移动设备系统开发与设计原理教学全套课件移动设备系统开发与设计原理-2.ppt

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1、1移动设备系统开发与设计原理第二章预备知识本章学习目标了解和掌握嵌入式系统基础概念了解各种类型嵌入式系统的应用2.1基础概念移动设备系统继承自嵌入式系统总类回顾学习有关嵌入式系统的一些重要概念和基础知识2.1.1冯诺依曼体系结构与哈佛体系结构现代通用计算机系统及嵌入式计算机系统都是构建于一个或多个中央处理芯片基础之上这些微处理器/微控制器的体系结构成为计算机系统的核心结构基础微处理器/微控制器的构造通常都可归属于两种截然不同的体系结构之一冯·诺依曼体系结构哈佛体系结构这两种体系结构产生于计算机科学技术发展早

2、期阶段，多年来也得以进化发展。2.1.1冯诺依曼体系结构与哈佛体系结构冯·诺依曼体系结构两个严重的缺陷：（1）采用十进制运算而间接导致逻辑元件多，结构复杂，可靠性低；（2）没有内部存储器，运算操纵指令分散化地通过大量电路部件的连接实现，ENIAC2.1.1冯诺依曼体系结构与哈佛体系结构冯·诺依曼体系结构“存储程序通用电子计算机方案”“FirstDraftofaReportontheEDVAC”1945年发表：提出了存储程序逻辑架构，即把程序本身当作数据来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式存储。(1)能

3、够把需要的程序和数据输入至计算机中；(2)必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果能力；(3)能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力；(4)能够按照要求将处理结果输出给用户；(5)程序和数据统一存储并在程序控制下自动工作。根据上述功能要求,完整冯诺伊曼体系结构计算机应具备五个部分：(1)必须有存储器,以记忆程序和数据；(2)必须有控制器,以控制程序的执行；(3)必须有运算器,具有算术运算和逻辑运算能力,以完成数据加工处理；(4)必须有输入设备，以输入数据和程序；(5)必须有输出设

4、备，以输出处理结果。2.1.1冯诺依曼体系结构与哈佛体系结构冯·诺依曼体系结构世界上第一部遵循冯诺依曼结构的全电子式存储程序计算机是英国曼彻斯特大学的SSEM(Small-ScaleExperimentalMachine，小规模实验机器)，于1948年首次成功启动并正确运行了所存储的程序。冯诺依曼的EDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer，离散变量自动电子计算机)，一部真正的、二进制的冯诺伊曼体系结构电子计算机于1949年建成，1951年服役。2.1

5、.1冯诺依曼体系结构与哈佛体系结构哈佛体系结构9霍华德艾肯2.1.1冯诺依曼体系结构与哈佛体系结构哈佛体系结构1944,霍华德•艾肯,ASCC(AutomaticSequenceControlledCalculator，自动循序控制计算机)程序存储器与数据存储器分开分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存，以便实现并行处理提供了较大的数存储器带宽具有一条独立的地址总线和一条独立的数据总线适合于数字信号处理强调总的系统速度以及通讯和处理器配置方面的灵活性大多数DSP、现在的ARM等中高级嵌入式处

6、理器都是哈佛结构2.1.2CISC与RISCCISC(ComplexInstructionSetComputer,复杂指令集计算机)为了便于编写高效的程序，计算机架构专家们尝试通过设计更高级、更复杂的指令集来实现单一指令的强大化有利于简化编译器的结构早期技术条件下缺乏大容量内存,每一字节都很宝贵微处理器设计师针对这种内存受限情况,尽可能使每条指令做更多的工作,于是倾向于采用具有较高信息密度的高度编码的指令早期的观念是硬件比软件的编译器更容易设计，而指令集的构建工作主要是基于硬件的，于是希望通过在硬件端构建更

7、复杂的指令集来简化软件端的处理。CISC的显著特点是指令数目多而复杂，指令字长不相等CISC通常包括一个复杂的数据通路和一个微程序控制器2.1.2CISC与RISCRISC(ReducedInstructionSetComputer,精简指令集计算机)尽量简化计算机指令功能,只保留功能简单的单周期指令，而把较复杂的功能改用一段子程序来实现，从而通过减少指令的平均执行周期来提高计算机的工作主频1980年，美国加州大学伯克利分校大卫·帕特森将这种设计思想命名为RISCRISC指令简单、处理能力强、速度快规避CI

8、SC弊病的同时不可避免地牺牲CISC的一些优点追求功能强大、多样化,而不甚在意功耗的中低档桌面应用领域通常选择基于CISC技术的处理核心追求高性能、低功耗的各类中高档专用服务器、工作站则纷纷选择基于具有较强领域针对性的RISC技术的非x86阵营高性能CPURISC与CISC技术始终在竞争中持续发展着2.1.3SoC与IP核SoC(SystemonaChip，片上系统或系统级芯片)在集成电路向集成系统转变的大方向下