单片机：单片机概述

1.1 单片机的发展及特点

一、什么是单片机？

单片机就是单片微型计算机,是将计算机的中央处理器(CPU)、存储器（ROM,RAM）、输入/输出（I/O）接口等集成在一小块硅片上的微型机。

二、单片机发展史

单片机属于微型机，微型计算机的发展形成两大分支：

1、独立使用式微机（ PC机）：PC机系统全力实现海量高速数据处理，兼顾控制功能。
2、嵌入式微机单片机：单片机系统全力满足测控对象的测控功能，兼顾数据处理能力。

单片机作为工业控制和数据处理的计算机，它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，也被称为“微控制器”、“微处理器”（Microcontroller, Micro-processor）。
主要有：4位、8位、16位、32位等

三、单片机的特点及应用

• 突出特点——存储器结构
  计算机有两种存储结构：
  哈佛结构：程序存储器和数据存储器分开。
  普林斯顿结构：程序存储器和数据存储器合并

  单片机采用哈佛结构体系

• 单片机主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。特别适合于嵌入式微型机应用系统。

• 单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机应用系统的硬、软件开发。

1.2 计算机基础知识

一、发展概况

• 1946-1958 第一代电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。
• 1958-1964 第二代晶体管计算机。磁芯作主存储器,磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。
• 1964-1971 第三代集成电路计算机。使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。
• 1971-第四代大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计机，外部设备多样化。
• 1981-第五代人工智能计算机。模拟人的智能和交流方式。

二、计算机发展趋势

• 微型化─便携式、低功耗
• 巨型化─尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度
• 智能化─模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力
• 系列化、标准化─便于各种计算机硬、软件兼容和升级
• 网络化─网络计算机和信息高速公路
• 多机系统─大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、故障分散、资源共享)

三、微型计算机系统

四、微型计算机组成

• 中央处理器 CPU
  运算器和控制器集成在一个芯片上

运算器：实现算术运算或逻辑运算
包括：算术逻辑单元 ALU 、累加器 A 、暂存寄存器 TR 、标志寄存器 F 或 PSW 、通用寄存器 GR

控制器：中枢部件，控制计算机中的各个部件工作
包括：指令寄存器 IR 、指令译码器 ID 、程序计数器 PC 、定时与控制电路

• 存储器：记忆，由存储单元组成。
  包括：ROM 、RAM
• 总线 BUS：在微型计算机各个芯片之间或芯片内部之间传输信息的一组公共通信线。
  包括：数据总线 DB：双向，宽度决定了微机的位数。
  地址总线 AB:单向，决定CPU的寻址范围。
  控制总线 CB：单向
• I/O接口：数据输入输出。
  包括：输入接口、输出接口

五、计算机主要技术指标

• 字长：CPU能并行处理二进制的数据位数8位机、16位机、32位机和64位机。
• 内存容量：存储单元能容纳的二进制数的位数
  容量单位：1K=2¹⁰=1024，1M=2²⁰=1KK
  8K、64K、16M、64M。
• 运算速度：CPU处理速度
  时钟频率、主频、每秒运算次数
  6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz。
• 内存存取时间：内存读写速度
  50nS 、70nS 、200nS。

1.3 数值及其转换

1.4 带符号数的表示方法

机器中，数的符号用“0”、“1”表示。
最高位作符号位
“0”表示“+”，“1”表示“-”。

• 有符号数通常使用三种表示方法：

1、原码
最高位为符号位，0表示“+”，1表示“-”。
数值位与真值数值位相同。
原码表示简单直观，但0的表示不唯一，加减运算复杂

2、反码
正数的反码与原码相同
负数的反码符号不变，数值按位取反

3、补码
正数的补码表示与原码相同
负数补码的符号位为1，数值位等于反码加1

补码表示的优点：
0的表示唯一，加减运算方便。
Y-X=Y+[-X]补
计算机中的数均采用补码表示！

1.5 ASCII码表

ASCII码表官网

1.6 数据单位及存储形式

• 位： Bit 数据最小单位
• 字节：Byte 8位二进制数定义为一个字节
• 字长：组成计算机一个字的位数
  8位机其一个存储单元表示0——255范围的数
  8位机、16位机、32位机和64位机。