第二章 第一讲 微处理器ppt课件.ppt

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1、微处理器基础第2章物理与电子科学学院2008年6月19日1南京大学计算机系总线数据存储器程序存储器特殊功能寄存器I/O口I/O口运算器控制器2单片机的基本组成(1)运算器用于实现算术和逻辑运算，包括：ALU（算术和逻辑单元）ACC（累加器）PSW（程序状态字）寄存器B暂存器1暂存器23单片机的基本组成(2)控制器用于控制单片机程序运行和协调各部件正常工作的“指挥中心”，包括:PC（程序计数器）PC+1计数器指令寄存器指令译码器时序及控制电路4单片机的基本组成(3)内部数据存储器内部128字节的RAM(针对MCS-51单片机)；内部256字节的

2、RAM(针对MCS-52单片机)；(4)内部程序存储器早期版本的MCS-51无内部程序存储器；扩展型MCS-51片内包含容量不等(1K~64K)的程序存储器；内部程序存储器种类包括ROM、EPROM、Flash等。5单片机的基本组成(5)并行I/O端口MCS-51单片机有四个8位并行I/O端口P0~P3；这些端口既可按字节操作也可按位操作；P0口可复用为数据总线和低8位地址总线；P2口可作为地址总线的高8位；P3口为多功能口，可作为串行口、中断输入及计数器的外部输入/输出。6单片机的基本组成(6)定时器/计数器51单片机内部有2个16位定时器

3、/计数器T0和T1；52单片机内部增加了一个16为定时器/计数器T2；(7)串行通信接口51单片机内部有1个全双工的UART(通用串行收发器)，可设置为多种工作模式；7单片机的基本组成(8)中断控制系统51单片机内部有5个中断源；这些中断源可分为2个中断优先级；(9)时钟电路51单片机内部振荡电路配合外部晶振或外部输入的时钟信号，可产生时钟脉冲序列，控制CPU内部逻辑电路运行。8从体系结构而言51单片机属于哈弗结构，采用cisc复杂指令集系统Arm一般为哈弗结构（ARM7采用冯•诺依曼结构），采用risc精简指令集系统一、体系结构基础9冯•诺

4、依曼结构示意图指令寄存器控制器运算器输入输出中央处理器存储器程序指令0指令1指令2指令3指令4数据数据0数据1数据2地址指令/数据10冯·诺依曼体系结构的特点数据与指令都存储在存储器中被大多数计算机所采用ARM7——冯诺依曼体系11哈佛结构哈佛结构基本特点：程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。可以使指令和数据有不同的数据宽度。如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。优点：较高执行效率和数据吞吐率12哈佛结构示意图指令寄存器控制器运算器输入输出中央处理器程序存储器指令0指令1指令2数据存储器数据0数

5、据1数据2地址指令地址数据13哈佛体系结构的特点程序存储器与数据存储器分开提供了较大的数据存储器带宽大多数DSP都是哈佛结构ARM9是哈佛结构14什么是计算机体系结构？计算机体系结构描述：从用户角度看到的计算机属性，计算机的指令集、可见寄存器、存储器管理单元和异常处理模式都是体系结构的一部分。15计算机体系结构的发展70年代，先进的半导体加工工艺技术使得在单个芯片上集成的晶体管越来越多；而在当时，微处理器的性能的不断提高主要是依赖于在单个芯片上集成尽可能多的集成晶体管；半导体加工技术是70年代微处理器性能提高的主要因素，而计算机体系结构自身对

6、性能的贡献不太明显。16计算机体系结构的发展微处理器的设计在体系结构级上缺乏独创的思想。处理器的设计者大多是从小型计算机的发展中取得的技术思路，在小型计算机的实现技术中，主要是全部复杂例程所需要的微码ROM占据了较多的芯片面积，而给其它能增强性能的部件没有留下较大的资源。70年代晚期的发展起来的大量的带有小型计算机指令集的单片复杂指令集计算机CISC就是一个例子。17计算机体系结构的发展1980年以前，由于计算机设计的主要趋势是增加指令集的复杂度，许多典型计算机的指令系统已经非常庞大，指令的功能相当复杂。CISC指令集设计的主要趋势是增加指令

7、集的复杂度。而复杂指令集的高性能是以宝贵、有限的芯片面积为代价的。而RISC正是诞生在这种指令集日益复杂的情况下。18RISC体系结构的发展历史1980年，Patterson和Ditzel完成了一篇题为“精简指令集计算机概述”的开创性论文，在文中全面的提出了RISC的设计思想。RISC的中心思想是精简指令集的复杂度、简化指令实现的硬件设计，硬件只执行很有限的最常用的那部分指令，大部分复杂的操作则由简单指令合成。（8/2原则）随后伯克利的研究生完成的RISC处理器原型机（伯克利RISCⅠ、RISCⅡ）性能显著，结果有力的支持了RISC设计的论点

8、。19RISC体系结构的发展历史他们开发的RISC比当时的商业CISC处理器简单得多，虽然投入的设计力量也呈数量级减少，但仍然达到了相似的实现性能。RISC思想大幅