硬件基础第二次课.ppt
《硬件基础第二次课.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《硬件基础第二次课.ppt(98页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、2,C H A P T E R,嵌入式硬件基础,本节提要,1,3,2,4,PC机的硬件基础,嵌入式处理器,外围电路,嵌入式系统实例,嵌入式系统的硬件是以嵌入式处理器为核心,主要由嵌入式处理器、存储器、总线、通信接口和输入/输出设备组成。 嵌入式处理器 存储器 总线 通信接口 输入输出设备 电源及辅助设备,本节提要,1,3,2,4,PC机的硬件基础,嵌入式处理器,外围电路,嵌入式系统实例,按指令集分: CISC:复杂指令集 (Complex Instruction Set Computer) RISC:精简指令集 (Reduced Instruction Set Computer) EPIC:并
2、行指令集 VLIW:超长指令集 按体系结构分: 冯诺依曼体系结构 哈佛体系结构,嵌入式处理器分类,CISC和RISC,CISC:复杂指令集(Complex Instruction Set Computer) 具有大量的指令和寻址方式, 指令种类多, 指令长度可变,RISC:精简指令集(Reduced Instruction Set Computer) 只包含最有用的指令,指令长度固定 确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单,CISC的背景和特点,背景: 增强指令功能,设置一些功能复杂的指令,把一些原来由软件实现的、常用的功能改用硬件的指令系统来实现 存储资源紧缺, 为
3、节省存储空间,强调高代码密度,指令格式不固定,指令可长可短,操作数可多可少,寻址方式复杂多样,操作数可来自寄存器,也可来自存储器,CISC的主要缺点,指令使用频度不均衡。 高频度使用的指令占据了绝大部分的执行时间,扩充的复杂指令往往是低频度指令。 大量复杂指令的控制逻辑不规整,不适于VLSI工艺 VLSI的出现,使单芯片处理机希望采用规整的硬联逻辑实现,而不希望用微程序,因为微程序的使用反而制约了速度提高。(微码的存控速度比CPU慢5-10倍)。 软硬功能分配 复杂指令增加硬件的复杂度,使指令执行周期大大加长。 不利于先进指令级并行技术的采用 流水线技术,RISC基本设计思想,减小指令执行周期
4、 减少指令种类 采用硬接线控制代替微程序控制 针对流水线化的处理器优化,RISC的提出与发展,RISC思想最早在IBM公司提出,但不叫RISC,IBM801处理器是公认体现RISC思想的机器。 1980年,Berkeley的Patterson和Dizel提出RISC名词,并研制了RISC-,实验样机。 1981年Stenford的Hennessy研制MIPS芯片。 85年后推出商品化RISC: MIPS1(1986)和SPARC V1(1987),CISC与RISC的对比(1),(1)指令系统:RISC 设计者把主要精力放在常用指令上,使它们有简单高效的特色。对不常用的功能,常通过组合指令来完
5、成。因此,在RISC机器上实现特殊功能时,效率较低。而CISC 指令系统比较丰富,有专用指来完成特定的功能。因此,处理特殊任务效率较高。 (2)存储器操作:RISC 对存储器操作有限制,使控制简单化;而CISC 机器的存储器操作指令多,操作直接。 (3)程序:RISC 汇编语言程序一般需要较大内存空间,实现特殊功能时程序复杂,不易设计;而CISC 汇编语言程序编程相对简单,科学计算及复杂操作的程序社设计相对容易,效率较高。,CISC与RISC的对比(2),(4)中断:RISC 机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断;而CISC 机器是在一条指令执行结束后响应中断。 (5)CPU:RISC C
6、PU 包含有较少的单元电路,因而面积小、功耗低;而CISC CPU 包含有丰富的电路单元,因而功能强、面积大、功耗大。 (6)设计周期:RISC 微处理器结构简单,布局紧凑,设计周期短;CISC 微处理器结构复杂,设计周期长。 (7)用户使用:RISC 微处理器结构简单,指令规整,性能容易把握,易学易用;CISC微处理器结构复杂,功能强大,实现特殊功能容易。 (8)应用范围:由于RISC 指令系统的确定与特定的应用领域有关,故RISC更适合于专用机;而CISC则更适合于通用机。,冯诺依曼体系结构,冯诺依曼体系结构,指令寄存器,控制器,数据通道,输入,输出,中央处理器,存储器,程序,指令0,指令
7、1,指令2,指令3,指令4,数据,数据0,数据1,数据2,哈佛体系结构,哈佛结构是不同于冯。诺依曼结构的一种并行体系结构,特点是程序和数据存储在不同的存储空间,每个存储器独立编址、独立访问。与之对应的是系统中设置的两条总线(程序总线和数据总线),使数据吞吐量大大提高。,嵌入式处理器有许多不同的体系,在同一体系中又可能具有不同的时钟速度和总线数据宽度、集成不同的外部接口和设备。 据不完全统计,目前嵌入式处理器的品种总量已超过千种,流行体系结构有30多个系列、主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86、SH等。,调查市场上已有的CPU 供应商; 处理器的处理速度; 技术指标; 处理器的低
8、功耗; 处理器的软件支持工具; 处理器是否内置调试工具; 处理器供应商是否提供评估板;,嵌入式处理器的选择,本节提要,1,3,2,4,PC机的硬件基础,嵌入式处理器,外围电路,嵌入式系统实例,嵌入式系统外围电路,存储器 总线 通信接口 输入/输出设备 电源及辅助设备,存储器, 按存储介质分 半导体存储器、磁存储器、光存储器; 按存取方式分 随机存储器(RAM):静态存储器(SRAM)、 动态存储器(DRAM)。 只读存储器(ROM): ROM、PROM、EPROM和EEPROM 串行访问存储器(SAM):磁带、光盘 按信息的可保存性分 非永久记忆的存储器、永久记忆性存储器; 按在计算机系统中的
9、作用分 主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、闪烁存储器等。,存储器分类,RAM:随机存取存储器, SRAM:静态随机存储器, DRAM:动态随机存储器 1)SRAM比DRAM快 2)SRAM比DRAM耗电多 3)DRAM存储密度比SRAM高得多 4)DRAM需要周期性刷新,闪速存储器(FLASH),相对传统的EPROM芯片,这种芯片可以用电气的方法快速地擦写 由于快擦写存储器不需要存储电容器,故其集成度更高,制造成本低于DRAM 它使用方便,既具有SRAM读写的灵活性和较快的访问速度,又具有ROM在断电后可不丢失信息的特点,所以快擦写存储器技术发展十分迅速,RAM,总线,总线,总线是把处理器
10、与存储器、I/O设备相连接的信息通道; 总线是数据、地址和控制信息的公共通路; 总线并不仅仅指的是一束信号线,而应包含相应的通信协议。,总线,总线,总线,总线典型PC总线,总线PC总线分类(1),片内总线 局部总线 内部总线 系统总线 外部总线 现场总线,PC总线分类,总线系统总线(1),PC总线 ISA总线、EISA总线 PCI总线 PCIExpress(PCI-E)、HyperTransport 工业:STD总线、 VME总线、PC/104总线、Compact PCI(CPCI)总线。,总线系统总线(2),ISA总线 IBM 公司于1981 年推出的基于8 位机PC/XT 的总线,称为PC
11、 总线。 1984 年IBM 公司推出了16 位PC 机PC/AT,其总线称为AT 总线。 为了能够合理地开发外插接口卡,由Intel 公司,IEEE 和EISA 集团联合开发了与IBM/AT 原装机总线意义相近的ISA 总线,即8/16 位的“工业标准结构”(ISA-Industry Standard Architecture)总线。,总线系统总线(2),ISA 总线的主要性能指标如下: (1) I/O 地址空间0100H-03FFH (2) 24 位地址线可直接寻址的内存容量为16MB (3) 8/16 位数据线 (4) 62+36 引脚 (5) 最大位宽16 位(bit) (6) 最高时
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 硬件 基础 第二次
链接地址:https://www.31doc.com/p-3296811.html