嵌入式系统硬件体系结构-第二章

嵌入式系统的硬件 及操作系统基础陆月明,北京邮电大学

提纲1. 2. 3. 4. 5.硬件体系结构 处理器 存储器 输入输出 集成电路开发工具

硬件体系结构的功能部件外部RAM 处理器 外部ROM总线 复位电路 晶体 外部设备 控制锁存器 应用专用 控制电路 芯片选择 三态缓冲器ADC/DACLCD显示器LED指示器通信接口

ARM9实验板介绍串口 CPU和RAM 芯片 液晶屏 并口小键盘FLASH卡以太网络口USB口

提纲1. 2. 3. 4. 5.硬件体系结构 处理器 存储器 输入输出 集成电路开发工具

微处理器微处理器： 具有中央处理器功能的大规 模集成电路器件，被称为 “微处理器” 。1.厂商:① ARM, Atmel, Intel, Motorola, National Semiconductors4.能完成的工作:① ALU(Arithmetic/Logic Unit)能够处理加、减、 乘、除，以及浮点运算。 能够将数据从一个储存单 元移到另一个储存单元。 能作判断，并能跳转指令。2. 3.具有更高的时钟频率和字长; 高端应用:① ② 手持电脑; 网络设备;② ③

应用于嵌入式系统的处理器1. 应用于嵌入式系统的处理器的类型：① ② 微处理器:（MPU）通常代表一个功能强大的CPU,但不是为任 何已有的特定计算目的而设计的芯片. 微控制器: 早期的微控制器是将一个计算机集成到一个芯片中, 实现嵌入式应用,故称单片机(single chip microcomputer)。随后, 为了更好地满足控制领域的嵌入式应用,单片机中不断扩展一些 满足控制要求的电路单元。目前,单片机已广泛称作微控制器 （MCU）。 DSP: (Digital Signal Processor )数字信号处理器.是一种具有特 殊结构的微处理器。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的结 构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊 的DSP 指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。③

处理器的性能1. 处理器的性能包括速度和精度，处理器的速度由 处理器的时钟频率决定，处理器的精度和寻址能 力由处理器的字长决定。 2. 时钟频率：400MHz， 精度：16位处理器时 钟 频 率 数 据 字 长时钟频率越快, 处理器速度越快.数据字长8位,16位,32位 字长越大处理精度越高 寻址范围越大

处理器(Processor)指令集1.2.CISC: 与RISC相对的是复杂指令集计算（CISC,Complex Instruction Set Computer）,如Intel X86。 RISC: RISC（reduced instruction set computer，精简指 令集计算机）是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，这 样一来，它能够以更快的速度执行操作（每秒执行百万条指令， 即MIPS）。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体 管和电路元件，计算机指令集越大就会使微处理器更复杂，执 行操作也会更慢. 纽约约克镇IBM研究中心的John Cocke证明， 计算机中约20%的指令承担了80%的工作，于1974年，他提 出RISC的概念。第一台得益于这个发现的电脑是1980年IBM 的PC/XT。再后来，IBM的RISC System/6000也使用了这个 思想。RISC这个词还属于伯克利加利福尼亚大学的一个教师 David Patterson承担的RISC项目。RISC这个概念还被用在 Sun公司的SPARC微处理器中，许多当前的微芯片现在都使 用RISC概念。

处理器一览处理器 ARM Intel Pentium PowerPC SPARC PA-RISC Alpha MIPS 研制和生产厂 Intel等 Intel IBM, Apple, Motorola SUN, TI HP CompaQ MIPS

微控制器微控制器（也称单片机）： 把所有常用的资源，如存储器、模数 转换器、通用输入输出口、定时器等， 与CPU集成在一个芯片上，具有体积小、 功耗低、使用方便的特点，广泛应用 于各种嵌入式系统中。1. 2.厂商:① ② ① ② ③ ④ ⑤ Intel 公司的805X; Motorola的68HCxx CPU; 中断控制器; 定时器/记数器; 存储器; 外部设备;3. 应用:① ② ③ ④ 电动玩具; 智能卡； 网卡； ADSL Modem微控制器的组成:

数字信号处理器（DSP）1. 是特别为处理信号设计的 处理器，而不是为处理数 据设计的； 数字信号处理器处理“滤 波”、“信号转换”等操 作，能轻松执行傅立叶转 换等复杂操作； 1. 3. 当应用包含任何类型的信 号处理-如音频和视频编 码中，DSP要比通用处理 器具有优势。 应用① ② 声卡； 视屏卡。2.

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存储器1. 寄存器； 2. 内部存储器； 3. 外部存储设备；

存储器物理位置寄存器-处理器 总 线内存-ROM-RAM I/O 口 外部存储设备-硬盘

存储器中数据的移动数据 寄存器数据 I/O 口数据 数据 内存 外部存储