第2章 嵌入式硬件组成ppt课件.ppt

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1、第2章嵌入式硬件组成第2章嵌入式硬件组成2.1嵌入式系统组成原理2.2嵌入式最小系统2.3嵌入式系统扩展2.1嵌入式系统组成原理计算机系统的一般运行原理嵌入式系统与通用计算机硬件组成的异同嵌入式系统硬件结构计算机系统的一般运行原理计算机的基本结构51单片机CPU内部结构框图计算机系统的一般运行原理CPU一般包括控制器、运算器和寄存器。控制器的功能是控制处理器，如取指令、译码、执行指令、读写内存等；运算器主要是在处理器的内部完成运算（算术运算、位运算）操作，一般只和寄存器打交道；寄存器为处理器提供内部

2、的临时存储空间，它是处理器和内存的媒介。计算机系统的一般运行原理CPU对内存的对内存的两种基本操作：取指令读写内存一次可以运算的数据长度称为一个“字”(Word)。字的长度称为字长。一个字可以是一个字节，也可以是多个字节。常用的字长有8位、16位、32位、64位等。如某一类计算机的字由4个字节组成，则字的长度为32位，相应的计算机称为32位机冯·诺依曼结构：将数据和指令都存储在存储器中的计算机。计算系统由一个中央处理单元（CPU）和一个存储器组成。存储器拥有数据和指令，并且可以根据所给的地址对它进行

3、读或写。因此程序指令和数据的宽度相同；如：Intel8086、ARM7、MIPS处理器等哈佛结构：为数据和程序提供了各自独立的存储器。程序计数器只指向程序存储器而不指向数据存储器。优点独立的程序存储器和数据存储器为数字信号处理提供了较高的性能。指令和数据可以有不同的数据宽度；具有较高的效率；如摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ARM10系列等ARM 7使用冯·诺依曼体系结构。ARM9使用哈佛体系结构。冯.诺依曼(VonNeumann)指出：程序只是一种（特殊）的数据，它可

4、以像数据一样被处理，因此可以和数据一起被存储在同一个存储器中——这就是著名的冯.诺依曼原理。注意:数据总线和地址总线共用。哈佛体系结构MCS-51单片机使用的是哈佛结构MCS-51单片机有着嵌入式处理器经典的体系结构，这种体系结构在当前嵌入式处理器的高端ARM系列上仍然在延续，这就是哈佛结构。相对于大名鼎鼎的冯·诺依曼结构，哈佛结构的知名度显然逊色许多，但在嵌入式应用领域，哈佛结构却拥有着绝对的优势。哈佛结构与冯·诺依曼结构的最大区别在于冯·诺依曼结构的计算机采用代码与数据的统一编址，而哈佛结构是独

5、立编址的，代码空间与数据空间完全分开。计算机系统的一般运行原理程序计数器在系统复位后，指向的内容是内存的某一个点区域，处理器从该处的内存依次取出指令，然后译码、执行。处理器在执行完一条指令之后，将自动将程序计数器寄存器的内容增加一个单位，然后根据其地址自动执行下一条指令。处理器地址空间ROMIO映射RAM0x0PC程序计数器殊功能寄存器指令操作的种类读写内存（处理器与内存操作）处理寄存器中的数据（处理器不与内存操作）跳转到某个位置执行指令（给程序计数器赋值）从上图中我们可以看到，在虚线框内的就是CP

6、U的内部结构了，8位的MCS-51单片机的CPU内部有数术逻辑单元ALU（ArithmeticLogicUnit）、累加器A（8位）、寄存器B（8位）、程序状态字PSW（8位）、程序计数器PC（有时也称为指令指针，即IP，16位）、地址寄存器AR（16位）、数据寄存器DR（8位）、指令寄存器IR（8位）、指令译码器ID、控制器等部件组成。小节计算机系统由处理器、内存、总线等主要部件组成处理器对内存的基本操作包括读取指令和读写数据指令的基本操作包括：读写内存、处理寄存器中的数据、跳转到某个位置执行指令

7、处理器所能访问的地址空间映射的内存包括：只读存储器、随机存储器、IO端口内存、处理器特殊功能寄存器的地址映射。嵌入式系统与通用计算机硬件组成的异同嵌入式系统本质上是计算机系统，但是具有以下的特点：集成度高非标准化接口非常复杂嵌入式系统与通用计算机硬件组成的异同嵌入式系统的集成度高通用计算机的CPU与南北桥芯片计算机主板嵌入式系统与通用计算机硬件组成的异同嵌入式系统的非标准化通用计算机的X86指令集X86指令集是Intel为其第一块16位CPU(i8086)专门开发的，IBM1981年推出的世界

8、第一台PC机中的CPU—i8088(i8086简化版)使用的也是X86指令，同时电脑中为提高浮点数据处理能力而增加了X87芯片，以后就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集。虽然随着CPU技术的不断发展，Intel陆续研制出更新型的i80386、i80486直到过去的PII至强、PIII至强、Pentium3，最后到今天的Pentium4系列、至强（不包括至强Nocona），但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源，所以Inte