cilj predmeta
Post on 15-Mar-2016
71 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
http://vision.fe.uni-lj.si
GSPV (1)Gradniki sistemov procesnega vodenja
Stanislav Kovačič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Cilj predmetaCilj predmeta
Spoznati osnove delovanja in uporabe mikrokrmilniških vgradnih sistemov na primeru HCS12 in deloma AVR
Spoznati nekatera osnovna načela naprednejših mikroprocesorskih sistemov
z arhitekturnega stališča
Vgradni sistemiVgradni sistemiVgradni sistemi(pogosto: vgrajeni sistemi), (angl. Embedded Systems)Sistemi (deli sistemov, naprav, komponent) temelječi na računalniških tehnologijah, ki navzven niso videti kot računalnik.
Stanley, Stanford Universityzmagovalec DARPA Grand Challenge 2005Predelan Volkswagen (drive by wire), Opremljen z raznimi senzorji:GPS, pospeškometer, giroskop, odometer,LIDAR, kamere6 Intel 1,6 GHz Pentium, LinuxVir: Wikipedia
MikrokrmilnikiMikrokrmilnikiMikrokrmilniki: vse zmogljivejši visoko integrirani, samostojno delujoči mikroračunalniški sistemi:(mikro)procesor, pomnilnik, v/i vmesniki in krmilniki.
MikroprocesorjiMikroprocesorjiNapredni mikroprocesorji ali kar procesorji, vse hitrejše, zmoglivejše CPE računalnikov.
PrimeriPrimeriInteligentne kamere, hišna, industrijska avtomatizacija, avtomobilska elektronika, medicinska elektronika, robotika, komunikacije, …
Iz vsebineIz vsebine
1. Uvod2. Zgradba in delovanje računalnika3. Mikrokrmilnik HCS12: zgradba, CPE4. Mikrokrmilnik HCS12: zbirni jezik5. HCS12: Sklad, podprogrami, prekinitve, V/I6. HCS12: SCI - serijski komunikacijski vmesnik7. HCS12: Časovnik, A/D pretvornik, CAN8. HCS12: Programski jezik C9. Mikrokrmilnik AT90S8515 AVR RISC procesor10.AT90S8515
Iz vsebineIz vsebine
11. Navidezni pomnilnik12. Predpomnilnik13. Cevovodi14. Prekinitveni sistemi, obdelava izjem15. Realni čas, OS, ...
I. Izpit: pisni (“praksa”) + ustni (“teorija”)II. Predpogoj: opravljene lab. vaje (HCS12)III. Ali namesto pisnega izpita:
doma Atmel AVR (STK, ICE, AvrStudio)ali poljuben mikrokrmilnik
LiteraturaLiteratura
Študijsko gradivo, na domači strani predmetahttp://vision.fe.uni-lj/classes/GSPV
Knjige: veliko tujih in nekaj domačih(bomo navedli ob primernem času)
Dokumentacija proizvajalcevhttp://www.freescale.comhttp://www.atmel.com
Drugi viri na spletu
Uvod – Uvod – nekaj iz zgodovinenekaj iz zgodovine
Obdobje mehanike17. – 18. Stoletje
Obdobje elektromehanikeKonec 19., začetek 20. Stoletja
Obdobje elektronike20. stoletje ->
Uvod – Uvod – obdobje mehanikeobdobje mehanikeStroji, ki znajo nekatere osnovne računskeoperacije, z malo ali nič možnosti za “programiranje”, t.i. “kalkulatorji”
Wilchelm Schickard (1592-1635): (+,-,*) Blaise Pascal (1623 – 1662): (+,-) Gotfried Leibniz (1646-1716): (+,-,*,/) Charles Babbage (1792-1871)
Diferenčni stroj (1823): avtomatsko izvajanje zaporedja operacij
Analitični stroj (1834): možnost krmiljenja zaporedja operacij
Uvod – Uvod – obdobje mehanikeobdobje mehanike
Analitični stroj: delovanje vodi program, predviden za reševanjesplošnih problemov, krmiljenje zaporedja operacij
Podatkovnekartice
Mlin Pomnilnik Tiskalnikluknjalnik
Ukazi Podatki
Ukaznekartice
“Program”
Uvod–Uvod–obdobje elektromehanikeobdobje elektromehanike
To je obdobje relejev in motorjev Herman Hollerith (1860 – 1929):
števne, sortirne in tabelirne naprave na osnovi luknjanih kartic1924: IBM
Konrad Zuse (1910 – 1995): Z1, Z2, Z3,Prvi uporabi binarno predstavitev in aritmetiko s plavajočo vejicoZ3 – 1941: prvi programljiv računalnik za splošne namene
Uvod–Uvod–obdobje elektromehanikeobdobje elektromehanike
Z3:~ 2600 telefonskih relejev
Ni obvladal programskih “skokov”
Trak (ukazi)
Tipkovnica (podatki)
CPE Pomnilnik(64 x 22)
Ukazi
Podatki Žarniceprikaz
“Program”
Uvod–Uvod–obdobje elektromehanikeobdobje elektromehanike
Howard Aiken (1900 – 1973) na HarvarduMARK I, 1939-43: podpora IBM (Thomas Watson)
15 m dolg, 2 m visok in širok, desetiški sistem, ni poznal pogojnih skokov, v uporabi do 1959
Trak(ukazi)
Kartice(podatki)
MARK I Pomnilnik(72 x 23)
Podatki
Ukazi
“Program”TiskalnikLuknjalnik
Uvod – Uvod – obdobje elektronikeobdobje elektronike
ENIAC 1946: John Mauchly, Presper Eckert, John von Neumann - svetovalec, Moore School of EE, Penn
Prvi elektronski računalnik za splošne namene, 18000 elektronk, 200 kW, 300 t, 5000 +-/s, 6000 stikal za programiranje.Prvič se uporabi izraz programiranje.
StikalaPovezave
Kartice(podatki)
CPE Pomnilnik(20 x 10)
Podatki
Ukazi
ProgramTiskalnikLuknjalnik
Uvod – Uvod – obdobje elektronikeobdobje elektronike
EDVAC 1951, John von Neumann, Princeton University
računalnik s shranjenim programom
1024 x 16 bitnih besedni imel programskega števcani imel programsko dostopnih registrovdostop do ukazov in podatkov je hitermožnost krmiljenja programa (skoki)enotno obravnavanje programov in podatkov
EDSAC 1949, Maurice Wilkes
Uvod – Uvod – obdobje elektronikeobdobje elektronike
IAS računalnik 1952, John von NeumannInstitute for Advanced Study, Princeton University
4096 x 40 bitnih besedena beseda – dva ukazaprvič je uporabljen programski števecprocesna enota več hitrih registrov, od tegadva programsko dostopna registra
EDVAC, EDSAC, IAS: predhodniki vseh današnjihračunalnikov za splošne namene
Uvod–Uvod–von Neumannov računalnikvon Neumannov računalnik
Računalniki zgrajeni po zamisli von NeumannaCPE: centralna procesna enota, procesor
Kontrolna enota (KE)Aritmetično logična enota (ALE)Registri
Pomnilnik: za ukaze in podatke (operande)V/I enoteSistem povezav oziroma vodil
V/I CPE Pom.
UvodUvod-von Neumannov računalnik-von Neumannov računalnik Danes je izraz von Neumannov tip računalnika (von
Neumannova arhitektura) sinonim za sekvenčni računalnik (SISD):
delovanje vodi (popolnoma določa) program zaporedno izvajanje ukazov (ali pa je vsaj videti
tako) glavni pomnilnik vsebuje ukaze in podatke obstaja ena pot med CPE in pomnilnikom (ali pa
je vsaj videti tako)
SISD: Single Instruction Single Data stream
UvodUvod–sekvenčni/vzporedni rač.–sekvenčni/vzporedni rač. SISD: Single Instruction Single Data stream SIMD: Single Instruction Multiple Data stream MISD: Multiple instruction Single Data stream MIMD: Multiple Instruction Multiple Data stream
P
MD
IP
MDP
MD
P
MD
...
...
I
P
MDP
MD
P
MD
...
...
I I I
P P
M
DP...
I I I
SISD SIMD MISD MIMD
Sekvenčniračunalnik Vzporedni računalniki
Ukazi
UvodUvod-Harvardski/Princetonski-Harvardski/Princetonski Harvardski tip računalnika (Harvardska arhitektura)
Princetonski tip računalnika (Princetonska arhitektura)
CPEPodatki
Ločena pomnilnika za ukaze inpodatke
CPEUkaziinpodatki
Skupen pomnilnik za ukaze inpodatke
UvodUvod-Harvardski/Princetonski-Harvardski/Princetonski Današnji harvardski računalnik največkrat nima ločenega
pomnilnika, ločene so samo prenosne poti (vodila)
Zmogljivejši računalniki (procesorji) so “navznoter” harvardski, “navzven” pa princetonski
CPEUkaziinpodatki
U
P
U – ukaziP - podatki
CPEUkaziinpodatki
U
P
U – ukaziP - podatki
Uvod Uvod - skupno/ločeno vodilo- skupno/ločeno vodilo Računalnik z ločenim V/I vodilom
Računalniki s skupnim vodilom
V/I CPE Pom.
V/I CPE Pom.
UvodUvod-Skupno/ločeno vodilo-Skupno/ločeno vodilo Pomnilniško preslikan V/I: CPE obravnava V/I
enote enako kot pomnilnik
Ločen V/I: skupne prenosne poti (naslovno, podatkovno vodilo), ločeni kontrolni signali (beri/piši)
V/I CPE Pom.
V/I CPE Pom.
Uvod Uvod - arhitektura- arhitektura Arhitektura računalnikov:
zgradba in delovanje računalnika, neodvisno od njegove izvedbeEnostavno rečeno: izgled računalnika, kot ga vidi programer v zbrinem jeziku: programski model procesorja, ukazi, načini naslavljanja, sistem prekinitev, V/I prenosi, ...
Organizacija računalnikov: komponente in sestavi, s katerimi je ralizirana arhitektura
Izraz organizacija se opušča. Danes se pretežno uporablja izraz arhitektura sestavnih delov, na primer: arhitektura mikroprocesorjev, arhitektura mikrokrmilnikov, pomnilnikov, ipd.
Uvod Uvod – tehnološki razvoj– tehnološki razvojDve smeri tehnološkega razvoja zadnjih 50 let
Snovanje vse zmogljivejših arhitektur Večanje hitrosti procesorja Večanje velikosti pomnilnika Večanje pretočnosti računalnika
Večanje stopnje integriranosti Združitev procesorja in različnih tipov pomnilnika Dodajanje različnih V/I vmesnikov in V/I krmilnikov CPE + pomnilnik + V/I = mikrokrmilnik Mikrokrmilnik -> vgradni (vgrajeni) sistemi
Računalnik v napravi, ki ni videti tako
Uvod Uvod - mikroprocesor- mikroprocesorPojav mikroprocesorja
1971: Marcian E. (Ted) Hoff, Intel, 4004: 4-bitni mikroprocesor - Microcontroller on a chip
1973: Masatoshi Šima, Intel 8080, 8-bitni mikroprocesor, prvi v Intelovi 8-bitni družini in predhodnik (skoraj) vseh Intelovih večbitnih družin
1974: Motorola MC6800, 8-bitni mikroprocesor, prvi v Motorolini 8-bitni družini in predhodnik (skoraj) vseh Motorolinih večbitnih družin
1976: Intel 8048, prvi mikrokrmilnik 1981: osebni računalnik
Uvod Uvod - povzetek- povzetek
Arhitektura računalnikov Von Neumannova tip računalnika (arhitektura) Princetonski tip računalnika Harvardski tip računalnika Mikrokrmilnik Vgradni (vgrajeni) sistemi
top related