学习第1章概述考核方式•期末总评成绩=平时成绩(作业、网络作业、出勤、课堂表现等)+期中成绩+实验成绩+期末考试成绩•实验16学时,实验需进行实验考试。第1章概述第1章概述(1)硬件结构(2)指令系统(3)汇编语言程序设计(4)中断系统(5)定时器/计数器(6)串行口(7)接口扩展第1章概述第1章概述第1章概述•Ptoteus7•KeilC51第1章概述1.1微处理机的产生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(ElectronicNumericalIntergratorAndCalculator)第1章概述•ENIAC电子管计算机,长30.48米,宽1米,占地面积170平方米,30个操作台,重达30吨,耗电量150千瓦,造价48万美元,6000多个开关,每秒运行5000次加法或400次乘法,是继电器计算机的1000倍,手工计算的20万倍。计算一个算术题只要2分钟,但为此付出的准备工作却要2天。ENIAC的时钟频率仅有100KHz,能在1秒钟的时间内完成5000次加法运算。与现代的计算机相比,有许多不足,但它的问世开创了计算机科学技术的新纪元,对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响。第1章概述约翰·冯·诺依曼JOhnvonNeumann,1903年12月28日,出生于匈牙利布达佩斯.1929年冯·诺依曼受聘前往美国普林斯顿大学任教。1933年,普林斯顿大学高等研究院任命了包括爱因斯坦在内的第一批6位终身教授,冯·诺依曼是其中最年轻的一位。冯·诺依曼一生在数学、量子物理学、逻辑学、军事学、对策论等诸多领域均有建树,但参与人类第一台实用数字电子计算机的研究却始于偶然。但还是被公认为现代计算机之父.1957年2月8日,冯·诺依曼因患癌症去世,终年54岁.第1章概述匈牙利籍数学家冯·诺依曼在方案的设计上做出了重要的贡献。1946年6月,他又提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想,进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成这一计算机的经典结构。存储器输出设备输入设备控制器运算器数据流控制流第1章概述●逻辑元件采用电子管,主存储器采用磁芯,磁带作为外存。体积大、耗电多、运算速度慢。最初只能使用二进制表示的机器语言,到20世纪50年代中期才出现汇编语言。这个时期,计算机主要用于科学计算和军事方面,应用很不普遍。电子管计算机(1946~1958年)●内存主要采用磁芯,外存大量采用磁盘,输入输出设备有了较大改进。体积显著减小、可靠性提高、运算速度可达每秒百万次。软件方面出现了高级程序设计语言和编译系统。计算机开始广泛应用于以管理为目的的信息处理。第二代第一代晶体管计算机(1958~1964年)1.1.1计算机的发展概况第1章概述第三代第四代集成电路计算机(1964-1971年)●主要采用中、小规模集成电路(SSI和MSI),运算速度达每秒千万次,可靠性大大提高,体积进一步缩小,价格大大降低。软件方面进步很大,有了操作系统,开展了计算机语言的标准化工作并提出了结构化程序设计方法,出现了计算机网络。计算机应用开始向社会化发展,其应用领域和普及程度迅速扩大。●微型计算机的出现和发展是计算机发展史上的重大事件,使得计算机在存储容量、运算速度、可靠性和性能价格比等方面都比上一代计算机有了较大突破。各种系统软件、应用软件大量推出,功能配置空前完善,充分发挥了计算机的功能,把计算机的发展和应用带入了一个全新时代。大规模集成电路计算机(1971年至今)第1章概述第五代第六代具有人工智能的计算机(1964-1971年)神经电脑计算机(1971年至今)计算机的发展趋势:向着高速、大容量、智能化的超级巨型机的方向发展;向着微型机的方向发展第1章概述1.1.2微型计算机的发展及2大分支微处理器的产生:1968年成立Intel公司。1969年日本一公司要求Intel公司为其设计一组用于高性能可编程计算器的芯片,日本客户的原始设计方案至少需要12块专用芯片,Intel公司的Hoff工程师拒绝了这种笨拙的设计方案,代之以四块芯片构成:4001——RAM4002——ROM4003——寄存器4004——4位CPU该四块芯片组合即有简单通用计算机的功能。第1章概述•1976年诞生的IntelMCS-8051单片机迅速实现了对家用电器、仪器仪表等的智能化控制(计算机改变了原来的形态)•1974-1978年诞生了8位微处理器,代表产品Intel8080、Z80等,1978年后诞生了解16位微处理器8086,同期诞生世界上第一台具有特定功能的计算机——AppleII•第一台PC诞生于1981年,IBM公司为其命名为IBMPC(微处理器从286\386\486\586\奔腾系列)第1章概述•微型计算机的两大分支:通用微型计算机和嵌入式计算机(单片机)•意义:形成了计算机发展的专业化分工,而且将计算机技术扩展到各个领域,使人类迅速进入全球化的网络、通信、虚拟世界和数字化生活的新时代。第1章概述1.1.3单片机与微型计算机的主要异同点•主要相同点(1)基本组成及工作原理相同第1章概述(2)核心部件都是基于计算机的基本原理,衡量的主要技术指标也基本相同(字长、主频、运算速度、内存容量)(3)指令系统功能大部分也相同,程序运行原理相似。第1章概述主要不同点:单片机将所有电路集成电路在一块芯片上,通常包括定时器等辅助电路,一块单片机芯片就是一台计算机。单片机是向着单芯片化道路的方向发展,技术要求则是不断提高嵌入性能、控制能力与可靠性。微型计算机则是把微处理器(CPU)、存储器、I/O接口、定时器等不同的芯片组成在一块底板上,然后配上机箱、外设等。通用计算机主要是为满足高速、海量的数值计算、实现多媒体和网络通信等功能,技术发展方向是不断提高计算速度,不断扩大存储容量。第1章概述1.2微型计算机系统概述微型计算机系统的基本组成第1章概述§1.3单片机概念一、什么是单片机1、在一块半导体硅片上集成了微处理器(控制器、运算器),存储器和各种输入/输出接口。2、单片微型计算机(SingleChipMicro-computer):一块芯片就具有一台计算机的功能、属性。国内叫法。3、嵌入式控制器(EmbeddedMicro-controller):单片机通常用于测控领域,处于测控系统的核心地位并嵌入其中。国际叫法。第1章概述4、与“微机原理中PC机”的联系与区别都属于微型计算机;通用与专用之分;单芯片与多芯片之分;应用场合不同;性能不同等等。8088CPU8250串行口8253定时器8259中断控制8255并行口8237DMA控制总线扩展DRAM内存ROMBIOS主板硬盘光驱PC/XT第1章概述CPU(运算器)(控制器)数据存储器RAM程序存储器ROM特殊功能寄存器SFR定时器/计数器中断系统串行口P0P2P1P38888ALERSTEAPSENXTAL2XTAL18088CPU8250串行口8253定时器8259中断控制8255并行口8237DMA控制总线扩展DRAM内存ROMBIOS主板硬盘光驱PC/XT微型计算机的单片化即单片微型计算机(单片机)第1章概述二、单片机用途分类1、通用型:可开发的内部资源,如RAM、ROM、I/O等功能部件,全部提供给用户。用户根据需要,设计一个以通用单片机芯片为核心的测控系统。通常产品。2、专用型:专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机,针对性强且数量巨大。特制产品。第1章概述第一阶段(1974年~1976年):初级阶段、微型计算机的单芯片集成探索阶段。双片的形式,功能简单。第二阶段(1976年~1978年):低性能阶段,单芯片集成完成阶段以Intel公司制造的MCS-48单片机为代表。第三阶段(1978年~1982年):体系结构成熟阶段。以Intel公司的MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列为代表,形成了单片机的两大体系结构。第四阶段(1982年~现在):高速发展阶段。8位单片机性能不断完善,16位、32位单片机推出发展阶段§1.4单片机的历史发展概况第1章概述§1.58位单片机的主要生产厂家和机型产量最大:Motorola,68序列(Freescale,飞思卡尔)市场份额最大:Microchip,PIC系列生产厂商最多的机型:Intel的51系列及其增强型、扩展型§1.6单片机的发展趋势1、CPU的改进:双CPU、加宽数据总线、串行总线结构;2、存储器的发展:容量、速度的提高,新类型存储器件;3、片内I/O的改进:功能类型、驱动能力的提高;4、外围电路内装化:系统的单芯片化(SOC,片上系统);5、低功耗化:低电压、低耗电。第1章概述§1.7单片机的应用1、工业自动化2、智能仪器仪表3、消费类电子产品4、通讯5、武器装备6、终端及外部设备控制7、多机分布式系统第1章概述单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域第1章概述第1章概述第1章概述第1章概述§1.8MCS-51系列AT89C5x系列单片机1、Intel的MCS-51系列,基本型8031\8051\8751;2、20世纪80年代中后期,Intel公司把8051内核技术专利转让,各厂家在此基础上改进,称为80C51单片机(低功耗型);3、此后Intel主要专注于高端CPU,目前51单片机主要由Atmel、Philips(NXP)、Maxim、Siliconlabs等厂家生产。4、国内使用较多型号:AT89C515、8位单片机速度、性能最高机型:C8051F12X/13X第1章概述20世纪80年代以来,单片机的发展非常迅速,世界上一些著名厂商投放市场的产品就有几十个系列,数百个品种。其中有:Intel公司的MCS-48、MCS-51Motorola公司的6801、6802Zilog公司的Z8系列Rockwell公司的6501、6502等。PHILIPS公司NEC公司日立公司相继推出了各自的单片机产品。第1章概述单片机问世以来,在我国使用最多的还是Intel公司的及其兼容单片机。MCS-51单片机是最早进入我国的单片机主流产品之一。MCS是Intel公司生产的单片机的系列号,如Intel公司的MCS-48、MCS-51、MCS-96系列单片机。MCS-51系列单片机既包括三个基本型8031、8051、8751,也包括对应的低功耗型80C31、80C51、87C51。第1章概述(1)基本型典型产品:8031/8051/8751(2)增强型典型产品:8032/8052/8752内部RAM增到256字节,8052、8752的内部程序存储器扩展到8KB,16位定时器/计数器增至3个。(3)低功耗型典型产品:80C31/87C51/80C51。采用CMOS工艺适于电池供电或其它要求低功耗的场合。(4)专用型8044/8744,用于总线分布式多机测控系统。美国Cypress公司的EZUSR-2100单片机-USB接口。第1章概述表1-1列出了MCS-51系列单片机的内部硬件资源第1章概述AT89C5x系列单片机20世纪80年代中期以后,Intel公司已把精力集中在CPU芯片的开发、研制上,并逐渐放弃了单片机芯片的生产。但是以MCS-51为技术核心和主导的单片机已经成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象,以此为基核。以专利或技术交换的形式把8051内核技术转让给各厂家。如:AMTEL、PHILIPS、ANALOGDEVICES、DALLAS公司。这些厂家的兼容单片机,与8051的系统结构(主要是指令系统)相同,采用CMOS工艺------80C51系列。80C51系列:所有具有8051指令系统的单片机,不应直接称为MCS-
本文标题:第1章微机原理与接口技术概述
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