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2019/9/10嵌入式系統組織架構與設計1嵌入式系統組織架構與設計98.02.192019/9/10嵌入式系統組織架構與設計2課程大綱第一章嵌入式系統概述第二章嵌入式系統作業環境與系統開發流程第三章嵌入式系統Xscale微架構之系統結構第四章Xscale指令系統第五章Xscale-PXA270應用處理器結構和使用方法實作PXA270結構與特性時脈與電源管理系統整合單元LCD控制UART控制USB控制GPIO控制2019/9/10嵌入式系統組織架構與設計3嵌入式系統組織架構與設計-第一章嵌入式系統概述98.02.192019/9/10嵌入式系統組織架構與設計4第一章課程大綱嵌入式系統概述嵌入式系統特性嵌入式系統體系架構嵌入式系統之發展嵌入式系統軟體Linux作業系統WinCE作業系統嵌入式系統開發平臺嵌入式系統硬體IntelXscaleSOC系列IntelXscale實驗平台2019/9/10嵌入式系統組織架構與設計5前言「碩大便是美」正好與IA(InformationAppliance)求「小而美、小而省」是背道而馳。半導體電子發展趨勢是符合「摩爾定律」資訊載具上之資訊軟體研發,具有量身訂做之特性,已從電腦中心設計(范紐曼結構)之時代轉向以消費者中心(3C)的設計。多產業標準並存之網路架構以及互動性、相容性高之系統軟體變成為研發廠商開發之首要目標:節省人力成本配合嵌入式系統多功能化求新、求變2019/9/10嵌入式系統組織架構與設計6計算機科學(ComputerScience)ComputerScience電腦科學是一門包含各種各樣與計算和資訊處理相關主題的系統學科,從抽象的演算法分析、形式化語法等等,到更具體的主題如程式設計語言、程式設計、軟體和硬體等。作為一門學科,它與數學、電腦程式設計、軟體工程和電腦工程有顯著的不同,卻通常被混淆,儘管這些學科之間存在不同程度的交叉和覆蓋。中國算盤(abacus),遠古就應用在計算上。資訊理論資訊理論2019/9/10嵌入式系統組織架構與設計7計算機科學(ComputerScience)Computerscience,orcomputingscienceItisthestudyofthetheoreticalfoundationsofinformationandcomputationandtheirimplementationandapplicationincomputersystems.Computation:Itisageneraltermforanytypeofinformationprocessingthatcanberepresentedmathematically.•Computationisaprocessfollowingawell-definedmodelthatisunderstoodandcanbeexpressedinanalgorithm,protocol,networktopology,etc.2019/9/10嵌入式系統組織架構與設計8計算機科學(ComputerScience)Information:Generallyspeaking,theconceptofinformationiscloselyrelatedtonotionsofconstraint,communication,control,data,form,instruction,knowledge,meaning,mentalstimulus,pattern,perception,andrepresentation.Informationisthewritingofknowldgeofanysubject.Informationisthestateofasystemofinterest.Messageistheinformationmaterialized.TheASCIIcodesforthewordWikipediarepresentedinbinary,thenumeralsystemmostcommonlyusedforencodingcomputerinformation.2019/9/10嵌入式系統組織架構與設計9InformationprocessingmaymorespecificallybedefinedintermsbyClaudeE.Shannonastheconversionoflatentinformationintomanifestinformation[citationneeded].Latentandmanifestinformationisdefinedthroughthetermsofequivocation(remaininguncertainty,whatvaluethesenderhasactuallychosen),dissipation(uncertaintyofthesenderwhatthereceiverhasactuallyreceived)andtransformation(savedeffortofquestioning-equivocationminusdissipation)[citationneeded].PracticalInformationProcessingcanbedescribedasacycle,wheredata(whichmayhavenoinherentmeaningtotheobserver)isconvertedintoinformation(whichdoeshavemeaningtotheobserver).Thisconversiontakesoneofthreeforms:Computationutilizesmathematics(specificallyarithmetics)tocreatetheinformationfromdata.Example:acashregister(eithermechanicalordigital)usesadditiontoconverttheindividualitemprices(data)intothetotalamountowedtothestore(information).Transductionistheconversionofonetypeofenergyintoanothertype.Example:Amechanicalspeakerconvertsanelectricsignal(data)intosoundwaves(information).Translationistheconversionofastringofsymbolsfromonesetintoanother.Example:apersonfluenttwolanguagescouldrewriteadocumentthatiswritteninalanguagethattheobserverdoesnotunderstand(data)intoalanguagethattheobserverdoesunderstand(information).NotethattranslationistheonlyInformationprocessingformthatcannotyetbeperformedpurelybyamachine.Itrequiresanorganicbrain(someelectroniccomputerprogramscan'translate'butinrealitytheyareusingcomplexprograms,whichactuallyrelysolelyoncomputationtocompletetheprocess).2019/9/10嵌入式系統組織架構與設計10計算機科學(ComputerScience)計算機科學研究的課題:電腦程式能做什麼和不能做什麼(可計算性)如何使程式更高效的執行特定任務(演算法和複雜性理論)程式如何存取不同類型的資料(資料結構和資料庫)程式如何顯得更具有智慧(人工智慧);人類如何與程式溝通(人機互動和人機界面)2019/9/10嵌入式系統組織架構與設計11計算機科學(ComputerScience)電腦(計算機)科學的大部分研究是基於“杜林機”(TuringMachine)和“馮·范紐曼電腦”(JohnvonNeumann)的,它們是絕大多數實際機器的計算模型。西元1937年,亞蘭杜林(AlanTuring)提出了TuringMachine的概念。TuringMachineTuringmachinesareextremelybasicabstractsymbol-manipulatingdeviceswhich,despitetheirsimplicity,canbeadaptedtosimulatethelogicofanycomputerthatcouldpossiblybeconstructed.Thoughtheywereintendedtobetechnicallyfeasible,Turingmachineswerenotmeanttobeapracticalcomputingtechnology,butathoughtexperimentaboutthelimitsofmechanicalcomputation;thustheywerenotactuallyconstructed.Studyingtheirabstractpropertiesyieldsmanyinsightsintocomputerscienceandcomplexitytheory.2019/9/10嵌入式系統組織架構與設計12計算機科學(ComputerScience)TuringMachine艾倫‧杜林的“通用電腦器”(“universalcomputingmachine”)是由他(1936-1937)為他的多用途單機器(電腦器)模型命名,這模型可以“運行”任何任意(但well-formed)指令序列(稱為quintuples)。這模型被一些人例如Davis(2000)認為是“存儲程式電腦”的原點。每台圖靈機從它的字母表得到字串計算一確定的固定偏可計算函數。從外觀上它的行為就像一台使用固定程式的電腦。儘管如此,我們可以把任何杜林機的動作表格編碼到一條字串。2019/9/10嵌入式系統組織架構與設計13計算機科學(ComputerScience)VonNeumannorStoredprogramComputer最早的電腦器僅內涵固定用途的程式,通常是為了簡化或教育目的。例如一個計算器僅有固定的數學計算程式,它不能拿來當作文書處理軟體,更不能拿來玩遊戲。若想要改變此機器的程式,則必須更改線路、更改結構甚至重新設計此機器。范紐曼結構型電腦,則是以儲存程式型電腦的概念改變了這一切。藉由創造一組指令集結構,並將所謂的運算轉化成一串程式指令的執行細節,讓此機器更有彈性。借著將指令當成一種特別型態的靜態資料,一台儲存程式型電腦可輕易改變其程式,並在程式控制下改變其運算內容。2019/9/10嵌入式系統組織架構與設計14計算機的通用架構西元1945年「范紐曼模式」(vonNeumannModel)最主要的精神在於「儲存程式」(storedprogram)的概念2019/9/10嵌入式系統組織架構與設計15uProcessor架構-Intel80386為例Blockdiagramofthei3862019/9/10嵌入式系統組織架構與設計16計算機科學(ComputerScience)計算機系統層次結構從功能上看,現代電腦系統可分為五個層次級別,每一層都能進行程式設計。微程式設計級
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