微處理器基本概念

MCU是裝入了所學(xué)功能模塊（寄存器、存儲(chǔ)器、定時(shí)器、ADC…）以及未學(xué)的大量串口等的IC

是用軟件指令指揮工作的黑盒子西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院寧改娣

博士

教授回顧數(shù)電大篇幅的內(nèi)容“數(shù)電”大篇幅介紹了集成邏輯門、觸發(fā)器、組合和時(shí)序電路分析設(shè)計(jì)、時(shí)鐘CP產(chǎn)生、存儲(chǔ)器、ADC、DAC等。大家回顧一下，學(xué)完這些“數(shù)電”內(nèi)容的感受是什么？這些零散的模塊有何用呢？雖然課堂上也強(qiáng)調(diào)了應(yīng)用，但仍很抽象！——所以課程整合，處理器片內(nèi)就是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)字或數(shù)模混合系統(tǒng)。我們2001年提出“大數(shù)電”整合。2003美國(guó)有兩本類似教材，一本第八版有140多學(xué)校使用。如今，“數(shù)電”所學(xué)集成在大規(guī)模IC內(nèi)部，活化了。中小規(guī)模IC發(fā)明時(shí)，用其設(shè)計(jì)的測(cè)頻計(jì)、測(cè)電容、測(cè)速計(jì)、交通燈控制器等當(dāng)然性能是很好的！推動(dòng)發(fā)展！2026/1/30升級(jí)不方便；用中小規(guī)模IC設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)更是難以想象。夜晚空等的十字路2026/1/30回頭看較早的電子產(chǎn)品，智能性不夠回顧數(shù)電PLDPLD是一種集成了大量邏輯門、觸發(fā)器、可編程連線等資源的通用集成器件。HDL描述的是電路、并行運(yùn)行！可由設(shè)計(jì)人員“編程”把一個(gè)復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)由一片PLD片內(nèi)資源實(shí)現(xiàn)，電路功能可在線修改，“編程”后功能確定。FPGA是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最具發(fā)展前途的器件:1）可實(shí)現(xiàn)通信設(shè)備高速接口電路，復(fù)雜邏輯問(wèn)題等。2）數(shù)字信號(hào)處理或者數(shù)學(xué)計(jì)算。通信協(xié)議、數(shù)據(jù)收發(fā)等。3）SOPC，部分FPGA內(nèi)部嵌入處理器核。4）處理器設(shè)計(jì)驗(yàn)證，等。2026/1/30微處理器比如，由傳感器、執(zhí)行器和控制器組成的汽車電子控制系統(tǒng)：包含發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)、底盤綜合控制系統(tǒng)、車身電子安全系統(tǒng)和信息通訊系統(tǒng)等。需要連續(xù)不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、分析和決策，事件記憶等，這種應(yīng)用選擇微處理器控制更方便。2026/1/30如果要實(shí)現(xiàn)一個(gè)包含計(jì)算能力、分析和決策能力、事件的記憶能力等復(fù)雜控制系統(tǒng)，就應(yīng)選擇微處理器。1958年發(fā)明的集成電路（IC）2026/1/30處理器比FPGA等更具靈活性來(lái)源：“

智能計(jì)算芯世界”的“當(dāng)今計(jì)算挑戰(zhàn)：計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)的機(jī)遇”2026/1/30到底什么是微處理器？微處理器是通用大規(guī)模IC，由指令驅(qū)動(dòng)，串行執(zhí)行。處理器出廠后硬件結(jié)構(gòu)確定，具備自己的指令系統(tǒng)（8051有111條），且各廠家指令系統(tǒng)都不相同，同一廠家不同系列的處理器指令也不同，硬件結(jié)構(gòu)都不同。處理器按用戶程序做事，改變應(yīng)用程序就可以改變功能。比如，程序中有加法、移位、邏輯運(yùn)算等指令不同，即可完成不同的功能?；谖⑻幚砥鞯臄?shù)字系統(tǒng)是電子設(shè)計(jì)的主流，也是智能電子產(chǎn)品的核心。短短幾十年迅猛發(fā)展！多快好省狹義上微處理器分為CPU、MCU、DSP、嵌入式等。幾乎所有電類專業(yè)教學(xué)計(jì)劃上都有4門處理器課：2026/1/30微處理器相關(guān)課程

因發(fā)展應(yīng)用產(chǎn)生的課程CPUMCU=CPU+接口電路+存儲(chǔ)器單板機(jī)原理CentralProcessingUnit，CPUMicroControlUnit，MCUDigitalSignalProcessor，DSP適合DSP的單片機(jī)有乘法器、多總線、指令流水線等技術(shù)。即便如此，也遠(yuǎn)不如FPGA快。3次升級(jí)換代；換一次芯片相當(dāng)于開一門新課。TI支持有學(xué)生第3次學(xué)處理器，也有沒(méi)學(xué)處理器的?；贏RMIP（高性能、低成本、耗電低）的處理器。幾乎處理器制造廠家及PLD都有產(chǎn)品。如，意法半導(dǎo)體STM32；TIMSP432；xilinx7

Zynq等ARM公司1991年成立，總部位于劍橋大學(xué)旁。華為處理器也有基于ARM的，華為在劍橋也設(shè)有通信IC設(shè)計(jì)公司。華為是中華民族的驕傲！各課都是介紹如何“用”

一個(gè)不同型號(hào)的處理器IC芯片。內(nèi)容重復(fù)，深入個(gè)體IC芯片，講引腳、指令、尋址等細(xì)節(jié)。都教成了理論課的樣子，重考試！實(shí)驗(yàn)照貓畫虎。上世紀(jì)處理器更新發(fā)展較慢時(shí)，這種教學(xué)可以滿足科研需求。近幾年處理器更新?lián)Q代快，教學(xué)跟不上。核心要掌握基本功。處理器如何“教”和“學(xué)”？發(fā)展日新月異，但開發(fā)方法是一樣的：軟件、硬件。要掌握處理器開發(fā)的共性方法，而不是掌握一個(gè)IC。理論性——不強(qiáng)（語(yǔ)法如中文、英語(yǔ),無(wú)需溯源,軟、硬件都如此)如，74138有3個(gè)控制端？

廠家說(shuō)了算！學(xué)習(xí)目的——會(huì)用（玩轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)）學(xué)習(xí)方法——親自動(dòng)手做（處理器應(yīng)用不是考、學(xué)、看出來(lái)的，有不少學(xué)生和老師說(shuō)：我學(xué)了好多次處理器了，還是不會(huì)用！問(wèn)題就出在多次都是像理論課一樣去學(xué)，沒(méi)有自己親自動(dòng)手去用）2026/1/30補(bǔ)充說(shuō)明半導(dǎo)體芯片行業(yè)的企業(yè)模式主要分IDE、Fabless和Foundry三種：IDM即IntegratedDesignandManufacture，是包含設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試的公司，比如TI、Intel等；Fabless是Fabrication（制造）和less（無(wú)）的組合，是指“沒(méi)有制造業(yè)務(wù)、只專注于設(shè)計(jì)”，比如ARM，Xilinx、高通、華為海思等；國(guó)產(chǎn)IC設(shè)計(jì)發(fā)展很快，2017年全球營(yíng)收排名前十的Fabless企業(yè)榜單中就有中國(guó)的華為海思和紫光入榜。2018年華為海思排名第五，營(yíng)收增長(zhǎng)率居冠。Foundry，專門負(fù)責(zé)生產(chǎn)、制造芯片的廠家，即代工廠，例如臺(tái)積電等。華為自主研發(fā)的麒麟芯片不能生產(chǎn)，5G射頻的關(guān)鍵元器件也無(wú)法使用。贊華為！5G技術(shù)、鴻蒙2026/1/30教育家陶行知《三代詩(shī)》突出實(shí)踐的重要性陶先生上大學(xué)時(shí)深受明代思想家王陽(yáng)明“知行合一”論的影響，給自己改名“陶知行”，認(rèn)為“知是行之始”，認(rèn)識(shí)先于實(shí)踐。很快他認(rèn)識(shí)到唯心論色彩。提出了“行是知之始，知是行之成”的理論?！靶袆?dòng)是老子，知識(shí)是兒子，創(chuàng)造是孫子?！睂?shí)踐出真知，只有實(shí)實(shí)在在的做事，才能將書本上的理論轉(zhuǎn)變?yōu)樽约簱碛械闹R(shí)，要想獲得知識(shí)必須行動(dòng)，所以行動(dòng)是知識(shí)的老子。創(chuàng)造創(chuàng)新更不是憑空就能進(jìn)行的，只有在充分掌握一個(gè)事物的運(yùn)行規(guī)律，知道它的本質(zhì)，才能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)造。2026/1/30電氣工程講MCU（DSP），也有益于就業(yè)處理器入門最好以MCU介紹，底子扎實(shí)廠家多、種類多、結(jié)構(gòu)及指令各不同、更新?lián)Q代快！講提煉出的軟件和硬件共同共性的概念通過(guò)某一平臺(tái)訓(xùn)練軟、硬件基本功，目的不是會(huì)用這一個(gè)芯片。不提供指導(dǎo)書（當(dāng)然處理器廠家提