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  • 微处理器系统结构
    2020-09-10 22:56:07

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    1、冯*诺依曼与哈佛结构

    2、CISC与RISC

    3、流水线技术

    4、信息存储的字节顺序

    4.1、小端格式

    4.2、大端格式

    4.3、示例


    1、冯*诺依曼与哈佛结构

    冯*诺依曼结构也称普林斯顿结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构

    哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储结构

    2、CISC与RISC

    微程序控制的CISC计算机、硬件控制的RISC计算机

    类别CISCRISC
    指令系统指令数量很多较少,通常小于100
    执行时间有些指令执行时间比较长没有较长执行时间的指令
    编码长度编码长度可变,1~15字节编码长度固定,通常为4个字节
    寻址方式寻址方式多样简单寻址
    操作可以对存储器和寄存器进行算数和逻辑运算只能对寄存器进行算数和逻辑运算,Load/Store体系结构
    编译难以用优化编译器生成高效的目标代码程序采用优化编译技术,生成高效的目标代码

    3、流水线技术

    指令流水线是将一条指令分解成一连串执行的子过程。在CPU中把一条指令的串行执行子过程变为若干条指令的子过程在CPU中重叠执行。流水线处理机的一个重要指标吞吐率,吞吐率是指单位时间里流水线处理机流出的结果数。在有一个就是流水线的计算公式。

    如果流水线的子过程所用时间不一样长则执行执行的时间为:

    一条指令的执行时间+(指令条数-1)*指令执行子过程最长的一段时间

    4、信息存储的字节顺序

    4.1、小端格式

    低字节数据存放在内存低地址处,高字节数据存放在内存高字节处。

    4.2、大端格式

    高字节数据存放在内存低地址处,低字节数据存放在内存高地址处。

    4.3、示例

    假设在32位字长的微处理器定义一个int类型的变量,其内存地址位于0x8000处,其值用十六进制表示为0x12345678,下面分表表示使用大端以及小端格式数据存储的位置。0x78是低地址,0x12是高地址

    小端地址0x80000x80010x80020x8003
    小端数据0x780x560x340x12
    大端地址0x80000x80010x80020x8003
    大端数据0x120x340x560x78
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    微处理器系统结构与嵌入式系统设计

    Chapter1

    1计算机的应用形式及发展

    1.1现代信息科学的六大组成部分:
    (1)信息的生成,获取,存储,传输,处理及其应用。
    (2)计算机在信息的后五部分都能起到关键作用。
    (3)计算机的发展一直和数字电路设计的发展相辅相成,互相促进。

    1.2 IT行业的四大定律
    (1)Moore定律(1965年)
    集成电路内可容纳晶体管的数目每18个月翻一番;
    (2)Bell定律(1972年)
    由于半导体、存储、接口和网络方面的技术进步,每10年会有一类新的计算设备诞生:巨型机、微机、工作站、平板电脑、可穿戴设备……
    (3)Metcalfe定律(1993年)
    网络价值同网络用户数的平方成正比;
    (4)Gilder定律(1996年)
    未来25年里,主干网带宽将每6个月增加一倍;
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    IC技术:SSI/MSI-> LSI-> VLSI-> ULSI-> GLSI->……
    晶圆尺寸:100mm-> 125mm-> 150mm-> 200mm-> 				300mm-> 400mm->……
    特征尺寸:3µm-> 2µm-> 1.2µm-> 0.8µm-> 0.5µm-> 0.35µm->0.25µm 		-> 0.18µm-> 0.13µm-> 90nm-> 65nm -> 45nm ->……
    

    1.3普适计算和泛在通信
    普适计算:强调和环境融为一体的计算概念,即人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信息的获取与处理。
    泛在通信:即广泛存在的通信,以实现在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信为目标。

    2.集成电路与SOC设计

    2.1集成电路:通过一系列特定的加工工艺,将晶体管,二极管等有源器件和电阻,电容, 电感等无源器件,按照一定的电路互联,集成在一块半导体晶片上,封装在一个外壳内,执行特定电路或系统功能的一种器件。

    2.2标志IC技术水平的两个重要指标:集成规模和特征尺寸。
    集成规模:集成度,是单个集成电路芯片容纳的元件个数。随着面积不断增大,使得一个芯片可以容纳更多的晶体管,芯片面积大约每代产品增加√2倍
    特征尺寸:标志了集成电路工艺所能实现的最小线宽。特征尺寸不断减小,使单个器件占用的面积不断减小,从而使芯片内的晶体管数目得以这增加,特征尺寸大约每三年缩小√2倍。

    2.3.1 SOC:系统级芯片,片上系统,系统芯片,系统集成芯片,系统芯片集,主要含义是单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。
    产品层面:是一个有专用目标的集成电路,其中包括完整系统并有嵌入式软件的全部内容。

    技术层面:用以实现从确定系统功能开始,到软、硬件划分,并完成设计的整个过程,从狭义角度讲,他是信息系统核心的芯片集成,是将系统关键部件集成在一块芯片上;从广义角度讲,他是微小型系统,一般将SOC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核、存储器及各种控制接口等硬件和软件集成在单一芯片上。
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    2.3.2 SOC优势:
    (1)降低电量。随着电子产品向小型化,便捷化发展,对省电方面的需求将大幅提升,由于SOC产品多采用内部信号的传输,可以大幅降低功耗。
    (2)减小体积。数片IC整合在一片SOC后,可以有效的缩小电路板占用的面积,达到体重轻、体积小的目的。
    (3)丰富的系统功能。随微电子技术的发展,在相同的内部空间内,SOC可整合更多的功能组件,丰富系统功能。
    (4)提高速度。随着芯片内部传输距离的缩短,信号传输效率将提高。
    (5)节省成本。理论上IP模块的出现可以减少研发成本,但实际上,由于芯片内部结构的复杂性增强,也有可能导致测试成本增加,以及生产成品率下降。

    2.3.3 SOC的基本组成
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    SOC包括一个可编程处理器、片上存储器、由硬件实现的加速功能单元、模拟部件及数模混合部件。IP是构成SOC的基本单元。
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    2.3.4 CMP片上多核处理器
    特点:
    (1)易扩展。
    (2)设计可复用。
    (3)低功耗。
    (4)容忍线延迟。
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    多核处理器并行结构:
    提高计算机性能的方法:1.提高时钟频率,加快CPU执行速度。2.流水线技术。3.并行处理技术
    多处理器组织方式:1.对称多处理机 2.机群系统
    计算机系统模型:1.单指令单数据SISD 2.单指令多数据SIMD 3.多指令单数据MISD 4.多指令多数据MIMD

    3.嵌入式系统:以各种形态嵌入到对象体系中的专用计算机系统。
    各种形态:芯片级(MCU、SoC)、板级(单板、模块)、设备级(工控机)

    3.1嵌入式系统的特点:
    (1)以应用为中心
    (2)软、硬件可裁剪
    (3)对体积、功耗、实时性、可靠性、功能、成本等有严格约束
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    3.2嵌入式系统的组成
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    展开全文
  • MoonCore微处理器体系结构.pdf
  • 实时微处理器体系结构综述.pdf
  • 微处理器系统结构与嵌入式系统设计课件:chap3-微处理器系统结构及关键技术.ppt
  • 先进微处理器体系结构及其发展趋势.pdf

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