《单片机及嵌入式系统原理》单片机课件 第二章 计算机的基本工作原理

第二章

计算机的基本工作原理

本章内容2.1计算机的组成单元（了解）2.2中央处理器(CPU)（了解）2.3存储器（部分重点掌握）2.4I/O接口（概念重要）2.5总线（概念重要）2.6数据的单位（重点）2.7计算机系统（了解）2.8计算机的工作过程（了解）2.1计算机的组成单元计算机一般由中央处理单元、存储器、输入输出设备等几大部件构成，让学生与自己的电脑结合起来即可中央处理单元输入设备输出设备存储器总线总线总线输入接口输出接口输入接口信号输出接口信号2.2中央处理器(CPU)（1）中央处理器是芯片内部最核心的功能部分，即中央处理单元（CentralProcessingUnit），类似人的大脑。（2）CPU内部包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。目前这些东西很抽象，只能死记。（3）运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件的具体功能，了解即可，后续会详细介绍。

2.3存储器（1）在计算机中，存储数据的，都可以说是存储器，按材料（介质）分：半导体存储器（U盘）、磁表面存储器（硬盘）、光介质存储器（光盘）。（2）按应用分类：

（3）按数据存取方式分类：只读和可读写2.3存储器（4）在PC中，内存指内存条，硬盘、U盘、光驱等是辅存，又叫外存。注意，计算机主板上固化启动程序的存储芯片本质上也是内存，通常用来存放BIOS程序。（5）计算机中，存取速度（寄存器不是存储器）：

2.3.1半导体存储器简介

（1）半导体即模拟电子、数字电子中的硅或锗材料，形成PN结，然后集成封装构成芯片（2）半导体存储器分为RAM和ROM两种（3）半导体存储器的基本技术指标：一个存储芯片的地址线为10根，数据线为4根，则该芯片容量为210×4B＝4KB存取时间和存取周期非常重要，一定要与CPU的读写时序配合，否则数据是乱码，这在嵌入式系统中显得很关键。

(4)DRAM/FPRAM/SDRAM/EPROM/Flash等简单介绍常识即可，其中Flash因应用广泛，最好结合U盘、移动硬盘等多做介绍。2.3.2半导体存储器原理

存储器的基本原理（RAM/ROM适用）

2.3.2半导体存储器原理

存储单元的地址和存储内容

（RAM/ROM适用）

2.3.3静态RAM的内部结构（1）存储单位是存储1位的电路（1或0），存储单元是存储一个字节的电路（8位）（2）存储电路简单了解即可

2.3.4静态RAM2114芯片2114的引脚介绍请详细，学生第一次接触静态RAM芯片2.3.5动态RAM的内部结构（1）动态RAM的内部结构简单介绍，主要让学生明白刷新的原因，具体刷新的机制不必了解。（2）让学生明白，ARM芯片、pc机的CPU芯片内部都已经集成刷新电路，因此经常用动态RAM；而单片机和DSP芯片内部没有刷新电路，如果使用动态RAM，用户必须自己购买动态刷新芯片并设计电路，非常麻烦，因此单片机和DSP通常用静态RAM。2.3.6动态RAM2164芯片特别注意：但由于封装的限制，2164芯片的16位地址信息必须通过同一组引脚分两次接收，因此，在芯片内部有一个能保存8位地址信息的地址锁存器提供锁存信号，并分为行、列两次译码。2.4I/O接口（1）由于计算机由CPU、内存、接口、外设四部分组成，因此可以这么说，计算机上的东西，不是CPU，就是内存，或者就是接口，或者就是外设。那么可以说：U盘、硬盘、键盘、网线等，都是外设。（2）计算机的外设，可能是机械、可能是光电、可能是电气等等电或者非电设备，但这些外设，必须通过接口与CPU打交道。（3）接口必须是电路，因此通常又称为接口电路，即必须是半导体芯片构成的电路。

2.4.1I/O接口的功能

各种功能见教材2.4.1，需要注意，请老师列举例子讲解这些功能，不要照本宣科。2.4.2I/O接口与CPU的交互

三种交互信息见教材2.4.2，需要注意，请老师列举例子讲解这些功能，不要照本宣科。2.4.3I/O接口的内部结构

（1）I/O与CPU打交道是通过数据总线、地址总线、控制总线等三总线进行的。（后续讲解）（2）I/O与外设打交道时，控制信息由CPU通过I/O接口电路发给外部设备，因而是单向的；数据信息可以在CPU和外部设备之间双向传输；状态信息仅仅由外部设备传递给I/O接口电路，然后传递给CPU，以让CPU读取外部设备的状态，因而也是单向的。也即：只可能CPU控制外设，并且只可能外设向CPU汇报状态，CPU是老大（3）必须注意，I/O只是中介，是CPU访问外设的桥梁2.5总线（1）CPU与所有内存和I/O接口之间必须通过总线通信，即：内部总线，属于芯片级。（2）一些接口板卡，如网卡、显卡等与CPU通信，也是通过总线，即系统总线，属于板卡级。（3）一些外设，如U盘、光驱等与I/O接口通信，也是通过总线，即外部总线，属于设备级。（4）各种总线的介绍请参考教材。

2.6数据的单位（重要）（1）学生第一次接触，务必让学生掌握位、字节、字等概念。（2）计算机的字长决定了其CPU一次操作处理实际位数的多少，由此可见计算机的字长越大，其性能越优越。能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。（3）从存储器的角度而言，一个存储单元只能存储一个字节；从CPU的角度而言，CPU一次读取或处理的数据叫字。如果CPU一次能从存储器读取2个存储单元的内容，那么该CPU的字长就是16，即2个字节。

2.6.2大端和小端（重要）

大端和小端，必须针对2个以上的字节才有意义，比如对1234H而言：2.6.3规则和非规则（重要）

规则字和非规则字的概念，是针对一个字而言，与字节和位无关，比如对1234H而言：2.7计算机系统请老师结合实际的8086、单片机、PC机通俗易懂的介绍2.7计算机系统课题：嵌入式打标机中的计算机构成2.7计算机系统课题：嵌入式打标机中的各个硬件模块振荡器及