沈阳师范大学：《单片机原理与接口技术应用》课程教学资源（PPT课件）第01章 绪论

绪论第1章

第1章 绪论

本章对微型计算机进行了概述，介绍了国内外流行的单片微控制器ARM、嵌入式系统、嵌入式系统的软件、嵌人式系统的应用领域和嵌入式控制系统（ECS）

本章对微型计算机进行了概述，介绍了国内外流行的单 片微控制器ARM、嵌入式系统、嵌入式系统的软件、嵌人式 系统的应用领域和嵌入式控制系统（ECS）

1.1微型计算机概述现场总线946年问世的世界上第一台计算机开创了科学技术高速发展的时代经过半个多世纪的不断发展和提高，计算机获得了突飞猛进的发展，经历，由电子管、晶体管、集成电路以及超大规模集成电路的发展历程。计算机在科学技术、文化、经济等领域的发展中，发挥了白大的推动作用。微型计算机的发展取决于微处理器的发展。1971年，美国lIntel公司生产出了世界上第一片4位集成微处理器4004；1975年，中档8位微处理器的产品问世：

1.1 微型计算机概述 现场总线946年问世的世界上第一台计算机开创了科学技 术高速发展的时代。 经过半个多世纪的不断发展和提高，计算机获得了突飞 猛进的发展，经历了由电子管、晶体管、集成电路以及超大 规模集成电路的发展历程。计算机在科学技术、文化、经济 等领域的发展中，发挥了巨大的推动作用。 微型计算机的发展取决于微处理器的发展。 1971年，美国Intel公司生产出了世界上第一片4位集成微 处理器4004； 1975年，中档8位微处理器的产品问世；

1976年，各公司又相继推出了高档微处理器，如lntel公司的8085、Zilog公司的Z80等；1978年，各公司推出了性能与中档16位小型机相当的微处理器，比较有代表性的产品是ntel8086。Intel8086的地址线为20位，可寻址1MB的存储单元，时钟频率为4～8MHz。随着新技术的应用和大规模集成电路制造技术水平的不断提高，微处理器的集成度越来越高，一只芯片中包含的晶体管多达上亿只。同时，微处理器的性能价格比也在不断提高。与CPU配套的各种器件和设备，如存储器、显示器、打印机、数模、模数转换设备等也在迅速发展，总的发展趋势是功能加强、性能提高、体积减小和价格下降

1976年，各公司又相继推出了高档微处理器，如Intel公 司的8085、Zilog公司的Z80等； 1978年，各公司推出了性能与中档16位小型机相当的微 处理器，比较有代表性的产品是Intel 8086。Intel8086的地址 线为20位，可寻址1MB的存储单元，时钟频率为4～8MHz。 随着新技术的应用和大规模集成电路制造技术水平的不 断提高，微处理器的集成度越来越高，一只芯片中包含的晶 体管多达上亿只。 同时，微处理器的性能价格比也在不断提高。与CPU配 套的各种器件和设备，如存储器、显示器、打印机、数模、 模数转换设备等也在迅速发展，总的发展趋势是功能加强、 性能提高、体积减小和价格下降

进入21世纪以来，各计算机公司不断推出新型的计算机，使得计算机无论从硬件还是软件方面，以及速度、性能、价格等诸方面不断适应各种人群的使用。新一代计算机采用人工智能技术及新型软件，硬件采用新的体系结构和超导集成电路，分为问题解决与推理机、知识数据库管理机、智能接口计算机等。具有以下特点：1）在CPU上集成存储管理部件。2）采用指令和数据高速缓存。3）采用流水线结构以提高系统的并行性。4）采用大量的寄存器组成寄存器堆以提高处理速度。5）具有完善的协处理器接口，提高数据处理能力。6）在系统设计上引入兼容性，实现高、低档微机间的兼容

进入21世纪以来，各计算机公司不断推出新型的计算机 ，使得计算机无论从硬件还是软件方面，以及速度、性能、 价格等诸方面不断适应各种人群的使用。 新一代计算机采用人工智能技术及新型软件，硬件采用 新的体系结构和超导集成电路，分为问题解决与推理机、知 识数据库管理机、智能接口计算机等。具有以下特点： 1）在CPU上集成存储管理部件。 2）采用指令和数据高速缓存。 3）采用流水线结构以提高系统的并行性。 4）采用大量的寄存器组成寄存器堆以提高处理速度。 5）具有完善的协处理器接口，提高数据处理能力。 6）在系统设计上引入兼容性，实现高、低档微机间的兼 容

另外，产品是否开源也成为微处理器发展的方向之一。微处理器一般由计算单元、存储单元、总线和外部接口构成。另外，晶振和电源管理部分也是不可少的。随着集成度越来越高，有更多的东西可以放到微处理器芯片中。从动态的角度看，晶振是微处理器工作的心脏，所传出的像脉搏一样的信号是时钟周期。总线像神经一样连接起各个部分，并传送数据和指令。指令和数据在本质上没多大区别，之所以这样划分是为了能够说得更清楚。一般而言，指令能够让处理器产生动作；数据只是指令的后果或指令执行的一些资源

另外，产品是否开源也成为微处理器发展的方向之一。 微处理器一般由计算单元、存储单元、总线和外部接口 构成。另外，晶振和电源管理部分也是不可少的。随着集成 度越来越高，有更多的东西可以放到微处理器芯片中。 从动态的角度看，晶振是微处理器工作的心脏，所传出 的像脉搏一样的信号是时钟周期。 总线像神经一样连接起各个部分，并传送数据和指令。 指令和数据在本质上没多大区别，之所以这样划分是为了能 够说得更清楚。一般而言，指令能够让处理器产生动作；数 据只是指令的后果或指令执行的一些资源

存储单元则如大脑的记忆体，它们存放着指令或者数据。不同的是，大脑的记忆体记忆的多是过去发生过的事情，微处理器的数据存储器单存放的是某个运算的结果，而指令存储器单存放的是未来的一些安排好的动作序列，更像我们安排的计划表。计算单元就像大脑的科学计算区域，负责一些有规则的数学的运算。这种运算是由指令安排的，并且计算操作数和结果都是存放在存储单元里的。外部接口像传到四肢的神经接口，把微处理器的指令传到四肢，让四肢做一些工作，或者从四肢传回来一些感觉信息，让微处理器判断要做仟么。微处理器与人脑的主要不同在干微处理器单的所有指令都是事先安排好的，而人脑是可以自已学习、自已安排动作的

存储单元则如大脑的记忆体，它们存放着指令或者数据 。不同的是，大脑的记忆体记忆的多是过去发生过的事情， 微处理器的数据存储器里存放的是某个运算的结果，而指令 存储器里存放的是未来的一些安排好的动作序列，更像我们 安排的计划表。 计算单元就像大脑的科学计算区域，负责一些有规则的 数学的运算。这种运算是由指令安排的，并且计算操作数和 结果都是存放在存储单元里的。 外部接口像传到四肢的神经接口，把微处理器的指令传 到四肢，让四肢做一些工作，或者从四肢传回来一些感觉信 息，让微处理器判断要做什么。 微处理器与人脑的主要不同在于微处理器里的所有指令 都是事先安排好的，而人脑是可以自己学习、自己安排动作 的

微处理器（microprocessor，缩写为μP）是可编程化的特殊集成电路，其所有组件小型化至一块或数块集成电路内，可在其一端或多端接收编码指令，执行此指令并输出描述其状态的信号。之所以会称为微处理器，并不只是因为它比迷你计算机所用的处理器还要小，最主要的原因是当初各大芯片厂的工艺已经进入了1um的阶段，用1μm的工艺所产制出来的处理器芯片，厂商就会在产品名称上用“微”字，以强调它们是高科技。早在微处理器问世之前，电子计算机的中央处理单元就经历了从真空管到晶体管再到离散式TTL集成电路等几个重要阶段，甚至在电子计算机以前，还出现过以齿轮、轮轴和杠杆为基础的机械结构计算机

微处理器（micro processor，缩写为μP）是可编程化的 特殊集成电路，其所有组件小型化至一块或数块集成电路内 ，可在其一端或多端接收编码指令，执行此指令并输出描述 其状态的信号。 之所以会称为微处理器，并不只是因为它比迷你计算机 所用的处理器还要小，最主要的原因是当初各大芯片厂的工 艺已经进入了1μm的阶段，用1μm的工艺所产制出来的处理 器芯片，厂商就会在产品名称上用“微”字，以强调它们是 高科技。 早在微处理器问世之前，电子计算机的中央处理单元就 经历了从真空管到晶体管再到离散式TTL集成电路等几个重要 阶段，甚至在电子计算机以前，还出现过以齿轮、轮轴和杠 杆为基础的机械结构计算机

文艺复兴时期的著名画家兼科学家列奥纳多·达·芬奇就普做过类似的设计，但那个时代落后的制造技术根本没有能力将这个设计付诸实现。微处理器的发明使得复杂的电路群得以制成单一的电子组件。从20世纪70年代早期开始，微处理器性能的提升就基本上遵循着IT界著名的摩尔定律。这意味着在过去的30多年单，每18个月，CPU的计算能力就会翻一番。大到巨型机，小到笔记本电脑，持续高速发展的微处理器取代了诸多其他计算形式而成为各个类别各个领域所有计算机系统的计算动力之源。目前常常听到的微处理器是微处理机的一种变体，它包括了CPU、一些内存以及I/O接口，所有都集成在一块集成电路上

文艺复兴时期的著名画家兼科学家列奥纳多·达·芬奇就曾 做过类似的设计，但那个时代落后的制造技术根本没有能力 将这个设计付诸实现。微处理器的发明使得复杂的电路群得 以制成单一的电子组件。 从20世纪70年代早期开始，微处理器性能的提升就基本 上遵循着IT界著名的摩尔定律。这意味着在过去的30多年里 ，每18个月，CPU的计算能力就会翻一番。大到巨型机，小 到笔记本电脑，持续高速发展的微处理器取代了诸多其他计 算形式而成为各个类别各个领域所有计算机系统的计算动力 之源。 目前常常听到的微处理器是微处理机的一种变体，它包 括了CPU、一些内存以及I/O接口，所有都集成在一块集成电 路上

微处理器已经无处不在，录像机、智能洗衣机、移动申话等家电产品，汽车引擎控制，以及数控机床、导弹精确制导等，都要嵌入各类不同的微处理器微处理器不仅是微型计算机的核心部件，也是各种数学化智能设备的关键部件。国际上的超高速巨型计算机、大型计算机等高端计算系统也都采用大量的通用高性能微处理器建造

微处理器已经无处不在，录像机、智能洗衣机、移动电 话等家电产品，汽车引擎控制，以及数控机床、导弹精确制 导等，都要嵌入各类不同的微处理器。 微处理器不仅是微型计算机的核心部件，也是各种数字 化智能设备的关键部件。国际上的超高速巨型计算机、大型 计算机等高端计算系统也都采用大量的通用高性能微处理器 建造