微处理器系统结构与嵌入式系统设计

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1、自动化工程学院杨峰Email:fyang@uestc.edu.cnMobile:133081762622021/6/271/53微处理器系统结构与嵌入式系统设计第一章概述计算机的应用形式通用计算机与嵌入计算机普适计算与泛在通信半导体技术与计算机的发展机械式计算机、电子式计算机SoC、NoC嵌入式(计算机)系统概念、特点、组成、发展趋势课程体系介绍2021/6/272/53计算机是什么？2021/6/273/53计算机的分类后PC时代：通用计算机、嵌入式计算机2021/6/274/53嵌入式(计算机)系统嵌入式系统是一门交叉学科，涉及计算机、

2、微电子、网络、通信、信号处理、传感器等诸多领域。随着现代微电子技术、微机电系统MEMS、片上系统SoC、纳米材料、无线通信技术、信号处理技术、计算机网络技术等的进步以及互联网的迅猛发展，嵌入式系统向集成化、微型化，智能化、网络化方向发展。2021/6/275/53CPU>90%<10%普适计算(无所不在的计算机)2021/6/276/53泛在通信(无所不在的通信)2021/6/277/53物联网技术2021/6/278/53物联网技术2021/6/279/53IT行业的四大定律Moore定律微处理器内晶体管集成度每18个月翻一番Bell定律

3、如果保持计算能力不变，微处理器的价格每18个月减少一半；每10年会有一类新的计算设备诞生：巨型机、小型机、工作站、PC到PDA的演变、新一代计算设备……Gilder定律未来25年（1996年预言）里，主干网的带宽将每6个月增加一倍；Metcalfe定律网络价值同网络用户数的平方成正比；2021/6/2710/53计算机技术的发展微电子技术计算机技术通信技术2021/6/2711/53节能Powersavings数字生活Digitallife泛在传感器网络UbiquitousSensorNetworks(USN)高性能视频会议High-Per

4、formanceVideoConferencing数字安全Sybersecurity下一代网络及功效Next-GenerationNetworksandEnergyEfficiency远距离协作工具RemoteCollaborationTools智能传送网IntelligentTransportSystems(ITS)……ITU-T近年关注的热门话题信息的生成、获取、存储、传输、处理及其应用是现代信息科学的六大组成部分。2021/6/2712/53机械式计算机的发展2021/6/2713/53机械式计算机的发展2021/6/2714/53电

5、子技术和半导体技术的诞生电子管(vacuumtube)时代晶体管(transistor)时代第一个晶体管的诞生2021/6/2715/53第一代电子管计算机ENIAC2021/6/2716/53第一台存储程序计算机EDSAC2021/6/2717/53从分立到集成第一块IC诞生之后，基尔比在IRE(美国无线电工程师学会)的一次会议上宣布了“固体电路”(Solidcircuit)的出现，这就是以后的“集成电路”的代名词。2021/6/2718/53集成度迅猛发展2021/6/2719/53GordonMoore：Intel的创始人之一IC技术

6、：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->……IntelCorei7四核处理器2021/6/2721/53系统级芯片(SOC)技术系统知识(硬件与软件)电路设计知识(DAC、ADC等)制造工艺知识(90nm,65nm,45nm)晶圆工艺知识(30

7、0mm晶圆)A/DA/D数字射频处理器数字滤波与控制混合信号处理器数字基带混合信号处理器软硬件协同设计设计及验证技术IP核生成和复用技术超深亚微米工艺及纳米IC设计技术2021/6/2722/53片上网络(NOC)技术P处理器M存储器C缓存rni网络接口S交换开关Dsp核re可重构逻辑L专用逻辑2021/6/2723/53计算机发展的主要阶段第零代（1642~1945年）机械计算器和继电器计算器第一代（1946～1955年）电子管计算机以电子管为逻辑部件，以阴极射线管、磁芯和磁鼓等为存储手段。软件采用机器语言，后期采用汇编语言。第二代（19

8、55～1965年）晶体管计算机以晶体管为逻辑部件，内存用磁芯，外存用磁盘。软件广泛采用高级语言，并出现了早期的操作系统。第三代（1965～1980年）集成电路计算机以中小规模集成