第1章 计算机原理与嵌入式系统基础PPT课件
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《嵌入式原理系统》课件
模块化设计原则
模块间应保持松耦合、高内聚，模块接口应清晰、规范。
模块化设计方法
可以采用自顶向下的设计和分层设计等方法进行模块化设计。
嵌入式软件的测试与优化
测试方法
单元测试、集成测试和系统测试是常用的嵌入式软件 测试方法。
优化方法
代码优化、算法优化和系统优化是常用的嵌入式软件 优化方法。
性能评估
通过性能评估可以衡量嵌入式软件的性能指标，如响 应时间、功耗和可靠性等。
嵌入式传感器与执行器接口
分析嵌入式传感器与执行器的接口标准，如ADC、DAC等。
嵌入式传感器与执行器应用
介绍嵌入式传感器与执行器在实际应用中的实现方式，如温度检测、 压力控制等。
03
嵌入式操作系统原理
嵌入式操作系统的特点与分类
总结词：概述
可裁剪性：根据实际应用需求，嵌入式操作系统可以进 行定制和裁剪，以减小体积和资源占用。
嵌入式总线与接口协议
分析嵌入式总线与接口的协议标准，如RS-232、I2C、SPI等。
嵌入式总线与接口应用
介绍嵌入式总线与接口在实际应用中的实现方式，如串口通信、I/O控制等。
嵌入式传感器与执行器
嵌入式传感器与执行器概述
介绍嵌入式传感器与执行器的定义、分类、特点等。
常见嵌入式传感器与执行器
列举温度传感器、压力传感器、光敏传感器等常见嵌入式传感器与执 行器，并简要介绍其特点和应用领域。
嵌入式系统的发展趋势
低功耗设计
随着物联网和智能终端的普及，嵌入 式系统的功耗越来越受到关注，低功 耗设计成为发展趋势。
人工智能
人工智能技术的不断发展，嵌入式系 统将更加智能化，能够实现更高级别 的自动化和智能化控制。
云计算
模块间应保持松耦合、高内聚，模块接口应清晰、规范。
模块化设计方法
可以采用自顶向下的设计和分层设计等方法进行模块化设计。
嵌入式软件的测试与优化
测试方法
单元测试、集成测试和系统测试是常用的嵌入式软件 测试方法。
优化方法
代码优化、算法优化和系统优化是常用的嵌入式软件 优化方法。
性能评估
通过性能评估可以衡量嵌入式软件的性能指标，如响 应时间、功耗和可靠性等。
嵌入式传感器与执行器接口
分析嵌入式传感器与执行器的接口标准，如ADC、DAC等。
嵌入式传感器与执行器应用
介绍嵌入式传感器与执行器在实际应用中的实现方式，如温度检测、 压力控制等。
03
嵌入式操作系统原理
嵌入式操作系统的特点与分类
总结词：概述
可裁剪性：根据实际应用需求，嵌入式操作系统可以进 行定制和裁剪，以减小体积和资源占用。
嵌入式总线与接口协议
分析嵌入式总线与接口的协议标准，如RS-232、I2C、SPI等。
嵌入式总线与接口应用
介绍嵌入式总线与接口在实际应用中的实现方式，如串口通信、I/O控制等。
嵌入式传感器与执行器
嵌入式传感器与执行器概述
介绍嵌入式传感器与执行器的定义、分类、特点等。
常见嵌入式传感器与执行器
列举温度传感器、压力传感器、光敏传感器等常见嵌入式传感器与执 行器，并简要介绍其特点和应用领域。
嵌入式系统的发展趋势
低功耗设计
随着物联网和智能终端的普及，嵌入 式系统的功耗越来越受到关注，低功 耗设计成为发展趋势。
人工智能
人工智能技术的不断发展，嵌入式系 统将更加智能化，能够实现更高级别 的自动化和智能化控制。
云计算
第1章嵌入式系统基础.ppt
典型的嵌入式操作系统
(1)、嵌入式Linux Linux本身所具备的源码开放、内核可裁减 等种种特性使其成为嵌入式开发的首选。在进入 市场的前两年中，嵌入式Linux的设计通过广泛 应用而获得了巨大成功。随着嵌入式Linux技术 的成熟，定制需要的尺寸更加方便，同时支持更 多的平台。Linux已从早期的试用阶段大步迈进 到嵌入式市场的主流。
嵌入式系统的历史
90年代以后，随着对实时性要求的提高，软 件规模不断上升，实时核逐渐发展为实时多任务 操作系统（RTOS），并作为一种软件平台逐步 成为目前国际嵌入式系统的主流。这时候更多的 公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大 力发展自己的嵌入式操作系统。除了上面的几家 老牌公司以外，还出现了Palm OS，WinCE，嵌 入式Linux，Lynx，Nucleux，以及国内的Hopen， Delta Os等嵌入式操作系统。
典型的嵌入式操作系统
(2)、Windows CE Windows CE是微软公司的产品，但不是 消减的Windows版本。它是从整体上为有限资源 的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操 作系统。它的模块化设计允许定制从掌上电脑到 专用工控电子设备。Windows CE的缺点是价格 过高，因此随着嵌入式操作系统领域日益激烈的 竞争，微软不得不应付来自Linux等免费系统的 冲击。
什么是嵌入式？
根据IEEE（国际电机工程师协会）的定义， 嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机 器和设备运行的装置”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。这主要是 从应用上加以定义的，从中可以看出嵌入式系 统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等 附属装置。
第1章-嵌入式系统概述PPT课件
1.嵌入式系统 2.嵌入式处理器 3.嵌入式操作系统
2021
1
·概述
经过几十年的发展，嵌入式系统已经在很大程度上 改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而且这些改变还 在加速。嵌入式系统具有无数的种类，每种都具有自己 独特的个性。例如，MP3、数码相机与打印机就有很大 的不同。汽车中更是具有多个嵌入式系统，使汽车更轻 快、更干净、更容易驾驶。
2021
10
·嵌入式微处理器
嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中， 将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留与嵌入式应用 相关的母版功能，这样可以大幅减小系统的体积和功耗。虽然 嵌入式微处理器在功能上与标准微处理器基本上是一样的，但 为了满足嵌入式应用的特殊要求，在其工作温度、抗电磁干扰、 可靠性等方面一般都做了各种增强。
个入门内核。
2021
26
2021
27
嵌入式概论 补充
2021
28
嵌入式系统的定义
嵌入式系统的定义： 以应用为中心，以计算机技术为基础，
且软硬件可裁减，适应应用系统对功能、 可靠性、成本、体积、功耗的严格要求的 专用计算机系统
2021
29
嵌入式系统的定义
广义的嵌入式系统 凡是带有微处理器的专用系统都可以
2021
16
基本概念—前后台系统
循环中调用相应 的函数完成相应的操 作，这部分可以看成 后台行为，后台也可 以叫做任务级。这种 系统在处理的及时性 上比实际可以做到的 要差
中断服务程序处理异 步事件，这部分可以 看成前台行为，前台 也叫中断级。时间相 关性很强的关键操作 一定是靠中断服务程 序来保证的。
2021
2
·现实中的嵌入式系统
2021
1
·概述
经过几十年的发展，嵌入式系统已经在很大程度上 改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而且这些改变还 在加速。嵌入式系统具有无数的种类，每种都具有自己 独特的个性。例如，MP3、数码相机与打印机就有很大 的不同。汽车中更是具有多个嵌入式系统，使汽车更轻 快、更干净、更容易驾驶。
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10
·嵌入式微处理器
嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中， 将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留与嵌入式应用 相关的母版功能，这样可以大幅减小系统的体积和功耗。虽然 嵌入式微处理器在功能上与标准微处理器基本上是一样的，但 为了满足嵌入式应用的特殊要求，在其工作温度、抗电磁干扰、 可靠性等方面一般都做了各种增强。
个入门内核。
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嵌入式概论 补充
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嵌入式系统的定义
嵌入式系统的定义： 以应用为中心，以计算机技术为基础，
且软硬件可裁减，适应应用系统对功能、 可靠性、成本、体积、功耗的严格要求的 专用计算机系统
2021
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嵌入式系统的定义
广义的嵌入式系统 凡是带有微处理器的专用系统都可以
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基本概念—前后台系统
循环中调用相应 的函数完成相应的操 作，这部分可以看成 后台行为，后台也可 以叫做任务级。这种 系统在处理的及时性 上比实际可以做到的 要差
中断服务程序处理异 步事件，这部分可以 看成前台行为，前台 也叫中断级。时间相 关性很强的关键操作 一定是靠中断服务程 序来保证的。
2021
2
·现实中的嵌入式系统
嵌入式课件(ppt)
1.1 嵌入式系统简介
嵌入式系统已经广泛应用于各个科技领域和日常生活的每个角落，由于其本 身的特性，使得我们很难发现它的存在。甚至一些从事嵌入式系统开发的科技人 员也只知单片机，不知道嵌入式系统。本节从嵌入式系统的定义开始，阐述嵌入 式系统的含义、特点等，以使读者加深对嵌入式系统的理解。
§1.1.1 嵌入式系统的定义 §1.1.2 嵌入式系统的组成 §1.1.3 嵌入式系统的特点 §1.1.4 嵌入式系统的应用 §1.1.5 嵌入式系统的发展
由上述可以看出，嵌入式系统是一个外延极广的概念，凡是与产品结合在一起的、 具有嵌入式系统特点的系统都可以称为嵌入式系统。
第1章 嵌入式系统设计基础
4
嵌入式系统的组成
嵌入式系统一般有3个主要的组成部分： 硬件。图1.1给出了嵌入式系统的硬件组成。其中，处理器是系统的运算核心； 存储器（ROM、RAM）用来保存可执行代码，以及中间结果；输入输出设备完成 与系统外部的信息交换；其他部分辅助系统完成功能。 应用软件。应用软件是完成系统功能的主要软件，它可以由单独的一个任务来 实现，也可以由多个并行的任务来实现。 实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）。该系统用来管理应 用软件，并提供一种机制，使得处理器分时地执行各个任务并完成一定的时限要 求。
由于对嵌入式系统含义的理解因人而异，所以不同的书籍对嵌入式系统的定义也 不尽相同。下面给出了一些文献中对嵌入式系统的定义：
“Computer as Components – Principles of Embedded Computing System Design”一书的作者Wayne Wolf认为：“什么是嵌入式计算系统？如果不严格地定 义，它是任何一个包含可编程计算机的设备，但是它本身却不是一个通用计算机。”
嵌入式系统已经广泛应用于各个科技领域和日常生活的每个角落，由于其本 身的特性，使得我们很难发现它的存在。甚至一些从事嵌入式系统开发的科技人 员也只知单片机，不知道嵌入式系统。本节从嵌入式系统的定义开始，阐述嵌入 式系统的含义、特点等，以使读者加深对嵌入式系统的理解。
§1.1.1 嵌入式系统的定义 §1.1.2 嵌入式系统的组成 §1.1.3 嵌入式系统的特点 §1.1.4 嵌入式系统的应用 §1.1.5 嵌入式系统的发展
由上述可以看出，嵌入式系统是一个外延极广的概念，凡是与产品结合在一起的、 具有嵌入式系统特点的系统都可以称为嵌入式系统。
第1章 嵌入式系统设计基础
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嵌入式系统的组成
嵌入式系统一般有3个主要的组成部分： 硬件。图1.1给出了嵌入式系统的硬件组成。其中，处理器是系统的运算核心； 存储器（ROM、RAM）用来保存可执行代码，以及中间结果；输入输出设备完成 与系统外部的信息交换；其他部分辅助系统完成功能。 应用软件。应用软件是完成系统功能的主要软件，它可以由单独的一个任务来 实现，也可以由多个并行的任务来实现。 实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）。该系统用来管理应 用软件，并提供一种机制，使得处理器分时地执行各个任务并完成一定的时限要 求。
由于对嵌入式系统含义的理解因人而异，所以不同的书籍对嵌入式系统的定义也 不尽相同。下面给出了一些文献中对嵌入式系统的定义：
“Computer as Components – Principles of Embedded Computing System Design”一书的作者Wayne Wolf认为：“什么是嵌入式计算系统？如果不严格地定 义，它是任何一个包含可编程计算机的设备，但是它本身却不是一个通用计算机。”
第1讲嵌入式系统绪论PPT课件
分析、确定和阐明用户的需求 ❖ 能设计高效实用的信息技术解决方案，并善于将
该解决方案和用户环境整合
10
信息技术方向要求的基本素质
❖ 能鉴别和评价当前流行的和新兴的技术，根据用 户需求评估其适用性
❖ 能分析技术对个人，组织，社会带来的影响，包 括伦理，法律和政策等方面问题
❖ 善于总结成功经验与失败教训，并能用于指导后 续实践
5
启示
▪ 计算机教育发展以国家需求为目标和驱 动力
▪ 注重学习国际先进技术 •如：技术、系统、人才、优秀教材…
▪ 充分认识计算机专业的实践性特点 ▪ 师资队伍是保证教育质量的关键 ▪ 计算机教育内容必须及时调整
6
社会需求分析
❖ 基本观点 ▪ 国家和社会对计算机专业本科人才需求与信息化的目标 、进程密切相关 ，计算机市场很大程度上决定着对计 算机人才的层次结构、就业去向、能力与素质等方面的 具体要求
19
❖ 振兴电子制程技术、壮大电子制程企业是突破行 业“短板”、实现电子强国战略的突破口。
❖ 电子制程是指电子产品的生产制造工艺流程。 ❖ 电子制程应用可令电子信息制造业生产效率提高
２０％、生产成本降低１０％、工艺品质引起的 事故减少９５％
20
2010年上半年软件业务收入
精选ppt信息技术方向要求的基本能力信息技术方向要求的基本能力对信息技术领域的核心技术和概念能熟练运用为解决个人和组织机构所面临的问题能系统地分析确定和阐明用户的需求能设计高效实用的信息技术解决方案并善于将该解决方案和用户环境整合精选ppt10信息技术方向要求的基本素质信息技术方向要求的基本素质能鉴别和评价当前流行的和新兴的技术根据用户需求评估其适用性能分析技术对个人组织社会带来的影响包括伦理法律和政策等方面问题善于总结成功经验与失败教训并能用于指导后续实践具有独立思考和解决问题的能力精选ppt11所要求的交流与学习能力所要求的交流与学习能力能将个人行动与团队合作相融合在队伍中相互协作来达到团队的共同目标能通过口头和书面的方式运用恰当的专业词汇和客户用户及同伴进行有效的交流和沟通具有终身学习的意识精选ppt12计算机专业人才培养与就业精选ppt13中国电子信息产业大而不强工业增加值和利润都很低rd投入低自主创新能力不强主要核心技术和关键元器件依赖外国因此现在我们的目标是
该解决方案和用户环境整合
10
信息技术方向要求的基本素质
❖ 能鉴别和评价当前流行的和新兴的技术，根据用 户需求评估其适用性
❖ 能分析技术对个人，组织，社会带来的影响，包 括伦理，法律和政策等方面问题
❖ 善于总结成功经验与失败教训，并能用于指导后 续实践
5
启示
▪ 计算机教育发展以国家需求为目标和驱 动力
▪ 注重学习国际先进技术 •如：技术、系统、人才、优秀教材…
▪ 充分认识计算机专业的实践性特点 ▪ 师资队伍是保证教育质量的关键 ▪ 计算机教育内容必须及时调整
6
社会需求分析
❖ 基本观点 ▪ 国家和社会对计算机专业本科人才需求与信息化的目标 、进程密切相关 ，计算机市场很大程度上决定着对计 算机人才的层次结构、就业去向、能力与素质等方面的 具体要求
19
❖ 振兴电子制程技术、壮大电子制程企业是突破行 业“短板”、实现电子强国战略的突破口。
❖ 电子制程是指电子产品的生产制造工艺流程。 ❖ 电子制程应用可令电子信息制造业生产效率提高
２０％、生产成本降低１０％、工艺品质引起的 事故减少９５％
20
2010年上半年软件业务收入
精选ppt信息技术方向要求的基本能力信息技术方向要求的基本能力对信息技术领域的核心技术和概念能熟练运用为解决个人和组织机构所面临的问题能系统地分析确定和阐明用户的需求能设计高效实用的信息技术解决方案并善于将该解决方案和用户环境整合精选ppt10信息技术方向要求的基本素质信息技术方向要求的基本素质能鉴别和评价当前流行的和新兴的技术根据用户需求评估其适用性能分析技术对个人组织社会带来的影响包括伦理法律和政策等方面问题善于总结成功经验与失败教训并能用于指导后续实践具有独立思考和解决问题的能力精选ppt11所要求的交流与学习能力所要求的交流与学习能力能将个人行动与团队合作相融合在队伍中相互协作来达到团队的共同目标能通过口头和书面的方式运用恰当的专业词汇和客户用户及同伴进行有效的交流和沟通具有终身学习的意识精选ppt12计算机专业人才培养与就业精选ppt13中国电子信息产业大而不强工业增加值和利润都很低rd投入低自主创新能力不强主要核心技术和关键元器件依赖外国因此现在我们的目标是
《嵌入式软件基础》PPT课件
Distributed Objects Fault Tolerance
90%*
Multiprocessing 75%* Multiprocessing
File System
File System
30%*
Networking
Networking
Kernel
Kernel
*Percent of total software supplied by RTOS vendor in a typical embedded device
1
嵌入式软件系统概述
2
嵌入式操作系统
3
嵌入式软件开发方法
嵌入式软件开发需要交叉编译
• 通用计算机程序开发和编译在一台计算机上完
成——直接编译。
• 嵌入式系统采用“宿主机/目标机”方式——交叉编译
。
USB/RS232/以太网
内存小 存储空间有限 计算能力有限
宿主机：通用计算机（PC），开发环境。
目标机：嵌入式系统，运行环境。 33
手机软件 路由器软件 交换机软件 飞控软件等
嵌入式软件系统的分类
从运行平台来分，嵌入式软件可以分为
运行在开发平台上的软件：设计、开发、测试工 具等。
运行在嵌入式系统上的软件：嵌入式操作系统、
应用程序、驱动程序及部分开发工具。
嵌入式软件系统的体系结构
应用 任应用 任务n
任内通中时任…
务存信断间务…
管 理
管 理
同 步
管 理
管 理
扩 展
…
与
…
互
斥
机
制
嵌入式TCP/IP
• TCP/IP 协 议 已 经 广泛地应用于嵌入 式系统中
第1章嵌入式系统基础知识(70)PPT课件
（4）面向Internet阶段
进入21世纪，Internet技术与信息家电、工业控制技术等的 结合日益紧密，嵌入式技术与Internet技术的结合正在推动着 嵌入式系统的飞速发展。
2020/9/28
8
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Slide 9
2.嵌入式系统发展趋势
面对嵌入式技术与Internet技术的结合，嵌入式系统的研究 和应用在飞速发展。
（2）简单操作系统阶段 20世纪80年代，出现了大量具有高可靠性、低功耗的嵌入式
CPU（如Power PC等），芯片上集成有微处理器、I/O接口、 串行接口及RAM、ROM等部件，面向I/O设计的微控制器在嵌 入式系统设计应用。一些简单的嵌入式操作系统开始出现并得 到迅速发展，程序设计人员也开始基于一些简单的“操作系统 ”开发嵌入式应用软件。此时的嵌入式操作系统虽然还比较简 单，但已经初步具有了一定的兼容性和扩展性，内核精巧且效 率高，大大缩短了开发周期，提高了开发效率。
2020/9/28
5
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Slide 6
1.1.2 嵌入式系统发展趋势
1．嵌入式系统的发展历史
从单片机的出现到各种嵌入式微处理器、微控制器的广泛应 用，嵌入式系统的应用可以追溯到20世纪60年代中期，嵌入式 系统的发展历程，大致经历了以下4个阶段。 （1）无操作系统阶段
2020/9/28
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Slide 8
嵌入式系统发展历史
（3）实时操作系统阶段
20世纪90年代，面对分布控制、柔性制造、数字化通信和信 息家电等巨大市场的需求，嵌入式系统飞速发展。随着硬件实 时性要求的提高，嵌入式系统的软件规模也不断扩大，实时多 任务操作系统逐渐形成，系统能够运行在各种不同类型的微处 理器上，具备了文件和目录管理、设备管理、多任务、网络、 图形用户界面(GUI)等功能，并提供了大量的应用程序接口 (API)，从而使应用软件的开发变得更加简单。
嵌入式系统PPTPPT课件
物联网与5G技术
嵌入式系统将与云计算和边缘计算技术结 合，实现数据处理和分析能力的提升。
物联网和5G通信技术的发展为嵌入式系统 提供了更广阔的应用空间，嵌入式系统将 更加网络化、智能化。
02 嵌入式系统硬件
微控制器
微控制器是嵌入式系统的核心，它是一 种集成电路芯片，包含了计算机的基本 组成要素，如中央处理器、存储器、输
嵌入式系统PPT课件
目录
CONTENTS
• 嵌入式系统概述 • 嵌入式系统硬件 • 嵌入式系统软件 • 嵌入式系统开发流程 • 嵌入式系统应用案例 • 嵌入式系统面临的挑战与解决方案
01 嵌入式系统概述
定义与特点
定义
嵌入式系统是一种专用的计算机系统 ，主要用于控制、监视或帮助操作机 器设备。
特点
嵌入式系统在智能家居控制系统中发 挥着核心作用，通过嵌入式处理器和 相关硬件设备，实现对家庭设备的控 制和管理。
智能家居控制系统可以实现的功能包 括：远程控制、定时控制、语音控制 等，为家庭生活带来便利和舒适。
工业自动化控制系统
工业自动化控制系统是嵌入式系统的另一个重要应用领域，通过嵌入式系统技术， 可以实现生产过程的自动化和智能化。
调研市场需求
了解行业发展趋势和市场需求，为系统设计提供参考 和依据。
制定开发计划
根据需求分析结果，制定详细的开发计划，包括时间 安排、人员分工、资源需求等。
系统设计
硬件设计
根据系统需求，设计合适的硬件架构，包括 处理器、存储器、接口电路等。
软件设计
设计嵌入式系统的软件架构，包括操作系统、 中间件和应用软件等。
01
02
03
系统集成
将硬件和软件集成在一起， 形成完整的嵌入式系统。
第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
23
第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
CPU中的主要寄存器
累加器（ACC）：ACC是CPU中最繁忙的寄存器。运算前， 作操作数输入；运算后，保存运算结果；累加器还可通过 数据总线向存储器或输入输出设备读取（输入）或写入 （输出）数据。 数据寄存器（DR）：DR是CPU的内部总线和外部数据总 线的缓冲寄存器，是CPU与系统地数据传输通道。主要用 来缓冲或暂存指令及指令的操作数，也可以是一个操作数 地址。 寄存器组（R）：这是CPU内部工作寄存器，用于暂存数据、 地址等信息。一般分为通用寄存器组和专用寄存器组，通 常由程序控制。每种CPU的寄存器组构成均有不同，但对 用户却十分重要。用户可以不关心ALU的具体构成，但对 寄存器组的结构和功能都必须清楚，这样才能充分利用寄 存器的专有特性，简化程序设计，提高运算速度。
单片机原理及应用
刘海成
刘海成，《单片机及应用系统设计原理与实践》北京航空航天大学出版社，2009
单片机原理及应用
2
第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
本章内容
1
2 计算机的发展及应用
计算机中的常用数制及编码
算数、逻辑运算基础
3
4
计算机组成及工作模型 MCS-51系列单片机
MCS-51的存储器结构
第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
16
第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
进位和溢出
例：分析105+160=265 105=69H=01101001B 160=A0H=10100000B 01101001 +10100000 100001001=109H=265 例：分析105+50=155 105=69H=01101001B 50 =32H=00110010B 01101001 +00110010 10011011=9BH=155
第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
CPU中的主要寄存器
累加器（ACC）：ACC是CPU中最繁忙的寄存器。运算前， 作操作数输入；运算后，保存运算结果；累加器还可通过 数据总线向存储器或输入输出设备读取（输入）或写入 （输出）数据。 数据寄存器（DR）：DR是CPU的内部总线和外部数据总 线的缓冲寄存器，是CPU与系统地数据传输通道。主要用 来缓冲或暂存指令及指令的操作数，也可以是一个操作数 地址。 寄存器组（R）：这是CPU内部工作寄存器，用于暂存数据、 地址等信息。一般分为通用寄存器组和专用寄存器组，通 常由程序控制。每种CPU的寄存器组构成均有不同，但对 用户却十分重要。用户可以不关心ALU的具体构成，但对 寄存器组的结构和功能都必须清楚，这样才能充分利用寄 存器的专有特性，简化程序设计，提高运算速度。
单片机原理及应用
刘海成
刘海成，《单片机及应用系统设计原理与实践》北京航空航天大学出版社，2009
单片机原理及应用
2
第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
本章内容
1
2 计算机的发展及应用
计算机中的常用数制及编码
算数、逻辑运算基础
3
4
计算机组成及工作模型 MCS-51系列单片机
MCS-51的存储器结构
第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
16
第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
进位和溢出
例：分析105+160=265 105=69H=01101001B 160=A0H=10100000B 01101001 +10100000 100001001=109H=265 例：分析105+50=155 105=69H=01101001B 50 =32H=00110010B 01101001 +00110010 10011011=9BH=155
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负数的原码、反码和补码
原码
•最高位表示符号， 其余各位表示该数 的绝对值大小。比 如，00000001为 +1，10000001为 -1。 •原码的表示方法 简单易懂，而且与 真值转换方便。 •做加法运算时就 遇其余各位为原码绝 对值的相反数。比 如，00000001为 +1，11111110为 -1。 •作为实现从原码 到补码的过渡码
❖ 嵌入式微处理器： 嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 微控制器(Microcontroller Unit, MCU) 数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)
❖ 单片机应用系统是最典型的嵌入式系统
10
第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
的机器称为浮点计算机。
Nf 符号位
Nn-2 Nn-3 … 数值部分
N2 N1 N0 (n-1)位
小数点 位置
定点整数的 表示格式
Nf
Nn-2 Nn-3
符号位 小数点位置
01 数符 阶符
阶码
21
… N2 N1 N0 (n-1)位数值位
89
定点小数表示
31
单精度float型 浮点数表示
❖ 有符号数运算结果超出机器数的表示范围，称为溢出。
❖ 两个无符号数相加可能会产生进位；
❖ 两个同号有符号数相加，或者两个异号有符号数相相减可 能会产生溢出。
❖ 因此，任何计算机中都会设置判断逻辑，包括无符号数运 算溢出判断和有符号数运算溢出判断。如果产生进位或溢 出，要给出进位标志C或溢出标志OV，软件根据标志审视 计算结果。
5
第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
衡量计算机性能的主要技术指标如下：
❖ 字长 ：计算机的运算器一次可处理（运算、存取）二进制数 的位数，数据总线的宽度及内部寄存器和存储器的长度等。
❖ 存储容量：以字节（Byte）为单位。 ❖ 指令系统：计算机所有指令的集合，丰富的指令系统是构成计
算机软件的基础。 ❖ 指令执行时间 ：是反映计算机运算速度快慢的一项指标 。 ❖ 外设扩展能力及配置 ：指计算机系统配接多种外部设备的可
第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
1.1计算机的发展及应用
1.1.2 嵌入式系统
❖ 嵌入式系统就是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可 裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求 的专用计算机系统。
❖ 嵌入式系统是将计算机技术、半导体技术和电子技术，以及各个行 业的具体应用相结合的产物，这决定了它必然是一个技术密集、资 金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
若把结果视为无符号数，为155， 结果是正确的。若把此结果视为有 符号数，其符号位为1，结果为101，这显然是错误的。其原因是 和数155大于8位有符号数所能表示 的补码数的最大值127，使数值部 分占据了符号位的位置，产生了溢 出，从而导致结果错误。
第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
进位和溢出
❖ 无符号数运算结果超出机器数的表示范围，称为进位；
C
b.7 b.6 b.5 b.4 b.3 b.2 b.1 b.0
和
OV
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第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
1.3算数、逻辑运算基础
1.3.2 数的定点表示与浮点表示
❖ 二进制数据可能既有整数部分，又有小数部分。按照小数点位置表示的 问题，数有定点数和浮点数之分。
❖ 用定点表示法表示数据的机器称为定点计算机，用浮点表示法表示数据
补码
•负数的补码等于 其反码再加1。如： -23(-17H)的补码 为FFH17H+1=E9H。 •补码运算可以方 便的将符号数的加 减法运算统一为补 码的加法运算
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第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
进位和溢出
例：分析105+160=265 105=69H=01101001B 160=A0H=10100000B 01101001 +10100000 100001001=109H=265
能性和灵活性 ❖ 软件配置 ：软件是计算机的灵魂。
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第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
1.1计算机的发展及应用
1.1.2 嵌入式系统
❖ 当我们满怀憧憬与希望跨入二十一世纪大门的时候，计 算机技术也开始进入一个被称为后PC技术的时代。
计算机应用
通用计算机
PC机 小型计算机 ：
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嵌入式系统
工业自动化 仪器仪表 消费电子 通信 ：
计算机的发展及应用 计算机中的常用数制及编码 算数、逻辑运算基础 计算机组成及工作模型 MCS-51系列单片机 MCS-51的存储器结构
第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
1.1计算机的发展及应用
1.1.1 微型计算机发展及评价 ❖ 1946年世界上诞生了第一台电子计算机ENIAC ❖ 计算机经历了电子管计算机、晶体管计算机、 集成电路计算机、大规模集成电路和超大规模 集成电路计算机等几代发展历程 。 ❖ 摩尔定律：集成电路的集成度每18个月翻一番 ❖ 第四代计算机的重要代表，20实际70年代初诞 生了微型计算机。
1.2 计算机中的常用数制及编码
在应用各种进制数的时候要铭记： ❖ 各种进制数只是表示方法不同，不同进制表示的
数的大小是一样大的。计算机内部采用的是二进 制数； ❖ 一般强调数值多少时，我们采用十进制更容易理 解； ❖ 采用二进制和书写方便的十六进制更容易确定各 个二进制位的高低电平状况。
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第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
例：分析105+50=155 105=69H=01101001B
50 =32H=00110010B 01101001 +00110010 10011011=9BH=155
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运算105+160=265，显然265超出 了8位无符号数表示范围的最大值 255，所以产生了第九位的进位CY （简称C），若对于8位二进制运算， 无视进位CY将导致运算结果错误。
单片机原理及应用
《单片机及应用系统设计原理与实践》2009
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
单片机原理及应用
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第1章 计算机原理与嵌入式系统基础
本章内容
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