微处理器系统概述
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微型计算机系统数字电子计算机经历了电子管、晶体管、集成电路为主要部件的时代。
随着大规模集成电路的应用,计算机的功能越来越强大、体积却越来越微小,微型计算机(简称为微型机或微机)应运而生,并获得广泛应用。
本章以Intel 80x86微处理器和微机为实例,介绍微处理器的发展和微型计算机的组成结构。
1.1 微处理器发展在巨型机、大型机、小型机和微机等各类计算机中,微机(Microc- omputer)是性能、价格、体积较小的一类,常应用在科学计算、信息管理、自动控制、人工智能等领域。
工作学习中使用的个人微机,生产生活中运用的各种智能化电子设备都是典型的微机系统。
微机的运算和控制核心,即所谓的中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),被称为微处理器(Microprocessor)。
它是一块大规模集成电路芯片,代表着整个微机系统的性能。
所以,通常就将采用微处理器为核心构造的计算机称为微机。
1.1.1微处理器历史微处理器的性能经常用字长、时钟频率、集成度等基本的技术参数来反映。
字长(Word)表明微处理器每个时间单位可以处理的二进制数据位数,例如一次进行运算、传输的位数。
时钟频率表明微处理器的处理速度,反映了微处理器的基本时间单位。
集成度表明微处理器的生产工艺水平,通常用芯片上集成的晶体管数量来表达。
1.通用微处理器1971年,美国Intel(英特尔)公司为日本制造商设计了一个微处理器芯片。
该芯片成为世界上第一个微处理器4004。
它字长4位,集成了约2300个晶体管,时钟频率为108kHz(赫兹)。
以它为核心组成的MCS-4计算机也就是世界上第一台微型计算机。
4004随后被改进为4040。
1972年Intel公司研制出字长8位的微处理器芯片8008,其时钟频率为500kHz,集成度约3500个晶体管。
随后的几年当中,微处理器开始走向成熟,出现了以Motorola 公司M6800、Zilog公司Z80和Intel公司8080/8085为代表的中、高档8位微处理器。
《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案第一章:微处理器概述1.1 微处理器的定义与发展历程1.2 微处理器的组成与工作原理1.3 微处理器的性能指标1.4 嵌入式系统与微处理器的关系第二章:微处理器指令系统2.1 指令系统的基本概念2.2 常见的指令类型及其功能2.3 指令的寻址方式2.4 指令执行过程第三章:微处理器存储系统3.1 存储器的分类与特点3.2 内存管理单元(MMU)3.3 存储器层次结构与缓存技术3.4 存储系统的性能优化第四章:微处理器输入/输出系统4.1 I/O 接口的基本概念与分类4.2 常见的I/O 接口技术4.3 直接内存访问(DMA)4.4 interrupt 与事件处理第五章:嵌入式系统设计概述5.1 嵌入式系统的设计流程5.2 嵌入式处理器选型与评估5.3 嵌入式系统硬件设计5.4 嵌入式系统软件设计第六章:嵌入式处理器架构与特性6.1 嵌入式处理器的基本架构6.2 嵌入式处理器的分类与特性6.3 嵌入式处理器的发展趋势6.4 嵌入式处理器选型considerations 第七章:数字逻辑设计基础7.1 数字逻辑电路的基本概念7.2 逻辑门与逻辑函数7.3 组合逻辑电路与触发器7.4 微处理器内部的数字逻辑设计第八章:微处理器系统设计与验证8.1 微处理器系统设计流程8.2 硬件描述语言(HDL)与数字逻辑设计8.3 微处理器系统仿真与验证8.4 设计实例与分析第九章:嵌入式系统软件开发9.1 嵌入式软件的基本概念9.2 嵌入式操作系统与中间件9.3 嵌入式软件开发工具与环境9.4 嵌入式软件编程实践第十章:嵌入式系统应用案例分析10.1 嵌入式系统在工业控制中的应用10.2 嵌入式系统在消费电子中的应用10.3 嵌入式系统在医疗设备中的应用10.4 嵌入式系统在其他领域的应用案例分析第十一章:嵌入式系统与物联网11.1 物联网基本概念与架构11.2 嵌入式系统在物联网中的应用11.3 物联网设备的硬件与软件设计11.4 物联网安全与隐私保护第十二章:实时操作系统(RTOS)12.1 实时操作系统的基本概念12.2 RTOS的核心组件与特性12.3 常见的实时操作系统及其比较12.4 实时操作系统在嵌入式系统中的应用第十三章:嵌入式系统功耗管理13.1 嵌入式系统功耗概述13.2 低功耗设计技术13.3 动态电压与频率调整(DVFS)13.4 嵌入式系统的电源管理方案第十四章:嵌入式系统可靠性设计14.1 嵌入式系统可靠性概述14.2 故障模型与故障分析14.3 冗余设计技术与容错策略14.4 嵌入式系统可靠性评估与测试第十五章:现代嵌入式系统设计实践15.1 现代嵌入式系统设计挑战15.2 多核处理器与并行处理15.3 系统级芯片(SoC)设计与集成15.4 嵌入式系统设计的未来趋势重点和难点解析第一章:微处理器概述重点:微处理器的定义、发展历程、组成、工作原理、性能指标。
微机原理知识点微机原理知识点概述1. 微处理器基础- 微处理器的定义与分类- 常见微处理器架构:如Intel x86、ARM等- 微处理器的发展历程2. 数据表示- 二进制数的概念与运算- 十六进制数的转换与应用- 字符的ASCII码表示- 浮点数与定点数的表示方法3. 微处理器结构- 中央处理单元(CPU)的组成- 寄存器的作用与分类- 地址总线、数据总线和控制总线的功能- 存储器的层次结构:缓存、主存、辅助存储器4. 指令系统- 指令的格式与编码- 常见指令类型:数据传输、算术逻辑、控制转移等 - 指令的执行周期- 条件指令与分支5. 存储器管理- 存储器的分类:RAM、ROM、闪存等- 存储器的地址分配- 存储器的扩展与接口技术- 虚拟存储器的概念与实现6. 输入输出(I/O)- I/O端口的基本概念- 程序控制的I/O与中断控制的I/O - 直接内存访问(DMA)- 常见I/O接口标准:ISA、PCI等7. 中断系统- 中断的基本概念与分类- 中断处理流程- 中断优先级与中断向量- 可编程中断控制器的工作原理8. 微机总线- 总线的概念与分类- 常见的总线标准与协议- 总线仲裁与传输控制- 系统总线的性能指标9. 操作系统接口- 操作系统与硬件的交互- 系统调用与中断服务例程- 任务调度与进程管理- 内存管理与文件系统10. 微机系统设计- 系统需求分析与设计规格- 硬件选择与配置- 系统可靠性与性能评估- 嵌入式系统设计要点以上是微机原理课程的核心知识点概述,每个部分都需要深入理解并能够应用到实际的微机系统设计与分析中。
掌握这些知识点对于进行计算机硬件开发、系统优化和故障排查等工作至关重要。
在实际应用中,还需要结合具体的微处理器手册和开发工具,不断实践和积累经验。
《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案第一章:微处理器概述1.1 微处理器的定义与发展历程1.2 微处理器的组成与工作原理1.3 微处理器的性能指标与分类1.4 嵌入式系统与微处理器的关系第二章:微处理器指令系统2.1 指令系统的基本概念2.2 常见指令分类与功能2.3 指令执行过程与地址计算2.4 汇编语言与指令编码第三章:微处理器存储系统3.1 存储器概述与分类3.2 随机存储器(RAM)与只读存储器(ROM)3.3 存储器层次结构与cache 缓存3.4 虚拟存储器与内存管理第四章:输入/输出系统4.1 I/O 系统概述与分类4.2 程序控制I/O 与中断驱动I/O4.3 DMA 传输与I/O 端口映射4.4 嵌入式系统中的I/O 接口设计第五章:嵌入式系统设计与实践5.1 嵌入式系统设计流程与方法5.2 嵌入式处理器选型与系统架构设计5.3 嵌入式系统软件设计与开发5.4 嵌入式系统硬件设计与实现第六章:嵌入式系统硬件平台设计6.1 嵌入式系统硬件设计基础6.2 处理器选型与评估6.3 硬件系统架构设计6.4 硬件电路设计与仿真第七章:嵌入式操作系统原理与应用7.1 嵌入式操作系统概述7.2 嵌入式操作系统核心组件7.3 嵌入式操作系统实例分析7.4 嵌入式操作系统应用与开发第八章:嵌入式系统软件开发8.1 嵌入式软件开发概述8.2 嵌入式软件开发工具与方法8.3 嵌入式软件编程实践8.4 嵌入式软件测试与优化第九章:嵌入式系统应用案例分析9.1 嵌入式系统在工业控制中的应用9.2 嵌入式系统在医疗设备中的应用9.3 嵌入式系统在智能家居中的应用9.4 嵌入式系统在物联网中的应用第十章:未来嵌入式系统发展趋势10.1 嵌入式系统技术发展趋势10.2 嵌入式系统在各领域的应用拓展10.3 我国嵌入式系统产业现状与展望10.4 嵌入式系统教育与人才培养重点和难点解析一、微处理器概述难点解析:微处理器的发展历程需要记忆各个重要的时间节点和对应的处理器;组成与工作原理涉及到硬件组成和指令执行过程的理解;性能指标与分类需要理解如何评估处理器的性能以及不同类型处理器的应用场景。