Moment 2 Digital elektronik. Föreläsning Inbyggda system, introduktion



Relevanta dokument
Intel Pentium. Intel khz. 32 million 2600MHz. Copyright 2005 Benny Thörnberg, Mattias O Nils

Målsättning med kursen

Datorsystem 2 CPU. Förra gången: Datorns historia Denna gång: Byggstenar i en dators arkitektur. Visning av Akka (för de som är intresserade)

Grundläggande datavetenskap, 4p

Datorarkitektur. Informationsteknologi sommarkurs 5p, Agenda. Slideset 3

F2: Motorola Arkitektur. Assembler vs. Maskinkod Exekvering av instruktioner i Instruktionsformat MOVE instruktionen

Datorhistorik. Föreläsning 3 Datorns hårdvara EDSAC. Eniac. I think there is a world market for maybe five computers. Thomas Watson, IBM, 1943

Datorteknik. Den digitala automaten. En dator måste kunna räkna! Register och bussanslutning

0.1. INTRODUKTION Instruktionens opcode decodas till en språknivå som är förstålig för ALUn.

SVAR TILL TENTAMEN I DATORSYSTEM, VT2013

Vad är en dator? Introduktion till datorer och nätverk. Pontus Haglund Institutionen för datavetenskap (IDA) 21 augusti 2018

Övning1 Datorteknik, HH vt12 - Talsystem, logik, minne, instruktioner, assembler

Datormodell. Datorns uppgifter -Utföra program (instruktioner) Göra beräkningar på data Flytta data Interagera med omvärlden

Datorsystemteknik DAV A14 Föreläsning 1

Datorarkitekturer med operativsystem ERIK LARSSON

Närliggande allokering Datorteknik

Datorteknik. Den digitala automaten. En dator måste kunna räkna! Register och bussanslutning

Läsminne Read Only Memory ROM

MIKRODATORTEKNIK 2012 INNEHÅLLSFÖRTECKNING

Lunds Tekniska Högskola Datorarkitektur med operativsystem EITF60. Superscalar vs VLIW. Cornelia Kloth IDA2. Inlämningsdatum:

Datorteknik. Tomas Nordström. Föreläsning 2. För utveckling av verksamhet, produkter och livskvalitet.

Elektroteknik MF1016 föreläsning 9 MF1017 föreläsning 7 Mikrodatorteknik

System S. Datorarkitektur - en inledning. Organisation av datorsystem: olika abstraktionsnivåer. den mest abstrakta synen på systemet

HF0010. Introduktionskurs i datateknik 1,5 hp

Minnessystem. Minneshierarki. Flyktigt eller icke flyktigt huvudsakliga egenskaper. Minneshierarki

Parallellism i CDC 7600, pipelinens ursprung

Datorsystemteknik DAV A14 Föreläsning 1

Det finns en hemsida. Adressen är

Jacquards vävstol, 1801

Datorteknik. Föreläsning 7 Historia och framtid. Institutionen för elektro- och informationsteknologi, LTH

Datorsystemteknik DVGA03 Föreläsning 8

IT-GUIDE Version 1.0 Författare: Juha Söderqvist

Digitala System: Datorteknik ERIK LARSSON

Pipelining i Intel Pentium II

Digitala System: Datorteknik ERIK LARSSON

Pipelining i RISC-processorn. Joakim Lindström Institutionen för informationsbehandling Åbo Akademi E-post: jolindst@abo.fi

TSEA28 Datorteknik Y (och U)

Digitalteknik EIT020. Lecture 15: Design av digitala kretsar

En Von Neumann-arkitektur ( Von Neumann-principen i föreläsning 1) innebär:

Mer datorarkitektur. En titt I datorn Minnen

Digital- och datorteknik

Digital- och datorteknik

Datorarkitekturer med operativsystem ERIK LARSSON

TENTAMEN Datorteknik (DO2005) D1/E1/Mek1/Ö1

Random Access Memory. Amare Reda Jenny Holmberg Henrik Kreipke Gaylord Kaya

IBM POWER4, den första flerkärniga processorn och dess pipelines.

Övning1 Datorteknik, HH vt12 - Talsystem, logik, minne, instruktioner, assembler

F9: Minne. Sammansättning av minnesgrupper Ansluta minne till Interface till olika typer av minnen Användningsområden.

Minnet. Minne. Minns Man Minnet? Aktivera Kursens mål: LV3 Fo7. RAM-minnen: ROM PROM FLASH RWM. Primärminnen Sekundärminne Blockminne. Ext 15.

Mikroprogrammering I

Datorteknik ERIK LARSSON

Datorteknik. Föreläsning 6. Processorns uppbyggnad, pipelining. Institutionen för elektro- och informationsteknologi, LTH. Mål

IT för personligt arbete F5

Datorteknik ERIK LARSSON

LV6 LV7. Aktivera Kursens mål:

Datorsystem. Exempeltentamen

Tentamen den 18 mars svar Datorteknik, EIT070

F7: I/O hantering. Asynkron och synkron busscykel Bussfördelning. Periferikretsar

Datorteknik ERIK LARSSON

TSEA28 Datorteknik Y (och U)

Tentamen den 14 januari 2015 Datorarkitekturer med operativsystem, EDT621, 7,5 poäng

Digital- och datorteknik

Minneselement,. Styrteknik grundkurs. Digitala kursmoment. SR-latch med logiska grindar. Funktionstabell för SR-latchen R S Q Q ?

Hur det går att minska effektutvecklingen i en processor genom att ändra pipeline

4. Pipelining. 4. Pipelining

F9: Minne. Minneskonfiguration. Sammansättning av minnesgrupper Ansluta minne till Interface till olika typer av minnen Användningsområden

INGENJÖRSHÖGSKOLAN INGENJÖRSHÖGSKOLAN

Minnen delas in i två huvudgrupper, permanenta och icke permanenta. Non-volatile and volatile.

Exempeltentamen Datorteknik, EIT070,

Pipelining i Intel 80486

Föreläsningsanteckningar till Konstruktionsmetoder

Arm Cortex-A8 Pipeline

Fetch-Execute. Datorteknik. Pipelining. Pipeline diagram (vid en viss tidpunkt)

Program kan beskrivas på olika abstrak3onsnivåer. Högnivåprogram: läsbart (för människor), hög abstrak3onsnivå, enkelt a> porta (fly>a 3ll en annan ar

CDC en jämförelse mellan superskalära processorer. EDT621 Campus Helsingborg av: Marcus Karlsson IDA

Tentamen den 14 januari 2016 Datorarkitektur med operativsystem, EDT621

Processor pipelining genom historien (Intel i9-intel i7)

ALU:n ska anslutas hur då?

In- och Utenheter. Fö 3: In/Ut matning och kopplingsstruktur. Några exempel. Egenskaper. In- och Utenheter. Styrning.

Tentamen PC-teknik 5 p Lösningar och kommentarer

Vad bör göras? Steg 1. RISC => pipelining. Parallellism. Pipelining. Nya LDA 13. RISC(reduced instruction set computer) Öka klockfrekvensen

Minnen. Informationsteknologi sommarkurs 5p, Agenda. Slideset 4

Föreläsning 2. Operativsystem och programmering

Minnets komponenter. Digitala System: Datorteknik. Programexekvering. Programexekvering. Enhet för utdata. Enhet för indata CPU.

Spekulativ exekvering i CPU pipelining

Design av digitala kretsar

Program Datorteknik. Kontrollenhet. Exekvering av en instruktion. Abstraktionsnivå: Högnivåspråk. Assemblyspråk. Maskinspråk.

Datorteknik ERIK LARSSON

DEC Alpha instruktions Arkitektur

Hantering av hazards i pipelines

Datorarkitektur. Fö 9: Datorarkitektur. Datororganisation. Typiska Arkitekturattribut. Introduktion till datorarkitektur.

Institutionen för elektro- och informationsteknologi, LTH

Innehåll. Datorteknik. Abstraktionsnivå 1. Spelkonsol - blockschema. Spelkonsol abstraktionsnivå 2. Abstraktionsnivå 2

Program som ska exekveras ligger i primärminnet. Processorn hämtar instruk7on för instruk7on. Varje instruk7on, som är e= antal 1:or och 0:or, tolkas

Svar till tentamen den 16 december 2013 Datorarkitekturer med operativsystem, EDT621, 7,5 poäng

MESI i Intel Core 2 Duo

Tentamen PC-teknik 5 p

Datorarkitekturer med operativsystem ERIK LARSSON

Tentamen den 12 januari 2017 Datorarkitektur med operativsystem, EDT621

LUNDS UNIVERSITET. Parallell exekvering av Float32 och INT32 operationer

Transkript:

Moment 2 Digital elektronik Föreläsning Inbyggda system, introduktion Jan Thim 1 Inbyggda system, introduktion Innehåll: Historia Introduktion Arkitekturer Mikrokontrollerns delar 2 1

Varför lär vi oss detta? 3 Historia - 1:a generationen Elektronrörsdatorer 1906 uppfinner Lee de Forest elektronröret 1943, Colossus (Turing) Engelska försvaret 1945 ENIAC Specialiserad maskin inriktat Electronic Numerical Integrator and Calculator mot att knäcka koder Mindre och snabbare än ENIAC Vägde 30 ton!!! 1951, EDVAC 30m2, 18000 elektronrör (Electronic Descreate Variable fclk = 100kHz Automatic Computer) Minnet bestod av 20 st 10- siffriga tal Baserad på von Neumanns arkitektur Varje tal representerades av Kort Hålkortstryckare 10st vippor läsare Datavägar * / FT a1 a2... a20 ENIACs arkitektur Styrenhet Instruktionsvägar 4 2

Historia - 2:a generationen Transistordatorer 1948 uppfinner Shockley transistorn 2:a generationen Transistorer Sekundär minnen Magnetiska trummor Flyttalsenheter Högnivå språk FORTRAN (FORmula TRANslation, 1954) COBOL (Common Business Oriented Language, 1959) Tex IBM 7090, IBM 7094 400 sålda 5 Historia - 3:e generationen Integrerade kretsar 3:e generationen Integrerade kretsar Mikroprogrammering IBM 360, 1965 Sex olika, men alla var binärkodskompatibla men skillnad i prestanda. Första superdatorn 1964 CDC (Thornton, Cray) 6 3

Historia - 4:e generationen Mikroprocessorer Aka, VLSI generationen Första mikroprocessorn, 1971 Intel 4004 2300 P-MOS transistorer 4-bitar Utvecklades för att användas i en miniräknare Efterföljdes av i8008(72) och senare i8080(73) Efterföljare till Intel Motorola 6800, Zilog Z80, Intel 8085 Senare mer komplexa mikroprocessorer i80286, Motorola 68000 Samma koncept, men större (fler bitar och snabbare) 7 Historia - 5:e generationen Superskalära processorer Pipeline, cache, parallella Intel Pentium 2 exekveringsenheter för heltal 1 flyttalsenhet Cache: L1: 16 kbyte 1.8 M transistorer Alpha 21384 4 exekveringsenheter för heltal 2 exekveringsenhet för flyttal Cache: L1: 128k, L2: 1.5M 100 M transistorer 8 4

von Neumann arkitekturen Systembuss Primärminne CPU Bussenhet ALU ar ir pr Exekveringsenhet Styrenhet I/O System IO-kanaler I/O System IO-kanaler ar = ackumulator register ir = instruktions register pr = program räknare 9 Exekvering av von Neumann datorn Utför: Y=a+b (ADD Y, a, b) Adressbuss sätts till pr, ir laddas med värde från databussen Avkoda instruktionen Ladda ar med a Addera ar med b Lagra ar i Y Sekvensen kallas mikroprogram 10 5

von Neumann maskinen, forts. von Neumann arkitekturen har bara en minnesarea (en systembuss) kod exekveras sekventiellt Instruktion i von Neumann arkitekturen utförs enligt följande läs operationsord, avkoda, läs operand, utför op., skriv resultat Enkel arkitektur för datorkonstruktörer, programmerare, kompilatorkonstruktörer Ineffektiv, bara 20% av exekveringstiden används för verklig exekvering (ALU operationer) Mest använda mikroprocessorarkitekturen (dock modifierad) Vad kan göras för att effektivisera denna arkitektur? Prefetch, cache, pipelining, branch prediction, DMA CPU Minne I/O Systembuss 11 Harvard arkitekturen Två bussar En för instruktioner En för data Dvs: Data och instruktioner kan laddas samtidigt, vilket ökar effektiviteten. Används internt i moderna mikroprocessorer Dataminne Programminne CPU Program-systembuss I/O Data-systembuss t 12 6

Jämförelse av olika arkitekturer von Neumann arkitektur Harvard arkitektur Utökad Harvard arkitektur (två dataminnen) Utökad Harvard arkitektur (dubbelportade dataminnen) 13 Datorsystemets olika delar Vad innehåller ett datorsystem Processor (CPU, Central Processing Minne Unit) RAM Minne CPU Periferienheter, I/O ROM Systembuss, för att kommunicera med I/O-enhet yttre enheter Har vi ett chip som innehåller allt detta kallas detta ofta för en Micro Controller Omvärden/ Användare 14 7

Mikroprocessorn Datorns hjärna En mikroprocessor klassificeras i termer av Klockfrekvens (1 MHz - 2000 MHz) Antal bitar som processorn kan bearbeta (8,16,32,64-bit) Dataräckvidd (Adresseringsområde) (64k - 4G) MIPS (Mega Instructions per Second) Benchmarkprestanda (SpecINT, SpecFP) Utför en serie instruktioner, dvs ett program. Instruktionerna finns lagrade i ett minne Matematiska operationer Logiska operationer Kontrollinstruktioner 15 Processorn 16 8

Två typer av processorer CISC (Complex Instruction Set Computer) Många instruktioner för att underlätta för assembler-programmeraren och kompilator konstruktören Nackdelen är att kompilatorn använder ett fåtal instruktioner och konstruktionen av en komplex processor blir långsam Det krävs mycket information för att beskriva en instruktion T.ex.. MC68040 med 200 instruktioner och 18 adresseringsmoder Assembler: Olika snabba instruktioner RISC (Reduced Instruction Set Computer) Enklare instruktioner (som används av kompilatorn) Ger snabbare implementering Endast ett kodord för att beskriva en instruktion T.ex.. Alpha, ARM, och MIPS processorn Assembler: Alla instruktioner tar 1 klockcykel 17 Processorns systembus Databuss Kommunikationskanal för att flytta data till och från CPU och yttre enheter Adressbuss Används för att peka ut vilka viken minnesposition/io-port som ska läsas eller skrivas 1000 0000 1000 1010 1001 1010 Styrsignaler Används för att signalera när en dataöverföring startar och slutar. Signalerar om det är en läs eller en skrivoperation 18 9

Minne 19 Minnestyper RAM Statiskt (SRAM, Static Random Access Memory) Lagrad data finns kvar tills spänningen försvinner Dynamiskt (DRAM, Dynamic Random Access Memory) Lagrad data försvinner efter ett tag, man måste påminna minnet med jämna mellanrum. ROM(Read Only Memory) Data lagras en gång, och finns kvar till domedagen. Många typer av ROM ROM PROM EPROM EEPROM Ickeflyktiga kti (non-volotile) Relativt snabba minnen som håller lagrad data även efter spänningen försvinner. Flash MRAM 20 10

I/O - kretsar Kommunikation kretsar RS 232, Ethernet, CAN, etc. AD/DA omvandlare ADC, Omvandlar analoga signaler till digitala signaler. DAC, Omvandlar digitala signaler till analoga signaler. I/O enheter Tangentbord/Reglage Display/Monitor/Instrument it /I t t Sensorer 21 10 5 The memory wall 10 4 Performance 10 3 10 2 CPU 10 1 Memory 10 0 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Year 22 11

Framtiden? 23 SLUT på föreläsningen 24 12