嵌入式系統(tǒng)概論課件

第一章嵌入式系統(tǒng)概述山東大學(xué)精品課程嵌入式系統(tǒng)原理與接口技術(shù)主編：賈智平張瑞華清華大學(xué)出版社第一章嵌入式系統(tǒng)概述山東大學(xué)精品課程嵌入式系統(tǒng)原理與接口技內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展微型計算機(jī)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用2內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)計算機(jī)系統(tǒng)的分類計算機(jī)系統(tǒng)按應(yīng)用范圍分為以下兩種：通用計算機(jī)嵌入式計算機(jī)/嵌入式系統(tǒng)3計算機(jī)系統(tǒng)的分類計算機(jī)系統(tǒng)按應(yīng)用范圍分為以下兩種：3通用計算機(jī)

具有一般計算機(jī)的基本標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)，通過裝配不同的軟件，以基本雷同的面目出現(xiàn)并應(yīng)用于社會各領(lǐng)域。

通用計算機(jī)按處理字長、運算速度、結(jié)構(gòu)規(guī)模分為：大型、中型、小型和微型計算機(jī)。大型計算機(jī)實例4通用計算機(jī)4大型計算機(jī)實例“銀河”計算機(jī)從1978年開始研制，到1983年通過了國家鑒定。它是由中國國防科技大學(xué)自行設(shè)計的第一個每秒向量運算1億次的巨型計算機(jī)系統(tǒng)。10萬億次曙光4000A超大型計算機(jī)，是一套由中國曙光信息產(chǎn)業(yè)有限公司研制的超級計算機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用了共2560個AMDOpteron8502.2GHz處理器，速度達(dá)每秒10萬億次。該系統(tǒng)于2004年6月投入服務(wù)，當(dāng)時在全世界所有超級計算機(jī)中排名第十，現(xiàn)排名降至42。5大型計算機(jī)實例“銀河”計算機(jī)從1978年開始研制，到1983嵌入式計算機(jī)/嵌入式系統(tǒng)嵌入式計算機(jī)/嵌入式系統(tǒng)：是專用計算機(jī)，以核心部件的形式出現(xiàn)在各種裝置、設(shè)備、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。

例如：監(jiān)控設(shè)備、移動電話、家電、機(jī)器人、視聽設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等裝置中所用的計算機(jī)。6嵌入式計算機(jī)/嵌入式系統(tǒng)嵌入式計算機(jī)/嵌入式系統(tǒng)：6內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展微型計算機(jī)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用7內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)微型計算機(jī)通常所說的“微機(jī)”，準(zhǔn)確的稱謂應(yīng)是微型計算機(jī)系統(tǒng)。微型計算機(jī)系統(tǒng)從局部到全局存在三個層次：微處理器微型計算機(jī)微型計算機(jī)系統(tǒng)8微型計算機(jī)通常所說的“微機(jī)”，準(zhǔn)確的稱謂應(yīng)是微型計算機(jī)系統(tǒng)。微處理器微處理機(jī)MPU/微處理器/CPUMPU（μP）=ALU+CU+R+內(nèi)部總線微處理機(jī)包括：算術(shù)邏輯部件ALU（ArithmeticLogicUnit）；控制部件CU（ControlUnit）；寄存器組R（Registers）；內(nèi)部總線。9微處理器微處理機(jī)MPU/微處理器/CPU9微處理機(jī)的組成10微處理機(jī)的組成10微型計算機(jī)微型計算機(jī)（MicroComputer）或簡稱微機(jī)是以微處理機(jī)為核心，加上由大規(guī)模集成電路制作的存儲器M（ROM和RAM）、I/O（輸入／輸出）接口和系統(tǒng)總線組成的。微型計算機(jī)=微處理機(jī)+ROM和RAM

+I/O接口

+

系統(tǒng)總線11微型計算機(jī)微型計算機(jī)（MicroComputer）或簡稱微微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖12微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖12微型計算機(jī)的三種總線結(jié)構(gòu)

在單總線結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)存儲器M和I/O使用唯一的一套信息通路，因而微處理器對存儲器和I/O的讀寫只能分時進(jìn)行。大部分中低檔微機(jī)都是采用這種結(jié)構(gòu)，因為它的邏輯結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、實現(xiàn)容易。1.單總線結(jié)構(gòu)13微型計算機(jī)的三種總線結(jié)構(gòu)在單總線結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)存儲器M

雙總線結(jié)構(gòu)中，I/O和M都各自具有到MPU的總線通路，即MPU可以分別在兩套總線上同時與M和I/O口交換信息，這相當(dāng)于展寬了總線帶寬，提高了總線的數(shù)據(jù)傳輸速率。目前高檔微機(jī)就是采用這種結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，MPU要同時管理與M和I/O的通信，這勢必加重MPU在管理方面的負(fù)擔(dān)。為此現(xiàn)在通常采用專門的I/O處理芯片即所謂的智能I/O接口來履行I/O管理任務(wù)，以減輕MPU的負(fù)擔(dān)。2.雙總線結(jié)構(gòu)142.雙總線結(jié)構(gòu)14

在這種結(jié)構(gòu)中,MPU通常通過局部總線訪問局部M和局部I/O，也可以作為主設(shè)備訪問全局M和I/O。當(dāng)對全局M和全局I/O訪問時，必須由總線控制邏輯統(tǒng)一安排才能進(jìn)行，這時該微處理器就是系統(tǒng)的主控設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)雙重總線上并行工作：并且對等效總線帶寬的增加、系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸效率的提高效果更明顯。目前各種高檔微型機(jī)和工作站基本上都是采用這種雙重總線結(jié)構(gòu)。3.雙重總線結(jié)構(gòu)15在這種結(jié)構(gòu)中,MPU通常通過局部總線訪問局部M和微型計算機(jī)系統(tǒng)微型計算機(jī)系統(tǒng)微型計算機(jī)系統(tǒng)：MCS=MC+外圍設(shè)備（外存+I/O外設(shè)）+電源+輔助電路+軟件（系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件）微型計算機(jī)系統(tǒng)（MicroComputerSystem）是以微型計算機(jī)為核心，再配以相應(yīng)的外圍設(shè)備,電源、輔助電路和控制微型計算機(jī)工作的軟件而構(gòu)成的完整的計算系統(tǒng)。16微型計算機(jī)系統(tǒng)微型計算機(jī)系統(tǒng)16微型計算機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)軟件：用來支持應(yīng)用軟件的開發(fā)與運行的，它包括操作系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)實用程序和各種語言處理程序等。應(yīng)用軟件：用來為用戶解決具體應(yīng)用問題的程序及有關(guān)的文檔和資料。17微型計算機(jī)系統(tǒng)171818內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展微型計算機(jī)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用19內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)嵌入式系統(tǒng)嵌入式計算機(jī)/嵌入式系統(tǒng)嵌入式計算機(jī)是專用計算機(jī)，以核心部件的形式出現(xiàn)在各種裝置、設(shè)備、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。

嵌入式系統(tǒng)=嵌入式處理器+存儲器+接口電路/外圍電路+外設(shè)+嵌入式操作系統(tǒng)+應(yīng)用軟件。20嵌入式系統(tǒng)嵌入式計算機(jī)/嵌入式系統(tǒng)20嵌入式系統(tǒng)嵌入式處理器及其分類嵌入式系統(tǒng)的概念及組成嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)的分類21嵌入式系統(tǒng)21嵌入式處理器嵌入式處理器由以下四部分組成：

微處理器(EMPU)、嵌入式微控制器(MCU)、嵌入式DSP處理器(EDSP)、嵌入式片上系統(tǒng)(SOC)。22嵌入式處理器嵌入式處理器由以下四部分組成：22嵌入式微處理器(EMPU)嵌入式微處理器

(EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU)嵌入式微處理器必須裝配在專門設(shè)計的電路板上，在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件（俗稱單板計算機(jī)）。嵌入式微處理器=CPU+硬件接口（存儲器接口，鍵盤接口等）+輔助電路（時鐘、A/D、D/A、調(diào)試電路等）23嵌入式微處理器(EMPU)嵌入式微處理器23和工業(yè)控制計算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點。嵌入式微處理器EMPU是由通用計算機(jī)中的CPU演變而來的，80386－80387。與計算機(jī)處理器不同的是，在實際嵌入式應(yīng)用中只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。24和工業(yè)控制計算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本嵌入式處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM系列等。為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng)。25嵌入式處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-4嵌入式微控制器(MCU)嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)

嵌入式微控制器俗稱單片機(jī)，是將整個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。單片機(jī)這種８位的電子器件目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。嵌入式微控制器一般是以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等部件。26嵌入式微控制器(MCU)嵌入式微控制器(MicrocontrMCU=CPU+存儲器+I/O接口+輔助電路（時鐘、A/D、D/A等）。微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱為微控制器。27MCU=CPU+存儲器+I/O接口+輔助電路嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70％的市場份額。近來Atmel推出的AVR單片機(jī)由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性價比，勢必將推動單片機(jī)獲得更高的發(fā)展。28嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用系列包嵌入式DSP處理器(EDSP)嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)。嵌入式DSP是專用于離散信號的處理、計算，針對某些領(lǐng)域而設(shè)計的處理器。DSP處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。DSP算法：數(shù)字濾波、FFT、譜分析等。29嵌入式DSP處理器(EDSP)嵌入式DSP處理器(EmbedDSP的理論算法在70年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但是由于專門的DSP處理器還未出現(xiàn)，所以這種理論算法只能通過MPU等由分立元件實現(xiàn)。1982年世界上誕生了首枚DSP芯片，在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。DSP的運算速度的進(jìn)一步提高，使得其應(yīng)用領(lǐng)域也從上述范圍擴(kuò)大到了通信和計算機(jī)方面。3030課后閱讀材料嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是TexasInstruments的TMS320系列和Motorola摩托羅拉的DSP56000系列。TMS320系列處理器包括用于控制的C2000系列，移動通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。摩托羅拉公司于1997年推出了24位DSP56300系列的首枚芯片DSP56301，并不斷升級，該系列24位DSP提供了大容量的片內(nèi)存儲器、濾波器、協(xié)處理器,具有較優(yōu)異的性能與體積、價位、功耗比。31課后閱讀材料嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是Texas嵌入式片上系統(tǒng)(SoC)片上系統(tǒng)SoC（SystemonChip）:將系統(tǒng)功能模塊集成于一塊芯片上的系統(tǒng)。

嵌入式片上系統(tǒng)從整個系統(tǒng)性能要求出發(fā)，把微處理器、芯片結(jié)構(gòu)、外圍器件各層次電路直至器件的設(shè)計緊密結(jié)合起來，并通過建立在全新理念上的系統(tǒng)軟件和硬件的協(xié)同設(shè)計，在單個芯片上實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。32嵌入式片上系統(tǒng)(SoC)片上系統(tǒng)SoC（Systemon課后閱讀材料SoC設(shè)計技術(shù)始于20世紀(jì)90年代中期，它是一種系統(tǒng)級的設(shè)計技術(shù)。使用專用集成電路ASIC行芯片設(shè)計的技術(shù)稱為片上系統(tǒng)技術(shù)，即SoC。使用大規(guī)模可編程邏輯陣列CPLD/Field-ProgrammableGateArray)進(jìn)行芯片設(shè)計的技術(shù)稱為可編程片上系統(tǒng)技術(shù)，即SoPC(SystemonProgrammablechip)。片上系統(tǒng)SOC.doc33課后閱讀材料SoC設(shè)計技術(shù)始于20世紀(jì)90年代中期，它是一嵌入式系統(tǒng)的概念I(lǐng)EEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義：

嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”（原文為devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。34嵌入式系統(tǒng)的概念I(lǐng)EEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義：嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)=嵌入式處理器+存儲器+接口電路外圍電路+外設(shè)+嵌入式操作系統(tǒng)+應(yīng)用軟件。硬件部分軟件部分開發(fā)環(huán)境35嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)=嵌入式處理器+存儲器+硬件部分存儲器接口電路外圍電路36硬件部分存儲器接口電路36嵌入式微處理器EMPU——嵌入式微處理器EMCU——嵌入式微控制器EDSP——嵌入式數(shù)字信號處理器ESoC——嵌入式片上系統(tǒng)37嵌入式微處理器EMPU——嵌入式微處理器37存儲器嵌入式系統(tǒng)的存儲器按其所處位置分為內(nèi)部存儲器和外部存儲器：內(nèi)部存儲器位于嵌入式處理器芯片內(nèi)部，其特點是容量小、可快速訪問。外部存儲器位于嵌入式處理器芯片外部，其特點是容量大、訪問速度慢。38存儲器嵌入式系統(tǒng)的存儲器按其所處位置分為內(nèi)部存儲器和外部存儲存儲器的類型靜態(tài)易失性存儲器SRAM動態(tài)存儲器DRAM非易失性存儲器：EPROM

紫外線可擦除可編程存儲器。內(nèi)部存儲器位于嵌入式處理器芯片內(nèi)部，其特點是容量小、可快速訪問。EEPROM電可擦除可編程存儲器。Flash閃速存儲器（FlashMemory）亦稱快擦寫存儲器。主要特點是既可在不加電的情況下長期保存信息，有非易失性，又能在線進(jìn)行快速擦除與重寫，兼具有EEPROM和SRAM的優(yōu)點。其集成度與位價格己接近EPROM，是代替EPROM和EEPROM的理想器件。

39存儲器的類型靜態(tài)易失性存儲器SRAM39接口電路外圍電路通信接口:非易失性存儲器：RS-232接口(通用異步收發(fā)器,UniversalAsynchronousReceiverTransmitter，UART)軟件開發(fā)調(diào)試時，用于進(jìn)行各種輸入輸出操作。USB接口（通用串行總線）。Ethernet（以太網(wǎng)接口）。

40接口電路外圍電路通信接口:非易失性存儲器：40輸入輸出設(shè)備，電源及輔助設(shè)備輸入/輸出設(shè)備LCD：液晶顯示器。觸摸屏：觸摸屏可實現(xiàn)鼠標(biāo)和鍵盤功能。

工作原理：觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo)，再送給CPU，它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。電源及輔助設(shè)備41輸入輸出設(shè)備，電源及輔助設(shè)備輸入/輸出設(shè)備41軟件部分軟件部分包括嵌入式操作系統(tǒng)以及相應(yīng)的各種應(yīng)用程序。嵌入式操作系統(tǒng)：一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，具有編碼體積小，面向應(yīng)用，可裁剪和移植，實時性強(qiáng)，可靠性高，專用性強(qiáng)等特點。典型的嵌入式操作系統(tǒng)有：windowsCE、vxWork、嵌入式Linux，μC/OS-II

等。42軟件部分軟件部分包括嵌入式操作系統(tǒng)以及相應(yīng)的各種應(yīng)用程序。4嵌入式操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖43嵌入式操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖43嵌入式操作系統(tǒng)的組成嵌入式操作系統(tǒng)通常包括：驅(qū)動層：硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件和設(shè)備驅(qū)動接口；如：LCD、觸摸屏的驅(qū)動及接口。操作系統(tǒng)層：系統(tǒng)內(nèi)核（基本模塊），擴(kuò)展模塊（可裁剪）。應(yīng)用層：應(yīng)用程序接口。44嵌入式操作系統(tǒng)的組成嵌入式操作系統(tǒng)通常包括：44嵌入式操作系統(tǒng)的主要功能多任務(wù)管理/進(jìn)程調(diào)度：提供調(diào)度機(jī)制（調(diào)度程序）控制程序的起始、執(zhí)行、暫停和結(jié)束。進(jìn)程的狀態(tài)：運行狀態(tài)、就緒狀態(tài)、等待狀態(tài)

等待運行就緒結(jié)束新進(jìn)程三種狀態(tài)關(guān)系圖45嵌入式操作系統(tǒng)的主要功能多任務(wù)管理/進(jìn)程調(diào)度：提供調(diào)度機(jī)制（進(jìn)程的調(diào)度：調(diào)度程序的調(diào)用由某些特定事件引起，如：進(jìn)程的創(chuàng)建，進(jìn)程的刪除，時鐘的嘀嗒，外設(shè)的中斷事件等。調(diào)度算法：先來先服務(wù)FCFS、輪詢、優(yōu)先級算法及其三種算法的各種組合。4646存儲管理：因系統(tǒng)資源有限，嵌入式系統(tǒng)通常采用動態(tài)內(nèi)存管理（不采用虛擬內(nèi)存管理）。動態(tài)管理：當(dāng)某程序需使用內(nèi)存時，利用操作系統(tǒng)提供的分配函數(shù)分配內(nèi)存，用完通過釋放函數(shù)釋放其所占內(nèi)存。47存儲管理：因系統(tǒng)資源有限，嵌入式系統(tǒng)通常采用動態(tài)內(nèi)存管理（不典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹商用型：windowsCE，vxWork等。免費型：嵌入式Linux，μC/OS-II等。閱讀資料：

典型嵌入式操作系統(tǒng).doc48典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹48μC/OS-II基于搶占式的實時多任務(wù)內(nèi)核，實時內(nèi)核總是運行優(yōu)先級最高已就緒任務(wù)，是真正的實時操作系統(tǒng)。特點：可固化、可剪裁、具有高穩(wěn)定性和可靠性；源碼公開，便于移植和維護(hù)；結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)核可編譯至2k~10k；使用c語言開發(fā)，已移植到40多個處理器。49μC/OS-II基于搶占式的實時多任務(wù)內(nèi)核，實時內(nèi)核總是運行Linux操作系統(tǒng)：真正的搶先式多任務(wù)處理，支持多用戶、內(nèi)存保護(hù)、虛擬內(nèi)存，支持絕大多數(shù)的32位和64位CPU。嵌入式Linux,例：μCLinux保留了Linux操作系統(tǒng)穩(wěn)定性好、網(wǎng)絡(luò)能力優(yōu)異以及對文件系統(tǒng)的支持等主要優(yōu)點，但內(nèi)核比原Linux內(nèi)核小得多。支持沒有MMU(存儲器管理單元)的微處理器，如ColdFire、ARM、MIPS、SPARC、SuperH等。50Linux操作系統(tǒng)：真正的搶先式多任務(wù)處理，支持多用戶、內(nèi)存嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工具和環(huán)境開發(fā)工具一般用于開發(fā)主機(jī)，包括語言編譯器、連接定位器、調(diào)試器等。Kdevelop是一套功能強(qiáng)大的集成開發(fā)環(huán)境，整合了開發(fā)程序所需的編譯器、連接器、除錯工具、版本控制工具等，可以用Kdevelop快速地建立各式各樣的應(yīng)用程序。Kdevelop為快速地開發(fā)C/C++應(yīng)用程序提供強(qiáng)有力的開發(fā)工具。注意：嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件位于嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品本身，開發(fā)工具則獨立于嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品之外。51嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工具和環(huán)境開發(fā)工具一般用于開發(fā)主機(jī)，包括語言嵌入式系統(tǒng)的特點通常是面向特定應(yīng)用的；空間和各種資源相對不足，必須高效率地進(jìn)行設(shè)計，量體裁衣、去除冗余；產(chǎn)品升級換代和具體產(chǎn)品同步，具有較長的生命周期；軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機(jī)本身；不具備自舉開發(fā)能力，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。52嵌入式系統(tǒng)的特點通常是面向特定應(yīng)用的；52嵌入式系統(tǒng)的分類根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜程度，可以將嵌入式系統(tǒng)分為以下四類：嵌入式系統(tǒng)的分類.doc單個微處理器。常用的嵌入式處理器如Philips的89LPCxxx系列，Motorola的MC68HC05、08系列等。嵌入式處理器可擴(kuò)展的系統(tǒng)。過程控制、信號放大器、位置傳感器及閥門傳動器。復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)。開關(guān)裝置、控制器、電話交換機(jī)、電梯、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、醫(yī)藥監(jiān)視系統(tǒng)、診斷及實時控制系統(tǒng)等。在制造或過程控制中使用的計算機(jī)系統(tǒng),自動倉儲系統(tǒng)和自動發(fā)貨系統(tǒng)。53嵌入式系統(tǒng)的分類根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜程度，可以將嵌入式系統(tǒng)分內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展微型計算機(jī)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用54內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)微型計算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展概述：微型計算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展與集成電路制造技術(shù)密切相關(guān)，20世紀(jì)70年代集成電路發(fā)展到LSI階段，71年intel推出了第一枚微處理器芯片，從此揭開了微型計算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)高速發(fā)展的序幕。55微型計算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展概述：55微型計算機(jī)的發(fā)展史19751980198519901995200010,0001,0001010010.1MIPS8086Pentium

?

IV

80286i386i486Pentium?

Pentium

?

IIPentium

?

III56微型計算機(jī)的發(fā)展史197519801985199019952全球第一塊微處理器——40041971年，4位，工作頻率108kHz,尋址空間640B。新一代8位微處理器——8080

1974年，8位，時鐘頻率2MHz，尋址空間64KB。57全球第一塊微處理器——400457第一代微處理機(jī)——16位的8086CPU

主頻5MHz/8MHz/10MHz,尋址空間1MB；Intel8088/8086+IBM操作系統(tǒng)；第一代個人計算機(jī)personalcomputer；第二代微處理機(jī)——16位的80286CPU主頻20MHz,可訪問1GB的虛擬地址空間。58第一代微處理機(jī)——16位的8086CPU58第三代微處理機(jī)——32位的80386CPU時鐘頻率33MHz,具有4GB的物理尋址能力(地址總線\數(shù)據(jù)總線32位）；分段、分頁存儲管理部件MMU，支持虛擬存儲器，可管理64TB的虛擬存儲空間。59第三代微處理機(jī)——32位的80386CPU59第四代微處理機(jī)——32位的80486CPU主頻超過100MHz；8k的數(shù)據(jù)和指令高速緩存；內(nèi)部集成浮點運算部件,首次采用了RISC（精簡指令集）技術(shù)，可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令；采用了時鐘倍頻技術(shù)，也就是說芯片內(nèi)部的運行速度是外部總線運行速度的兩倍，即芯片內(nèi)部以2倍于系統(tǒng)時鐘的速度運行。

60第四代微處理機(jī)——32位的80486CPU60第五代微處理機(jī)——32位的Pentium頻率有:66MHz~1GHz,CPU的內(nèi)部頻率從60MHz到1GHz不等；超標(biāo)量流水線，具有u、v兩條指令流水線，每個時鐘周期可執(zhí)行兩條簡單指令；借助轉(zhuǎn)移目標(biāo)緩沖器實現(xiàn)分支轉(zhuǎn)移的動態(tài)預(yù)測；外部數(shù)據(jù)總線經(jīng)總線接口部件擴(kuò)展到64位；8k指令cache,8k數(shù)據(jù)cache。61第五代微處理機(jī)——32位的Pentium61高能奔騰（PentiumPro）

內(nèi)部時鐘頻率133MHz；16KB一級cache，256kB二級cache；動態(tài)執(zhí)行技術(shù)；包括無序執(zhí)行、動態(tài)分支預(yù)測和推測執(zhí)行；無序執(zhí)行，可以打亂程序原有指令順序，按照優(yōu)化順序同時執(zhí)行多條指令；推測執(zhí)行，處理器使用一種動態(tài)分支預(yù)測算法來預(yù)測程序代碼中的分支結(jié)果，然后推測性地執(zhí)行預(yù)測出的代碼分支。62高能奔騰（PentiumPro）62多能奔騰（PentiumMMX）MMX（MultiMediaExtensions，多媒體擴(kuò)展指令集）；頻率主要有166/200/233MHz；將一級緩存提高到32kB；多媒體擴(kuò)展技術(shù)/MMX技術(shù)；4種新的數(shù)據(jù)類型；8個64位寬的MMX寄存器；增加了57條MMX（多媒體擴(kuò)展）指令，有效地增強(qiáng)了CPU處理音頻、圖像和通信等多媒體應(yīng)用的能力。63多能奔騰（PentiumMMX）63二代奔騰（PentiumⅡ）主頻分233MHz、266MHz、300MHz和333MHz；把PentiumPro的動態(tài)執(zhí)行技術(shù)與MMX多媒體增強(qiáng)技術(shù)相結(jié)合；雙重獨立的總線結(jié)構(gòu)具有糾錯功能的64位CPU總線負(fù)責(zé)與系統(tǒng)內(nèi)存和I／O通信，具有可選糾錯功能的專用總線負(fù)責(zé)與L2cache交換數(shù)據(jù)，二者相互獨立、并行工作；SEC單邊接觸封裝技術(shù)為了雙重獨立總線結(jié)構(gòu)的需要；PentiumII處理器的封裝采用了一種新型的單邊接觸SEC（SingleEdgeContact）卡式盒結(jié)構(gòu)。64二代奔騰（PentiumⅡ）64三代奔騰（PentiumⅢ）主頻達(dá)到1GHz；集成動態(tài)執(zhí)行技術(shù)、MMX技術(shù)和SIMD流技術(shù)等最新技術(shù)于一身，71條新增的SSE(單指令多數(shù)據(jù)擴(kuò)展)指令大大提高了對視頻、3D圖像、音頻的處理和Internet瀏覽能力。65三代奔騰（PentiumⅢ）65四代奔騰（Pentium4）主頻達(dá)到1.3GHz--2GHz；NetBurst微處理器體系結(jié)構(gòu)，突發(fā)式數(shù)據(jù)傳送方式極大提高了多媒體數(shù)據(jù)傳送速度；快速執(zhí)行引擎：在處理器中簡單的算術(shù)邏輯單元(ALUs)運行在2倍的處理器核心頻率下；66四代奔騰（Pentium4）66執(zhí)行跟蹤高速緩存：專用的緩沖存儲器，存儲和轉(zhuǎn)移高速處理所需數(shù)據(jù)；高級動態(tài)執(zhí)行：它靠提供一個執(zhí)行單元能選擇的很大的指令窗口來實現(xiàn)。大的亂序指令窗口允許處理器消除發(fā)生在指令等待相關(guān)內(nèi)容解決時產(chǎn)生的延遲；SSE2指令集，新增144條指令，多達(dá)20級超長流水線。6767嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展第一階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)；第二階段是以嵌入式CPU為基礎(chǔ)、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)；第三階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)；第四階段是以Internet為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。68嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展第一階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的ARM技術(shù)的發(fā)展歷程英國劍橋AcornComputer公司，1983年10月—1985年4月開發(fā)，1985年4月26測試成功（AcornRISCComputer，ARM）。1990年11月，AdvancedRISCMachineLimited(ARMLimited)成立，推出世界上首個商用單芯片RISC處理器。使用RISC(ReducedInstructionSetComputer)體系結(jié)構(gòu)。ARM7起完全擴(kuò)展到32位（原為26位地址空間），3級流水線結(jié)構(gòu)，支持Thumb模式。69ARM技術(shù)的發(fā)展歷程691995年，ARM、Apple、DEC聯(lián)合開發(fā)StrongARMSA-110，5級流水線結(jié)構(gòu)，降低能耗。XScale是下一代StrongARM芯片的發(fā)展基礎(chǔ)，低功耗,高主頻。ARM10TDMI是ARM處理器中的高端產(chǎn)品，6級流水線結(jié)構(gòu)，64位存儲器。ARM11是性能最好的一個系列，靜、動態(tài)組合的跳轉(zhuǎn)預(yù)判。701995年，ARM、Apple、DEC聯(lián)合開發(fā)StrongA電腦用于控制設(shè)備或嵌入系統(tǒng)的歷史幾乎電腦自身的歷史一樣長；計算機(jī)控制系統(tǒng)；單片機(jī)掀起電子化浪潮；微處理器高速發(fā)展推動了嵌入式系統(tǒng)。71電腦用于控制設(shè)備或嵌入系統(tǒng)的歷史幾乎電腦自身的歷史一樣長；7嵌入式系統(tǒng)的演變8031/8051單片機(jī)系統(tǒng)，自行編寫程序；68360/386EX控制系統(tǒng)，自己編寫簡單的操作系統(tǒng)；32位嵌入式處理器+pSoS嵌入式操作系統(tǒng)+TCP/IP協(xié)議棧；各種SoC+嵌入式Linux/VxWorks+嵌入式Web設(shè)備server以及各種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧+GUI圖形界面+無線模塊=現(xiàn)代可移動的網(wǎng)絡(luò)智能設(shè)備。72嵌入式系統(tǒng)的演變8031/8051單片機(jī)系統(tǒng)，自行編寫程序；后PC技術(shù)的時代小到mp3，PDA等微型數(shù)字化產(chǎn)品，大到網(wǎng)絡(luò)家電，智能家電，車載電子設(shè)備；嵌入式系統(tǒng)是這個后PC時代的擎天之柱；1999年世界電子產(chǎn)品產(chǎn)值已超過12000億美元，2000年達(dá)到13000億美元，預(yù)計2005年，銷售額將達(dá)18000億美元。73后PC技術(shù)的時代小到mp3，PDA等微型數(shù)字化產(chǎn)品，大到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展微型計算機(jī)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用74內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)微型計算機(jī)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)字長：字長是計算機(jī)內(nèi)部一次可以處理的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)。一般一臺計算機(jī)的字長決定于它的通用寄存器、內(nèi)存儲器、ALU的位數(shù)和內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的寬度。75微型計算機(jī)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)字長：75存儲器容量：

存儲器容量：指存儲設(shè)備可容納二進(jìn)制信息的最大字節(jié)數(shù)。存儲二進(jìn)制信息的基本單位是位(bit)。一般把8個二進(jìn)制位組成的通用基本單元叫作字節(jié)B(Byte的縮寫）。微型計算機(jī)中通常以字節(jié)為單位表示存儲容量，并且將1024B簡稱為1KB，1024KB簡稱為1MB（兆字節(jié)），1024MB簡稱為1GB（吉字節(jié)），1024GB簡稱為1TB（太字節(jié)）。286以上的高檔微機(jī)一般都具有1MB以上的內(nèi)存容量和40MB以上的外存容量。76存儲器容量：

76運算速度：計算機(jī)的運算速度一般用每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)來表示。主頻為CPU的額定工作頻率，亦稱內(nèi)頻，為CPU工作周期的最小時序，直接反映了CPU的工作速度。77運算速度：77常用于計算運算速度方法有：

1．根據(jù)不同類型的指令出現(xiàn)的頻度，乘上不同的系數(shù)，求得統(tǒng)計平均值，得到平均運算速度，這時常用MIPS(MillionsofInstructionPerSecond即百萬條指令／秒)作單位。

例：Dhrystone為測試整數(shù)與邏輯運算性能而設(shè)計的c語言程序，大約含有2000條匯編代碼，測量結(jié)果以MIPS為單位。

2．直接給出CPU的主頻和每條指令的執(zhí)行所需的時鐘周期。主頻一般以MHZ為單位。78常用于計算運算速度方法有：78外設(shè)擴(kuò)展能力（微機(jī)目標(biāo)）：外設(shè)擴(kuò)展能力指計算機(jī)系統(tǒng)配接各種外部設(shè)備的可能性、靈活性和適應(yīng)性。一臺計算機(jī)允許配接多少外部設(shè)備對于系統(tǒng)接口和軟件配置都有重大影響。在微型計算機(jī)系統(tǒng)中，打印機(jī)型號、顯示屏幕分辨率，外存儲器容量等，都是外設(shè)配置中需要考慮的問題。外設(shè)擴(kuò)展能力取決于接口配置，配置愈豐富擴(kuò)充能力愈強(qiáng)。79外設(shè)擴(kuò)展能力（微機(jī)目標(biāo)）：79軟件配置情況（微機(jī)目標(biāo)）：軟件是計算機(jī)系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，它配置是否齊全，直接關(guān)系到計算機(jī)性能的好壞和效率的高低。主要的軟件配置：操作系統(tǒng)、高級語言、匯編語言，是否有豐富的可供選用的應(yīng)用軟件等。80軟件配置情況（微機(jī)目標(biāo)）：80內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展微型計算機(jī)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用81內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)嵌入式系統(tǒng)處理器的主要性能指標(biāo)要先明確預(yù)期最終應(yīng)用程序在待選平臺上的運行情況和測試目的，然后再挑選符合要求的特定測試向量。一次詳盡的分析需要仔細(xì)衡量的因素包括：性能分析、功耗和效率分析、開發(fā)工具支持以及價格。82嵌入式系統(tǒng)處理器的主要性能指標(biāo)要先明確預(yù)期最終應(yīng)用程序在待選評估嵌入式管理器性能的主要評價基準(zhǔn)有：MIPS測試基準(zhǔn)測試方法：計算在單位時間內(nèi)各類指令的平均執(zhí)行條數(shù)。單位：MIPS。DhrystoneDhrystone是一個簡單的C語言程序。EEMBC驗證實驗室研究指出，Dhrystone不適于作為嵌入式系統(tǒng)的測試向量。雖然它是市面上最普遍適用的測試向量，但它有許多漏洞。EEMBC測試向量

EEMBC基于每秒鐘算法執(zhí)行的次數(shù)和編譯代碼大小的統(tǒng)計結(jié)果。83評估嵌入式管理器性能的主要評價基準(zhǔn)有：83內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展微型計算機(jī)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用84內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用嵌入式移動數(shù)據(jù)庫；嵌入式系統(tǒng)在智能家居網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用；嵌入式語音芯片；基于小范圍無線通信協(xié)議的嵌入式產(chǎn)品；其它工控和仿真領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用.doc85嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用嵌入式移動數(shù)據(jù)庫；85移動終端類汽車電子類工業(yè)控制類通信類信息家電類86移動終端類汽車電子類工業(yè)控制類通信類信息家電類86計算機(jī)系統(tǒng)的三大領(lǐng)域服務(wù)器利潤最大的市場可用性可擴(kuò)展性有效帶寬桌面最廣闊的市場嵌入式潛力最大的市場87計算機(jī)系統(tǒng)的三大領(lǐng)域服務(wù)器87思考題1.什么是嵌入式系統(tǒng)？2.與通用型計算機(jī)相比，嵌入式系統(tǒng)有哪些特點？3.根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜程度，嵌入式系統(tǒng)可分為哪四類？4.舉例介紹嵌入式微處理器有哪幾類？5.從硬件系統(tǒng)來看，嵌入式系統(tǒng)由哪幾部分組成？畫出簡圖。6.嵌入式系統(tǒng)中，非數(shù)值數(shù)據(jù)編碼主要包括哪幾種？7.簡述微處理器、微型計算機(jī)和微型計算機(jī)系統(tǒng)的組成。88思考題1.什么是嵌入式系統(tǒng)？88思考題8.若在嵌入式系統(tǒng)采用CRC碼進(jìn)行信息傳輸，接收端收到的碼字為1011011,已知生成多項式g(x)＝1011,問收到碼字是否正確？若不正確出錯位是哪一位？9.簡述微型計算機(jī)的三種總線結(jié)構(gòu)各有何特點，分別用于何種類型的微機(jī)。10.簡述嵌入式微處理器和嵌入式微控制器分別由哪些部件組成，兩者有何區(qū)別。11.嵌入式操作系統(tǒng)通常包含哪幾層，主要實現(xiàn)何種功能?89思考題8.若在嵌入式系統(tǒng)采用CRC碼進(jìn)行信息傳輸，接收端收到第一章嵌入式系統(tǒng)概述山東大學(xué)精品課程嵌入式系統(tǒng)原理與接口技術(shù)主編：賈智平張瑞華清華大學(xué)出版社第一章嵌入式系統(tǒng)概述山東大學(xué)精品課程嵌入式系統(tǒng)原理與接口技內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展微型計算機(jī)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用91內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)計算機(jī)系統(tǒng)的分類計算機(jī)系統(tǒng)按應(yīng)用范圍分為以下兩種：通用計算機(jī)嵌入式計算機(jī)/嵌入式系統(tǒng)92計算機(jī)系統(tǒng)的分類計算機(jī)系統(tǒng)按應(yīng)用范圍分為以下兩種：3通用計算機(jī)

具有一般計算機(jī)的基本標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)，通過裝配不同的軟件，以基本雷同的面目出現(xiàn)并應(yīng)用于社會各領(lǐng)域。

通用計算機(jī)按處理字長、運算速度、結(jié)構(gòu)規(guī)模分為：大型、中型、小型和微型計算機(jī)。大型計算機(jī)實例93通用計算機(jī)4大型計算機(jī)實例“銀河”計算機(jī)從1978年開始研制，到1983年通過了國家鑒定。它是由中國國防科技大學(xué)自行設(shè)計的第一個每秒向量運算1億次的巨型計算機(jī)系統(tǒng)。10萬億次曙光4000A超大型計算機(jī)，是一套由中國曙光信息產(chǎn)業(yè)有限公司研制的超級計算機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用了共2560個AMDOpteron8502.2GHz處理器，速度達(dá)每秒10萬億次。該系統(tǒng)于2004年6月投入服務(wù)，當(dāng)時在全世界所有超級計算機(jī)中排名第十，現(xiàn)排名降至42。94大型計算機(jī)實例“銀河”計算機(jī)從1978年開始研制，到1983嵌入式計算機(jī)/嵌入式系統(tǒng)嵌入式計算機(jī)/嵌入式系統(tǒng)：是專用計算機(jī)，以核心部件的形式出現(xiàn)在各種裝置、設(shè)備、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。

例如：監(jiān)控設(shè)備、移動電話、家電、機(jī)器人、視聽設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等裝置中所用的計算機(jī)。95嵌入式計算機(jī)/嵌入式系統(tǒng)嵌入式計算機(jī)/嵌入式系統(tǒng)：6內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展微型計算機(jī)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用96內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)微型計算機(jī)通常所說的“微機(jī)”，準(zhǔn)確的稱謂應(yīng)是微型計算機(jī)系統(tǒng)。微型計算機(jī)系統(tǒng)從局部到全局存在三個層次：微處理器微型計算機(jī)微型計算機(jī)系統(tǒng)97微型計算機(jī)通常所說的“微機(jī)”，準(zhǔn)確的稱謂應(yīng)是微型計算機(jī)系統(tǒng)。微處理器微處理機(jī)MPU/微處理器/CPUMPU（μP）=ALU+CU+R+內(nèi)部總線微處理機(jī)包括：算術(shù)邏輯部件ALU（ArithmeticLogicUnit）；控制部件CU（ControlUnit）；寄存器組R（Registers）；內(nèi)部總線。98微處理器微處理機(jī)MPU/微處理器/CPU9微處理機(jī)的組成99微處理機(jī)的組成10微型計算機(jī)微型計算機(jī)（MicroComputer）或簡稱微機(jī)是以微處理機(jī)為核心，加上由大規(guī)模集成電路制作的存儲器M（ROM和RAM）、I/O（輸入／輸出）接口和系統(tǒng)總線組成的。微型計算機(jī)=微處理機(jī)+ROM和RAM

+I/O接口

+

系統(tǒng)總線100微型計算機(jī)微型計算機(jī)（MicroComputer）或簡稱微微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖101微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖12微型計算機(jī)的三種總線結(jié)構(gòu)

在單總線結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)存儲器M和I/O使用唯一的一套信息通路，因而微處理器對存儲器和I/O的讀寫只能分時進(jìn)行。大部分中低檔微機(jī)都是采用這種結(jié)構(gòu)，因為它的邏輯結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、實現(xiàn)容易。1.單總線結(jié)構(gòu)102微型計算機(jī)的三種總線結(jié)構(gòu)在單總線結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)存儲器M

雙總線結(jié)構(gòu)中，I/O和M都各自具有到MPU的總線通路，即MPU可以分別在兩套總線上同時與M和I/O口交換信息，這相當(dāng)于展寬了總線帶寬，提高了總線的數(shù)據(jù)傳輸速率。目前高檔微機(jī)就是采用這種結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，MPU要同時管理與M和I/O的通信，這勢必加重MPU在管理方面的負(fù)擔(dān)。為此現(xiàn)在通常采用專門的I/O處理芯片即所謂的智能I/O接口來履行I/O管理任務(wù)，以減輕MPU的負(fù)擔(dān)。2.雙總線結(jié)構(gòu)1032.雙總線結(jié)構(gòu)14

在這種結(jié)構(gòu)中,MPU通常通過局部總線訪問局部M和局部I/O，也可以作為主設(shè)備訪問全局M和I/O。當(dāng)對全局M和全局I/O訪問時，必須由總線控制邏輯統(tǒng)一安排才能進(jìn)行，這時該微處理器就是系統(tǒng)的主控設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)雙重總線上并行工作：并且對等效總線帶寬的增加、系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸效率的提高效果更明顯。目前各種高檔微型機(jī)和工作站基本上都是采用這種雙重總線結(jié)構(gòu)。3.雙重總線結(jié)構(gòu)104在這種結(jié)構(gòu)中,MPU通常通過局部總線訪問局部M和微型計算機(jī)系統(tǒng)微型計算機(jī)系統(tǒng)微型計算機(jī)系統(tǒng)：MCS=MC+外圍設(shè)備（外存+I/O外設(shè)）+電源+輔助電路+軟件（系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件）微型計算機(jī)系統(tǒng)（MicroComputerSystem）是以微型計算機(jī)為核心，再配以相應(yīng)的外圍設(shè)備,電源、輔助電路和控制微型計算機(jī)工作的軟件而構(gòu)成的完整的計算系統(tǒng)。105微型計算機(jī)系統(tǒng)微型計算機(jī)系統(tǒng)16微型計算機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)軟件：用來支持應(yīng)用軟件的開發(fā)與運行的，它包括操作系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)實用程序和各種語言處理程序等。應(yīng)用軟件：用來為用戶解決具體應(yīng)用問題的程序及有關(guān)的文檔和資料。106微型計算機(jī)系統(tǒng)1710718內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展微型計算機(jī)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用108內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)嵌入式系統(tǒng)嵌入式計算機(jī)/嵌入式系統(tǒng)嵌入式計算機(jī)是專用計算機(jī)，以核心部件的形式出現(xiàn)在各種裝置、設(shè)備、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。

嵌入式系統(tǒng)=嵌入式處理器+存儲器+接口電路/外圍電路+外設(shè)+嵌入式操作系統(tǒng)+應(yīng)用軟件。109嵌入式系統(tǒng)嵌入式計算機(jī)/嵌入式系統(tǒng)20嵌入式系統(tǒng)嵌入式處理器及其分類嵌入式系統(tǒng)的概念及組成嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)的分類110嵌入式系統(tǒng)21嵌入式處理器嵌入式處理器由以下四部分組成：

微處理器(EMPU)、嵌入式微控制器(MCU)、嵌入式DSP處理器(EDSP)、嵌入式片上系統(tǒng)(SOC)。111嵌入式處理器嵌入式處理器由以下四部分組成：22嵌入式微處理器(EMPU)嵌入式微處理器

(EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU)嵌入式微處理器必須裝配在專門設(shè)計的電路板上，在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件（俗稱單板計算機(jī)）。嵌入式微處理器=CPU+硬件接口（存儲器接口，鍵盤接口等）+輔助電路（時鐘、A/D、D/A、調(diào)試電路等）112嵌入式微處理器(EMPU)嵌入式微處理器23和工業(yè)控制計算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點。嵌入式微處理器EMPU是由通用計算機(jī)中的CPU演變而來的，80386－80387。與計算機(jī)處理器不同的是，在實際嵌入式應(yīng)用中只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。113和工業(yè)控制計算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本嵌入式處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM系列等。為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng)。114嵌入式處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-4嵌入式微控制器(MCU)嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)

嵌入式微控制器俗稱單片機(jī)，是將整個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。單片機(jī)這種８位的電子器件目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。嵌入式微控制器一般是以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等部件。115嵌入式微控制器(MCU)嵌入式微控制器(MicrocontrMCU=CPU+存儲器+I/O接口+輔助電路（時鐘、A/D、D/A等）。微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱為微控制器。116MCU=CPU+存儲器+I/O接口+輔助電路嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70％的市場份額。近來Atmel推出的AVR單片機(jī)由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性價比，勢必將推動單片機(jī)獲得更高的發(fā)展。117嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用系列包嵌入式DSP處理器(EDSP)嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)。嵌入式DSP是專用于離散信號的處理、計算，針對某些領(lǐng)域而設(shè)計的處理器。DSP處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。DSP算法：數(shù)字濾波、FFT、譜分析等。118嵌入式DSP處理器(EDSP)嵌入式DSP處理器(EmbedDSP的理論算法在70年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但是由于專門的DSP處理器還未出現(xiàn)，所以這種理論算法只能通過MPU等由分立元件實現(xiàn)。1982年世界上誕生了首枚DSP芯片，在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。DSP的運算速度的進(jìn)一步提高，使得其應(yīng)用領(lǐng)域也從上述范圍擴(kuò)大到了通信和計算機(jī)方面。11930課后閱讀材料嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是TexasInstruments的TMS320系列和Motorola摩托羅拉的DSP56000系列。TMS320系列處理器包括用于控制的C2000系列，移動通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。摩托羅拉公司于1997年推出了24位DSP56300系列的首枚芯片DSP56301，并不斷升級，該系列24位DSP提供了大容量的片內(nèi)存儲器、濾波器、協(xié)處理器,具有較優(yōu)異的性能與體積、價位、功耗比。120課后閱讀材料嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是Texas嵌入式片上系統(tǒng)(SoC)片上系統(tǒng)SoC（SystemonChip）:將系統(tǒng)功能模塊集成于一塊芯片上的系統(tǒng)。

嵌入式片上系統(tǒng)從整個系統(tǒng)性能要求出發(fā)，把微處理器、芯片結(jié)構(gòu)、外圍器件各層次電路直至器件的設(shè)計緊密結(jié)合起來，并通過建立在全新理念上的系統(tǒng)軟件和硬件的協(xié)同設(shè)計，在單個芯片上實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。121嵌入式片上系統(tǒng)(SoC)片上系統(tǒng)SoC（Systemon課后閱讀材料SoC設(shè)計技術(shù)始于20世紀(jì)90年代中期，它是一種系統(tǒng)級的設(shè)計技術(shù)。使用專用集成電路ASIC行芯片設(shè)計的技術(shù)稱為片上系統(tǒng)技術(shù)，即SoC。使用大規(guī)?？删幊踢壿嬯嚵蠧PLD/Field-ProgrammableGateArray)進(jìn)行芯片設(shè)計的技術(shù)稱為可編程片上系統(tǒng)技術(shù)，即SoPC(SystemonProgrammablechip)。片上系統(tǒng)SOC.doc122課后閱讀材料SoC設(shè)計技術(shù)始于20世紀(jì)90年代中期，它是一嵌入式系統(tǒng)的概念I(lǐng)EEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義：

嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”（原文為devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。123嵌入式系統(tǒng)的概念I(lǐng)EEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義：嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)=嵌入式處理器+存儲器+接口電路外圍電路+外設(shè)+嵌入式操作系統(tǒng)+應(yīng)用軟件。硬件部分軟件部分開發(fā)環(huán)境124嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)=嵌入式處理器+存儲器+硬件部分存儲器接口電路外圍電路125硬件部分存儲器接口電路36嵌入式微處理器EMPU——嵌入式微處理器EMCU——嵌入式微控制器EDSP——嵌入式數(shù)字信號處理器ESoC——嵌入式片上系統(tǒng)126嵌入式微處理器EMPU——嵌入式微處理器37存儲器嵌入式系統(tǒng)的存儲器按其所處位置分為內(nèi)部存儲器和外部存儲器：內(nèi)部存儲器位于嵌入式處理器芯片內(nèi)部，其特點是容量小、可快速訪問。外部存儲器位于嵌入式處理器芯片外部，其特點是容量大、訪問速度慢。127存儲器嵌入式系統(tǒng)的存儲器按其所處位置分為內(nèi)部存儲器和外部存儲存儲器的類型靜態(tài)易失性存儲器SRAM動態(tài)存儲器DRAM非易失性存儲器：EPROM

紫外線可擦除可編程存儲器。內(nèi)部存儲器位于嵌入式處理器芯片內(nèi)部，其特點是容量小、可快速訪問。EEPROM電可擦除可編程存儲器。Flash閃速存儲器（FlashMemory）亦稱快擦寫存儲器。主要特點是既可在不加電的情況下長期保存信息，有非易失性，又能在線進(jìn)行快速擦除與重寫，兼具有EEPROM和SRAM的優(yōu)點。其集成度與位價格己接近EPROM，是代替EPROM和EEPROM的理想器件。

128存儲器的類型靜態(tài)易失性存儲器SRAM39接口電路外圍電路通信接口:非易失性存儲器：RS-232接口(通用異步收發(fā)器,UniversalAsynchronousReceiverTransmitter，UART)軟件開發(fā)調(diào)試時，用于進(jìn)行各種輸入輸出操作。USB接口（通用串行總線）。Ethernet（以太網(wǎng)接口）。

129接口電路外圍電路通信接口:非易失性存儲器：40輸入輸出設(shè)備，電源及輔助設(shè)備輸入/輸出設(shè)備LCD：液晶顯示器。觸摸屏：觸摸屏可實現(xiàn)鼠標(biāo)和鍵盤功能。

工作原理：觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo)，再送給CPU，它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。電源及輔助設(shè)備130輸入輸出設(shè)備，電源及輔助設(shè)備輸入/輸出設(shè)備41軟件部分軟件部分包括嵌入式操作系統(tǒng)以及相應(yīng)的各種應(yīng)用程序。嵌入式操作系統(tǒng)：一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，具有編碼體積小，面向應(yīng)用，可裁剪和移植，實時性強(qiáng)，可靠性高，專用性強(qiáng)等特點。典型的嵌入式操作系統(tǒng)有：windowsCE、vxWork、嵌入式Linux，μC/OS-II

等。131軟件部分軟件部分包括嵌入式操作系統(tǒng)以及相應(yīng)的各種應(yīng)用程序。4嵌入式操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖132嵌入式操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖43嵌入式操作系統(tǒng)的組成嵌入式操作系統(tǒng)通常包括：驅(qū)動層：硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件和設(shè)備驅(qū)動接口；如：LCD、觸摸屏的驅(qū)動及接口。操作系統(tǒng)層：系統(tǒng)內(nèi)核（基本模塊），擴(kuò)展模塊（可裁剪）。應(yīng)用層：應(yīng)用程序接口。133嵌入式操作系統(tǒng)的組成嵌入式操作系統(tǒng)通常包括：44嵌入式操作系統(tǒng)的主要功能多任務(wù)管理/進(jìn)程調(diào)度：提供調(diào)度機(jī)制（調(diào)度程序）控制程序的起始、執(zhí)行、暫停和結(jié)束。進(jìn)程的狀態(tài)：運行狀態(tài)、就緒狀態(tài)、等待狀態(tài)

等待運行就緒結(jié)束新進(jìn)程三種狀態(tài)關(guān)系圖134嵌入式操作系統(tǒng)的主要功能多任務(wù)管理/進(jìn)程調(diào)度：提供調(diào)度機(jī)制（進(jìn)程的調(diào)度：調(diào)度程序的調(diào)用由某些特定事件引起，如：進(jìn)程的創(chuàng)建，進(jìn)程的刪除，時鐘的嘀嗒，外設(shè)的中斷事件等。調(diào)度算法：先來先服務(wù)FCFS、輪詢、優(yōu)先級算法及其三種算法的各種組合。13546存儲管理：因系統(tǒng)資源有限，嵌入式系統(tǒng)通常采用動態(tài)內(nèi)存管理（不采用虛擬內(nèi)存管理）。動態(tài)管理：當(dāng)某程序需使用內(nèi)存時，利用操作系統(tǒng)提供的分配函數(shù)分配內(nèi)存，用完通過釋放函數(shù)釋放其所占內(nèi)存。136存儲管理：因系統(tǒng)資源有限，嵌入式系統(tǒng)通常采用動態(tài)內(nèi)存管理（不典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹商用型：windowsCE，vxWork等。免費型：嵌入式Linux，μC/OS-II等。閱讀資料：

典型嵌入式操作系統(tǒng).doc137典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹48μC/OS-II基于搶占式的實時多任務(wù)內(nèi)核，實時內(nèi)核總是運行優(yōu)先級最高已就緒任務(wù)，是真正的實時操作系統(tǒng)。特點：可固化、可剪裁、具有高穩(wěn)定性和可靠性；源碼公開，便于移植和維護(hù)；結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)核可編譯至2k~10k；使用c語言開發(fā)，已移植到40多個處理器。138μC/OS-II基于搶占式的實時多任務(wù)內(nèi)核，實時內(nèi)核總是運行Linux操作系統(tǒng)：真正的搶先式多任務(wù)處理，支持多用戶、內(nèi)存保護(hù)、虛擬內(nèi)存，支持絕大多數(shù)的32位和64位CPU。嵌入式Linux,例：μCLinux保留了Linux操作系統(tǒng)穩(wěn)定性好、網(wǎng)絡(luò)能力優(yōu)異以及對文件系統(tǒng)的支持等主要優(yōu)點，但內(nèi)核比原Linux內(nèi)核小得多。支持沒有MMU(存儲器管理單元)的微處理器，如ColdFire、ARM、MIPS、SPARC、SuperH等。139Linux操作系統(tǒng)：真正的搶先式多任務(wù)處理，支持多用戶、內(nèi)存嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工具和環(huán)境開發(fā)工具一般用于開發(fā)主機(jī)，包括語言編譯器、連接定位器、調(diào)試器等。Kdevelop是一套功能強(qiáng)大的集成開發(fā)環(huán)境，整合了開發(fā)程序所需的編譯器、連接器、除錯工具、版本控制工具等，可以用Kdevelop快速地建立各式各樣的應(yīng)用程序。Kdevelop為快速地開發(fā)C/C++應(yīng)用程序提供強(qiáng)有力的開發(fā)工具。注意：嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件位于嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品本身，開發(fā)工具則獨立于嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品之外。140嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工具和環(huán)境開發(fā)工具一般用于開發(fā)主機(jī)，包括語言嵌入式系統(tǒng)的特點通常是面向特定應(yīng)用的；空間和各種資源相對不足，必須高效率地進(jìn)行設(shè)計，量體裁衣、去除冗余；產(chǎn)品升級換代和具體產(chǎn)品同步，具有較長的生命周期；軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機(jī)本身；不具備自舉開發(fā)能力，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。141嵌入式系統(tǒng)的特點通常是面向特定應(yīng)用的；52嵌入式系統(tǒng)的分類根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜程度，可以將嵌入式系統(tǒng)分為以下四類：嵌入式系統(tǒng)的分類.doc單個微處理器。常用的嵌入式處理器如Philips的89LPCxxx系列，Motorola的MC68HC05、08系列等。嵌入式處理器可擴(kuò)展的系統(tǒng)。過程控制、信號放大器、位置傳感器及閥門傳動器。復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)。開關(guān)裝置、控制器、電話交換機(jī)、電梯、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、醫(yī)藥監(jiān)視系統(tǒng)、診斷及實時控制系統(tǒng)等。在制造或過程控制中使用的計算機(jī)系統(tǒng),自動倉儲系統(tǒng)和自動發(fā)貨系統(tǒng)。142嵌入式系統(tǒng)的分類根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜程度，可以將嵌入式系統(tǒng)分內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展微型計算機(jī)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的性能指標(biāo)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用143內(nèi)容提要計算機(jī)系統(tǒng)的分類微型計算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微型計算機(jī)微型計算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展概述：微型計算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展與集成電路制造技術(shù)密切相關(guān)，20世紀(jì)70年代集成電路發(fā)展到LSI階段，71年intel推出了第一枚微處理器芯片，從此揭開了微型計算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)高速發(fā)展的序幕。144微型計算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展概述：55微型計算機(jī)的發(fā)展史19751980198519901995200010,0001,0001010010.1MIPS8086Pentium

?

IV

80286i386i486Pentium?

Pentium

?

IIPentium

?

III145微型計算機(jī)的發(fā)展史197519801985199019952全球第一塊微處理器——40041971年，4位，工作頻率108kHz,尋址空間640B。新一代8位微處理器——8080

1974年，8位，時鐘頻率2MHz，尋址空間64KB。146全球第一塊微處理器——400457第一代微處理機(jī)——16位的8086CPU

主頻5MHz/8MHz/10MHz,尋址空間1MB；Intel8088/8086+IBM操作系統(tǒng)；第一代個人計算機(jī)personalcomputer；第二代微處理機(jī)——16位的80286CPU主頻20MHz,可訪問1GB的虛擬地址空間。147第一代微處理機(jī)——16位的8086CPU58第三代微處理機(jī)——32位的80386CPU時鐘頻率33MHz,具有4GB的物理尋址能力(地址總線\數(shù)據(jù)總線32位）；分段、分頁存儲管理部件MMU，支持虛擬存儲器，可管理64TB的虛擬存儲空間。148第三代微處理機(jī)——32位的80386CPU59第四代微處理機(jī)——32位的80486CPU主頻超過100MHz；8k的數(shù)據(jù)和指令高速緩存；內(nèi)部集成浮點運算部件,首次采用了RISC（精簡指令集）技術(shù)，可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令；采用了時鐘倍頻技術(shù)，也就是說芯片內(nèi)部的運行速度是外部總線運行速度的兩倍，即芯片內(nèi)部以2倍于系統(tǒng)時鐘的速度運行。

149第四代微處理機(jī)——32位的80486CPU60第五代微處理機(jī)——32位的Pentium頻率有:66MHz~1GHz,CPU的內(nèi)部頻率從60MHz到1GHz不等；超標(biāo)量流水線，具有u、v兩條指令流水線，每個時鐘周期可執(zhí)行兩條簡單指令；借助轉(zhuǎn)移目標(biāo)緩沖器實現(xiàn)分支轉(zhuǎn)移的動態(tài)預(yù)測；外部數(shù)據(jù)總線經(jīng)總線接口部件擴(kuò)展到64位；8k指令cache,8k數(shù)據(jù)cache。150第五代微處理機(jī)——32位的Pentium61高能奔騰（PentiumPro）

內(nèi)部時鐘頻率133MHz；16KB一級cache，256kB二級cache；動態(tài)執(zhí)行技術(shù)；包括無序執(zhí)行、動態(tài)分支預(yù)測和推測執(zhí)行；無序執(zhí)行，可以打亂程序原有指令順序，按照優(yōu)化順序同時執(zhí)行多條指令；推測執(zhí)行，處理器使用一種動態(tài)分支預(yù)測算法來預(yù)測程序代碼中的分支結(jié)果，然后推測性地執(zhí)行預(yù)測出的代碼分支。151高能奔騰（PentiumPro）62多能奔騰（PentiumMMX）MMX（MultiMediaExtensions，多媒體擴(kuò)展指令集）；頻率主要有166/200/233MHz；將一級緩存提高到32kB；多媒體擴(kuò)展技術(shù)/MMX技術(shù)；4種新的數(shù)據(jù)類型；8個64位寬的MMX寄存器；增加了57條MMX（多媒體擴(kuò)展）指令，有效地增強(qiáng)了CPU處理音頻、圖像和通信等多媒體應(yīng)用的能力。152多能奔騰（PentiumMMX）63二代奔騰（PentiumⅡ）主頻分233MHz、266MHz、300MHz和333MHz；把PentiumPro的動態(tài)執(zhí)行技術(shù)與MMX多媒體增強(qiáng)技術(shù)相結(jié)合；雙重獨立的總線結(jié)構(gòu)具有糾錯功能的64位CPU總線負(fù)責(zé)與系統(tǒng)內(nèi)存和I／O通信，具有可選糾錯功能的專用總線負(fù)責(zé)與L2cache交換數(shù)據(jù)，二者相互獨立、并行工作；SEC單邊接觸封裝技術(shù)為了雙重獨立總線結(jié)構(gòu)的需要；PentiumII處理器的封裝采用了一種新型的單邊接觸SEC（SingleEdgeContact）卡式盒結(jié)構(gòu)。153二代奔騰（PentiumⅡ）64三代奔騰（PentiumⅢ）主頻達(dá)到1GHz；集成動態(tài)執(zhí)行技術(shù)、MMX技術(shù)和SIMD流技術(shù)等最新技術(shù)于一身，71條新增的SSE(單指令多數(shù)據(jù)擴(kuò)展)指令大大提高了對視頻、3D圖像、音頻的處理和Internet瀏覽能力。154三代奔騰（PentiumⅢ）65四代奔騰（Pentium4）主頻達(dá)到1.3GHz--2GHz；NetBurst微處理器體系結(jié)構(gòu)，突發(fā)式數(shù)據(jù)傳送方式極大提高了多媒體數(shù)據(jù)傳送速度；快速執(zhí)行引擎：在處理器中簡單的算術(shù)邏輯單元(ALUs)運行在2倍的處理器核心頻率下；155四代奔騰（Pentium4）66執(zhí)行跟蹤高速緩存：專用的緩沖存儲器，存儲和轉(zhuǎn)移高速處理所需數(shù)據(jù)；高級動態(tài)執(zhí)行：它靠提供一個執(zhí)行單元能選擇的很大的指令窗口來實現(xiàn)。大的亂序指令窗口允許處理器消除發(fā)生在指令等待相關(guān)內(nèi)容解決時產(chǎn)生的延遲；SSE2指令集，新增144條指令，多達(dá)20級超長流水線。15667嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展第一階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)；第二階段是以嵌入式CPU為基礎(chǔ)、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)；第三階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)；第四階段是以Internet為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。157嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展第一階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的ARM技術(shù)的發(fā)展歷程英國劍橋AcornComputer公司，1983年10月—1985年4月開發(fā)，1985年4月26測試成功（AcornRISCComputer，ARM）。1990年11月，AdvancedRISCMachineLimited(ARMLimited)成立，推出世界上首個商用單芯片RISC處理器。使用RISC(ReducedInstructionSetComputer)體系結(jié)構(gòu)。ARM7起完全擴(kuò)展到32位（原為26位地址空間），3級流水線結(jié)構(gòu)，支持Thumb模式。158ARM技術(shù)的發(fā)展歷程691995年，ARM、Apple、DEC聯(lián)合開發(fā)StrongARMSA-110，5級流水線結(jié)構(gòu)，降低能耗。XScale是下一代StrongARM芯片的發(fā)展基礎(chǔ)，低功耗,高主頻。ARM10TDMI是ARM處理器中的高端產(chǎn)品，6級流水線結(jié)構(gòu)，64位存儲器。ARM11是性能最好的一個系列，靜、動態(tài)組合的跳轉(zhuǎn)預(yù)判。1591995年，ARM、Apple