智能装置与设计-微处理器基础
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
哈佛结构则是不同于冯·诺依曼结构的一种并行 体系结构，其主要特点是程序和数据存储在不同 的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两 个相互独立的存储器，每个存储器独立编制、独 立访问。与之相对应的是系统中设置的两条总线 （程序总线和数据总线），从而使数据的吞吐率 提高了一倍。
指令流水线
大部分单片机, 其取指和执行过程是顺序进行的. 指令流水线的引入，允许取指令和执行可以同步进行. 使得指令可以在一个指令周期内执行. 程序分支例外 (如 GOTO, CALL 或直接修改PC)，这需两个指
DPTR
OSC
P1口驱动器
P3口驱动器
MCS96系列
Classic（8x9x） High-speed input/output（8xC196Kx） Event processing（8xC196Nx） Motor control（8xC196Mx） CAN products （82527和87C196x）
P2口锁存器
EPROM/ROM
ACC
B 寄存器
TMP2
TMP1
堆栈指针
ALU
PCON T2CON
SCON TH0
TNOD TL0
TCON TH0
PSW
RCPL2L SBUF
IE
IP
中断，串行口和定时器逻辑
定时和控 制逻辑
指令 寄存
器
P1口锁存器
P3口锁存器
程序地址 寄存器 0缓冲器
PC增量器
程式序计数器
Millions of Units
32位浪潮的到来
16,000 14,000 12,000 10,000
8,000 6,000 4,000 2,000
0 2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
MPU MCU (excl. DSP) Cores
2007
2008
2009
Total Embedded Control Market Shipments by Type
MSP430系列
MSP430是具有工业级16位RISC，功耗极低
MSP430性能
Ultra-low-power consumption
0.1uA RAM retention 0.8uA real-time clock mode 250uA / MIPS active
High-performance analog ideal for precise measurements Including ADCs, DACs, Comparator, Supply voltage supervisor, LCD driver
Digital Still Camera
PIC系列单片机
PIC单片机架构特点 PIC单片机的种类 PIC16F87X系列单片机概述
PICmicro 单片机架构特点
RISC指令的单片机 PIC单片机之所以有很高的性能是因为其具备如下特
性:
内部为哈佛结构 指令流水线操作 引入寄存器文档的概念 所有指令为单字节
< 33 MHz
> 500K
8/16bit
20世纪90年代 初期
0.8 - 0.5 m
<100 MHz
>2M
8/16/32bit
20世纪90年代 中后期
0.5 – 0.35 m
<200 MHz
>5M
8/16/32bit
21世纪 初期
0.25 - 0.13 m
< 600 MHz
>22M
8/16/32/64b it
128B
（SFR）128B
定时/计数器1
RAM
专用寄存器
定时/计数器2
CPU
振荡器
总线控制器 4个8位I/O口 串行通信接口
接晶振
读写
P0 P1 P2 P3
TXD
RXD
口 口 口口
/PSEN
ALE /EA RST
RAM地址 寄存器
RAM
P0口驱动器
P2口驱动器
MCS-51单片机 架构结构框图
P0口锁存器
令周期.
Tcy0 Tcy1 Tcy2 Tcy3 Tcy4
自动化学院
微处理器基础知识
微处理器的选取原则 单片机概述 典型单片机系列概述 PIC单片机简介
微处理器选取原则
硬件原则 字长 功耗 存储容量 功能模块配置 开发设备
软件原则 指令系统 开发环境
嵌入式微处理器的发展
ห้องสมุดไป่ตู้制作工艺
主频 晶体管个
数 位数
20世纪80年代 中后期
1 - 0.8 m
使用流水线降低指令的执行周期数， 增加代码尺寸
简单的单周期指令，在汇编指令方 面有相应的CISC微代码指令
硬件完成
软件完成
复杂的寻址模式，支持内存到内存 寻址
简单的寻址模式，仅允许LOAD和 STORE指令存取内存，其它所有的 操作都基于寄存器到寄存器
微码
直接执行
寄存器较少
寄存器较多
哈佛结构
冯-诺伊曼结构
8-位
程序和 数据
存储器
哈佛结构
12/14/16-位
程序 存储器
8-位 数据 存储器
从同一存储器空间取指令和 取操作数据.
限制了数据流量
从两个独立的存储空间分别 取指令和存取操作数. 数据流量增加 针对程序区和数据区可以设 计不同的数据线宽度
传统的微处理器采用的冯·诺依曼结构将指令和 数据存放在同一存储空间中，统一编址，指令和 数据通过同一总线访问。
总共约26亿个32位处理器 付运，占总数96亿的27%
Millions of Units
12,000
10,000
8,000
6,000
Total MCU, by Sub-Category
4,000
(excl. DSP)
2,000
0
Source: Semico Research Corp. and SIA/WSTS
RISC与CISC
RISC CISC
精简指令集 复杂指令集
价格
性能
指令集 高级语言支
持 寻址模式
控制单元 寄存器数目
CISC
RISC
由硬件完成部分软件功能，硬件复 杂性增加，芯片成本高
由软件完成部分硬件功能，软件复 杂性增加，芯片成本低
减少代码尺寸，增加指令的执行周 期数
大量的混杂型指令集，有简单快速 的指令，也有复杂的多周期指令， 符合HLL（high level language）
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
32-Bit + 16-Bit 8-Bit 4-Bit
单片机基本组成
存储器
时钟电路
CPU
中断逻辑
外围 功能模块
典型单片机系列
MCS51、MCS96系列 MSP430系列 PIC系列
MCS51系列
INTO INT1
中断控制
指令流水线
大部分单片机, 其取指和执行过程是顺序进行的. 指令流水线的引入，允许取指令和执行可以同步进行. 使得指令可以在一个指令周期内执行. 程序分支例外 (如 GOTO, CALL 或直接修改PC)，这需两个指
DPTR
OSC
P1口驱动器
P3口驱动器
MCS96系列
Classic（8x9x） High-speed input/output（8xC196Kx） Event processing（8xC196Nx） Motor control（8xC196Mx） CAN products （82527和87C196x）
P2口锁存器
EPROM/ROM
ACC
B 寄存器
TMP2
TMP1
堆栈指针
ALU
PCON T2CON
SCON TH0
TNOD TL0
TCON TH0
PSW
RCPL2L SBUF
IE
IP
中断，串行口和定时器逻辑
定时和控 制逻辑
指令 寄存
器
P1口锁存器
P3口锁存器
程序地址 寄存器 0缓冲器
PC增量器
程式序计数器
Millions of Units
32位浪潮的到来
16,000 14,000 12,000 10,000
8,000 6,000 4,000 2,000
0 2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
MPU MCU (excl. DSP) Cores
2007
2008
2009
Total Embedded Control Market Shipments by Type
MSP430系列
MSP430是具有工业级16位RISC，功耗极低
MSP430性能
Ultra-low-power consumption
0.1uA RAM retention 0.8uA real-time clock mode 250uA / MIPS active
High-performance analog ideal for precise measurements Including ADCs, DACs, Comparator, Supply voltage supervisor, LCD driver
Digital Still Camera
PIC系列单片机
PIC单片机架构特点 PIC单片机的种类 PIC16F87X系列单片机概述
PICmicro 单片机架构特点
RISC指令的单片机 PIC单片机之所以有很高的性能是因为其具备如下特
性:
内部为哈佛结构 指令流水线操作 引入寄存器文档的概念 所有指令为单字节
< 33 MHz
> 500K
8/16bit
20世纪90年代 初期
0.8 - 0.5 m
<100 MHz
>2M
8/16/32bit
20世纪90年代 中后期
0.5 – 0.35 m
<200 MHz
>5M
8/16/32bit
21世纪 初期
0.25 - 0.13 m
< 600 MHz
>22M
8/16/32/64b it
128B
（SFR）128B
定时/计数器1
RAM
专用寄存器
定时/计数器2
CPU
振荡器
总线控制器 4个8位I/O口 串行通信接口
接晶振
读写
P0 P1 P2 P3
TXD
RXD
口 口 口口
/PSEN
ALE /EA RST
RAM地址 寄存器
RAM
P0口驱动器
P2口驱动器
MCS-51单片机 架构结构框图
P0口锁存器
令周期.
Tcy0 Tcy1 Tcy2 Tcy3 Tcy4
自动化学院
微处理器基础知识
微处理器的选取原则 单片机概述 典型单片机系列概述 PIC单片机简介
微处理器选取原则
硬件原则 字长 功耗 存储容量 功能模块配置 开发设备
软件原则 指令系统 开发环境
嵌入式微处理器的发展
ห้องสมุดไป่ตู้制作工艺
主频 晶体管个
数 位数
20世纪80年代 中后期
1 - 0.8 m
使用流水线降低指令的执行周期数， 增加代码尺寸
简单的单周期指令，在汇编指令方 面有相应的CISC微代码指令
硬件完成
软件完成
复杂的寻址模式，支持内存到内存 寻址
简单的寻址模式，仅允许LOAD和 STORE指令存取内存，其它所有的 操作都基于寄存器到寄存器
微码
直接执行
寄存器较少
寄存器较多
哈佛结构
冯-诺伊曼结构
8-位
程序和 数据
存储器
哈佛结构
12/14/16-位
程序 存储器
8-位 数据 存储器
从同一存储器空间取指令和 取操作数据.
限制了数据流量
从两个独立的存储空间分别 取指令和存取操作数. 数据流量增加 针对程序区和数据区可以设 计不同的数据线宽度
传统的微处理器采用的冯·诺依曼结构将指令和 数据存放在同一存储空间中，统一编址，指令和 数据通过同一总线访问。
总共约26亿个32位处理器 付运，占总数96亿的27%
Millions of Units
12,000
10,000
8,000
6,000
Total MCU, by Sub-Category
4,000
(excl. DSP)
2,000
0
Source: Semico Research Corp. and SIA/WSTS
RISC与CISC
RISC CISC
精简指令集 复杂指令集
价格
性能
指令集 高级语言支
持 寻址模式
控制单元 寄存器数目
CISC
RISC
由硬件完成部分软件功能，硬件复 杂性增加，芯片成本高
由软件完成部分硬件功能，软件复 杂性增加，芯片成本低
减少代码尺寸，增加指令的执行周 期数
大量的混杂型指令集，有简单快速 的指令，也有复杂的多周期指令， 符合HLL（high level language）
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
32-Bit + 16-Bit 8-Bit 4-Bit
单片机基本组成
存储器
时钟电路
CPU
中断逻辑
外围 功能模块
典型单片机系列
MCS51、MCS96系列 MSP430系列 PIC系列
MCS51系列
INTO INT1
中断控制