freescalemc9s08单片机原理与应用第02章(编辑修改稿)

freescalemc9s08单片机原理与应用第02章(编辑修改稿)内容摘要：

息总是以各种形式在计算机系统中不停地传送，采用什么形式进行传送，由系统的结构所决定，同时也影响到系统的工作速度和成本。 数据传送可有三种形式。 1）传送方式（1）串行传送方式把组成一个数据的各位数码通过一条路径按先后次序逐位进行传送，称为串行传送方式。 由于串行传送只要一条传送路径，所以串行传送节省传送线路，特别是当位数很多和长距离传送时，这个优点就更为突出。 但是串行传送的速度慢，若并行传送所需的时间为T，则串行传送的时间至少为NT（N为数据的位数）。 （2）并行传送方式把组成一个数据的各位数码通过各自对应的路径同时进行传送，称为并行传送方式。 由于并行传送方式是把组成一个数据的各位数码作为一个整体同时进行传送，所以传送速度大大高于串行传送。 由于在并行传送中，每一个数码都需要一条传送路径，所以成本大大高于串行传送方式。 （3）串并行传送方式图2 1三种数据传送方式如果计算机一次只能传送n位数据，而信息的位数多于n位（n的整数倍），这时可采用串并行传送的方式进行传送，即每次传送n位，通过若干次完成整个数据的传送。 字节传送即为串并行传送。 2)校验码在信息沿着数据通路从一个部件传送到另一个部件时，由于某些干扰或电路的故障会使所传送的信息发生错误。 为了保证信息传送的可靠性，在接收端必需能够判断出所接收的信息是否正确，甚至能够指出错误的位置。 要实现信息传送正确性的判断，仅靠所传送信息本身不能实现，必须给信息增加附加位，使其具有某种特征，增加的附加位称为校验位。 将有效信息位与校验位按一定的规律编码，所得到的代码称为校验码。 校验码可分为检错码和纠错码：检错码只能发现错误，不能确定错误的位置；纠错码不仅能够发现错误，还能对错误进行定位，进而纠正错误。 校验的方法是：发送端将校验位与有效信息位一起传送，在接受端按编码规律进行校验以判断是否发生错误。 常用的校验码有奇偶校验码、海明码、循环校验码等。 这里只介绍奇偶校验码。 奇偶校验码是最简单、应用最广泛的校验方法，它属于一种检错码，只能发现错误，不能对错误进行定位，并且不能发现偶数位错误。 编码的规律是给有效信息增加一位校验位，构成奇偶校验码，并且使整个代码中“1”的个数为奇数或偶数。 如果“1”的个数为奇数位，则为奇校验；如果“1”的个数为偶数位，则为偶校验。 设二进制位B= bn1bn2…b1b0，校验位为P，奇偶校验码为P Pbn1bn2…b1b0。 若为奇校验，则应通过选取P的值使Pbn1bn2…b1b0中的1的个数凑成奇数，若为偶校验，则应使Pbn1bn2…b1b0中1的个数凑成偶数。 当为奇校验时，接收端对接收到的代码进行检测，如果其中1的个数为奇数，则认为收到的代码是正确的，否则认为代码出错。 偶校验的校验方法与奇校验类似。 1）微型计算机的基本组成计算机的硬件系统是指构成计算机的所有物理部件的集合。 这些部件通常由半导体、磁性、光和机械等物理部件组成，它们是计算机系统中看得见、摸得着的部分。 当我们使用计算机解决一个问题时，只需运行相应的程序，计算机就能在没有人干预的情况下自动地完成这项工作。 计算机为什么能够自动工作，它是由哪些功能部件所组成的。 下面以人工完成一个算式的计算过程为例分析计算机的组成。 算式如下：158+10020247。 10254人工完成该算式的计算，需要有一个算盘作为计算工具，一张纸和一支笔记录算式、原始数据、中间结果和最终结果，整个计算过程都需要在人的大脑的指挥下进行。 开始计算之前先把包括原始数据和计算步骤的算式记录在纸上，然后按下面的步骤进行计算：计算 10020记录中间结果2000计算2000247。 10记录中间结果200计算158+200记录中间结果358计算358254记录最终结果104在上面的计算过程中，大脑起指挥作用。 人脑对每一个运算步骤进行分析，指挥运算过程的进行；算盘完成各种运算；纸和笔完成记录运算步骤、中间结果和最终结果。 如果上述计算过程由计算机完成，首先要求在计算机中有一个代替人的大脑的部件，它能够对每一个操作步骤进行分析，进而产生完成操作所需要的所有控制信息，利用这些控制信息指挥计算机中的所有的部件协调一致地工作，共同完成一项工作，这个部件称为控制器。 其次，计算机的主要任务是完成计算，所以在计算机中需要有一个能代替算盘完成各种运算的部件，这个部件称为运算器。 另外，还应该有一个能替代纸和笔的部件，用于记录运算步骤、中间结果和最终结果，这个部件称为存储器。 除了以上三个部分以外，计算机在工作过程中还要与外部进行信息的交换，即参与运算的原始数据需要从外部输入计算机中，而计算机对数据进行处理后的结果需要输出。 完成数据输入和运算结果输出的部件称为输入设备和输出设备。 由以上分析可知，计算机的硬件系统由控制器、 运算器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成（见图22）。 其中控制器和运算器是计算机硬件系统的核心，制作时这两部分集成在一块集成电路芯片上，所以把控制器和运算器称为CPU（Central Processing Unit）。 根据与CPU之间的关系，存储器可以分为内存和外存，内存可以直接与CPU进行数据交换，而外存只能通过内存与CPU进行数据交换。 内存又称为主存，外存又称为辅存。 把CPU与内存看成一个整体称为计算机的主机。 图2 2 计算机硬件组成原理图中的双股线表示数据信息，用于各部分之间进行数据信息的传送，细线表示控制信息，用于控制器向系统的各部分发送控制信息。 以上分析过程提出了计算机硬件系统的组成，但是如果让计算机能自动地工作，只有硬件部分是不够的，还需要有相应的软件。 软件的主要组成是在硬件基础上运行的各种程序。 为了说明程序的执行过程，首先介绍几个有关的概念。 指令——确定计算机操作性质的命令称为指令。 一条指令由操作码和地址码两部分组成，操作码部分给出操作的性质，地址码部分给出被操作对象（操作数）存放在什么地方。 指令系统——计算机能够执行的所有的指令称为计算机的指令系统。 一种计算机具有多少条指令，能进行多少种操作，是在设计计算机时确定的。 因为计算机只能识别二进制数，所以计算机的指令都必须用二进制数的形式表示，例如在MCS51单片机中累加器清0的指令为11100100B（十六进制的表示形式为E4H）。 用二进制形式表示的指令称为机器指令或机器码。 程序——指令的有序集合称为程序。 计算机语言——人与计算机进行交流的工具称为计算机语言。 计算机能够直接识别的语言是二进制代码表示的语言，即机器语言。 在计算机应用的初期，使用机器语言编写程序。 机器码是用一串0和1组成的，不容易记忆，用机器语言编写程序时非常麻烦，调试困难，容易出错，且出错时不易检查。 为了减少程序设计和调试的复杂程度，人们用一些英文单词的缩写作为符号，代替机器指令，如把累加器清零的指令写成CLR A，这种用符号表示的语言称为汇编语言。 汇编语言与机器语言相比，指令容易理解和记忆，不容易出错，程序编写、调试、修改的工作量大大降低，与机器语言相比是一个很大的进步。 用汇编语言所编写的程序称为源程序，源程序不能在计算机中直接执行，必须通过汇编程序把源程序汇编成机器语言才能够在计算机中执行，机器语言程序又称为目标程序。 汇编与汇编程序——把用汇编语言编写的源程序翻译成机器语言程序的过程称为汇编，完成汇编的程序称为汇编程序。 假设有两个数据存放在存储器中，把这两个数相加并把运算结果存放在存储器中，需要由下面几个步骤组成：第一步：把第一个数从它所在的存储单元中取出来，送至运算器；第二步：把第二个数从他所在的存储单元中取出来，送至运算器；第三步：相加；第四步：把运算结果送到存储器中保存。 以上运算过程中的每一步都由相应的指令来实现，把每一条指令按运算步骤的顺序写出来，就构成了一段程序，把程序存放在存储器中。 计算机执行程序时，从存储器中一条一条地取出来并加以执行，就可以实现相应的运算工作。 2）内存的基本组成存储器是具有记忆功能的设备，可以存放用二进制的形式表示的程序和数据，它在计算机中具有十分重要的地位。 计算机之所以能够脱离人的干预而高速、自动地工作，其中一个必要条件是在计算机中具有一个能够存放程序和数据的存储器。 （1）存储器的分类 根据存储器的存储介质和使用方法不同，对存储器有不同的分类方法。 常用的分类方法有以下几种：用来制作存储器的物质称为存储介质。 根据目前常用的存储介质可以把存储器分为半导体存储器、磁存储器和光存储器三种。 ——用半导体元件组成的存储器称为半导体存储器，半导体存储器可分为RAM和ROM两种。 ——用磁性材料组成的存储器称为磁存储器，主要包括磁芯存储器、磁盘存储器和磁带存储器。 后两者由于是将磁材料涂在金属或塑料表面制成，一般也称为磁表面存储器。 ——用光学原理制成的存储器称为光存储器，目前光盘存储器的使用越来越普及b． 按存取方式分类按照存储器的不同工作方式可以将存储器分为随机存取存储器RAM（Random Access Memory）、只读存储器ROM（Read Only Memory）、顺序存取存储器SAM（Sequential Access Memory）和直接存取存储器DAM（Direct Access Memory）。 若在程序运行的过程中存储器任何存储单元的内容都能被随机存取，而且存取时间与存储单元的物理位置无关，则称它们为随机存取存储器，简称RAM。 RAM用于计算机的内存，其特点是存取速度快。 RAM可以分为动态RAM和静态RAM两种。 动态RAM中存储的信息经过一段时间后会自动消失（一般为2ms），在使用时需在2ms之内对其内容进行恢复，这一过程称为刷新。 静态RAM中所存储的信息在电源正常时不会丢失若在程序的运行过程中存储单元中的内容只能取出不能存入，则称它们为只读存储器，简称ROM。 ROM用于存放固定不变的系统程序和数据。 ROM可分为掩膜ROM、PROM、EPROM、E2PROM四种。 掩膜ROM由生产厂家在制作时将程序和数据写入，用户只能使用不能对其进行修改。 为了使用户能根据自己的需要把程序和数据写入只读存储器，制作了一种可编程的只读存储器PROM（Programmable ROM）,它允许用户把程序和数据写入到PROM，但只允许写入一次。 由于在软件开发的过程中，程序需反复调试修改后才能投入应用 ，所以用户希望ROM不仅能够由自己写入，而且能够擦除后重写，这就出现了EPROM（Erasable PROM）。 EPROM芯片上有一个有机玻璃窗口，利用紫外线擦除器对窗口进行照射，可以将EPROM中存储的内容擦除，然后便可以重新写入。 EPROM芯片上平时必须用不透明的胶纸挡住石英窗口，以防自然光中的紫外线进入造成信息丢失。 EPROM在程序调试的过程中得到了广泛的使用，但EPROM的写入速度较慢，而且需要一些特殊条件。 目前另一种常用的只读存储器是电擦除只读存储器E2PROM（Electrocally Erasable Programmable Read Only Memory）:在改写程序时，不必脱机用紫外线照射，用5V电压就可以进行电改写，每个存储单元可重复使用1万次；程序运行时，读写速度快，可以代替RAM使用；断电时信息可以长期保存，从而弥补了EPROM的。