2019 浙江大学嵌入式课件嵌入式系统.ppt

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1、微处理器结构与实现技术简介浙江大学计算机学院陈天洲tzchenzju.edu2019年3月微处理器的系统结构设计微处理器的执行机制设计微处理器流水线结构设计微处理器逻辑设计与实现处理器逻辑综合(Synopsys)处理器物理综合(Candence)处理器的验证与测试2今天计算机体系结构的研究内容进一步提高单个微处理器的性能基于微处理器的多处理器体系结构。全面提高计算机的系统性能：可用性，可维护性，可缩放性。新型器件的处理器。3进一步提高单个微处理器的性能器件技术（2019年的IC技术）200Mtransistors,

2、0.1featuresize/onechip;2.0-3.5GHz,Pentium1GHz;0.9-1.2V(工作电压）高性能体系结构EmbeddedComputerSystemReconfigurablecomputerArchitecturePower-awarecomputerArchitecture4高性能处理器所采用的一些技术on-chipmultilevelcache及pre-fetchbuffer硬件实现进程的上下文切换大规模的片上分布式DRAM深度流水线8-1220级以上AdvancedSuper

3、-scalar：16-32指令/clockcycleSuper-speculativeProcessor：fine-grainheavyspeculationTraceProcessorVectorIntelligentRAMProcssor,V-IRAMon-chipmultiprocessorInstruction-levelDistributedProcessing(ILDP)ClusteredDependence-basedArchitecture5新型器件的处理器光速极限问题IC电路有极限：线宽不能无限缩

4、小；性能价格+低功耗新型器件光计算机分子计算机DNA计算机：利用DNA保存复杂信息的巨大存储能力。用核苷酸的排列表示各种信息，生物酶充当加减乘除操作，通过化学反应得出计算结果。678instructionsetsoftwarehardware910指令集体系结构的设计内容数据格式：硬件能直接识别和处理的数据类型和格式等寻址方式：寻址方式的种类、表示方法和地址计算等寄存器组织：操作数寄存器、变址寄存器、控制寄存器、及专用寄存器等的定义、数量和使用方法。指令系统：指令的选取。指令的操作数类型和格式。指令操作码优化和控制

5、机构等。存贮器系统：最大可编址空间、最小编址单位、编址方式和主存容量等。中断机构：中断的类型、中断分级、中断处理功能和中断入口地址等。机器级的Ｉ／Ｏ结构：Ｉ／Ｏ的联接方式、设备访问方式、数据的源、目的和吞吐量等。其它还包括：操作结束和出错指示。机器工作状态的定义和切换。信息保护保护方式等。11指令系统结构评价的常规方法12测试程序的选择（1）实际程序用户用来解决问题的实际工作程序，即实际的工作负载，尽管不知道在工作负载中所占的比例.一般选择被用户广泛使用的、具有一定代表性的实际程序。如C编译器,文本编辑器等,有输入

6、,输出,参数核心基准测试程序(kernelbenchmark)从实际程序中抽出来的能代表整个程序运行的主要工作的核心代码段，适于独立评价某一方面的性能抽取条件：这一段代码必须决定整个程序的执行时间如LivemoreLoops(浮点循环),Linpack等13测试程序的选择（2）简单基准测试程序(toybenchmark)事先知道结果的小程序(10~100行)如快速排序,八皇后问题等综合基准程序(syntheticbenchmark)和核心基准程序有点类似，但它不是从单个实际程序中提取，而是通过对大量的实际程序的执行

7、情况进行统计，根据各类操作和操作数的使用频率，人为设计出来的一段小规模测试程序。如Whetstone,Dhrystone等14指令系统与处理器结构的关系15指令系统与处理器结构的关系16指令系统考虑的问题17微处理器的系统结构设计微处理器的执行机制设计微处理器流水线结构设计微处理器逻辑设计与实现处理器逻辑综合(Synopsys)处理器物理综合(Candence)处理器的验证与测试18微处理器的执行机制设计19微处理器的执行机制设计20微处理器的执行机制设计21微处理器的执行机制设计22微处理器的执行机制设计23微处

8、理器的执行机制设计24流水线相关说明25微处理器的执行机制设计26微处理器的执行机制设计27微处理器的执行机制设计2829303132多线索处理器举例33微处理器的系统结构设计微处理器的执行机制设计微处理器流水线结构设计微处理器逻辑设计与实现处理器逻辑综合(Synopsys)处理器物理综合(Candence)处理器的验证与测试34微处理器流水线结构设计流水深