微处理器系统结构与嵌入式系统
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微处理器系统结构与嵌入式系统设计
第一章 概述
一．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
二．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
四．嵌入式(计算机)系统
概念、特点、组成、发展趋势
五．课程体系介绍
2 / 53
2019/12/4
第一章习题
作业：2、3、5、8 思考：4、6、9
23 / 53
2019/12/4
嵌入式(计算机)系统
24 / 53
2019/12/4
嵌入式系统的定义
IEEE定义
devices used to control, monitor，or assist the operation equipment , machinery or plants
国内普遍认同的定义
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。
1. 节能 Power savings
2. 数字生活 Digital life
3. 泛在传感器网络 Ubiquitous Sensor Networks (USN)
4. 高性能视频会议High-Performance Video Conferencing
3 / 53
2019/12/4
第一章结束
计算机是什么？
5 / 53
2019/12/4
计算机的分类
后PC时代：通用计算机、嵌入式计算机
6 / 53
2019/12/4
IT行业的四大定律
1.Moore(摩尔)定律
微处理器内晶体管集成度每18个月翻一番
2.Bell(贝尔)定律
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；
300mm-> 400mm->…… 特征尺寸：3µ m-> 2µ m-> 1.2µ m-> 0.8µ m-> 0.5µ m-> 0.35µ m->0.25µ m
-> 0.18µ m-> 0.13µ m-> 90nm-> 65nm -> 45nm ->……
Intel Core i7 四核处理器
16 / 53
8 / 53
2019/12/4
1642年
1673年
1703年提出二进 制算术，成为数 字设计的基础
1822年
1834年
电子技术和半导体技术的诞生
1906年美国Lee de Forest 发明电子管
电子管(vacuum tube) 时代
晶体管(transistor)时代 第一个晶体管的诞生
10 / 53
2019/12/4
第一代电子管计算机ENIAC
11 / 53
2019/12/4
第一台存储程序计算机EDSAC
12 / 53
2019/12/4
1958年
德州仪器公司
第一块集成电路
该电路是在褚衬底 上制作的移相振荡 器 和触发器，共 有12个器件，器件 之间用介质隔离， 器件间互连线采用 的是引线焊接方法 。
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……
3.Gilder（吉尔德）定律
源自文库
未来25年（1996年预言）里，主干网的带宽将每 6个月增加一倍；
4.Metcalfe（梅特卡尔夫）定律
网络价值同网络用户数的平方成正比； 7 / 53
2019/12/4
ITU-T （国际电信联盟远程通信标准化组织） 近年关注的热门话题
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”(Solid circuit)的出现，这就是以后的“集成电路”的代名 词。
2000年，基尔比获诺贝尔物理学奖
集成度迅猛发展
14 / 53
2019/12/4
Gordon Moore：Intel的创始人之一
IC技术：SSI/MSI-> LSI-> VLSI-> ULSI-> GLSI->…… 晶圆尺寸：100mm-> 125mm-> 150mm-> 200mm->
2019/12/4
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（1955～1965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。
第五代 无所不在的计算机
生物计算机、模糊计算机、光计算机、量子计算机、超导计算机、……
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2019/12/4
计算的发展
微电子技术 计算机技术
通信技术
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普适计算(无所不在的计算机)
CPU > 90%
< 10%
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泛在通信(无所不在的计算机)
5. 数字安全Sybersecurity
6. 下一代网络及功效Next-Generation Networks and Energy Efficiency
7. 远距离协作工具Remote Collaboration Tools
8. 智能传送网 Intelligent Transport Systems (ITS)
第三代（1965～1980年）集成电路计算机
以中小规模集成电路为主要部件，内存用磁芯、半导体，外存用磁盘。软件 广泛使用操作系统，产生了分时、实时等操作系统和计算机网络
第四代（1980年至今）个人计算机
以LSI、VLSI为主要部件，以半导体存储器和磁盘为内、外存储器。在软件 方法上产生了结构化程序设计和面向对象程序设计的思想。网络操作系 统、数据库管理系统得到广泛应用。微处理器和微型计算机也在这一阶 段诞生并获得飞速发展。
以各种形态嵌入到对象体系中的专用计算
机系统
芯片级（MCU、SoC） 板级（单板、模块）
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2019/12/4
物联网技术
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物联网技术
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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、
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。
第一章 概述
一．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
二．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
四．嵌入式(计算机)系统
概念、特点、组成、发展趋势
五．课程体系介绍
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第一章习题
作业：2、3、5、8 思考：4、6、9
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嵌入式(计算机)系统
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嵌入式系统的定义
IEEE定义
devices used to control, monitor，or assist the operation equipment , machinery or plants
国内普遍认同的定义
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。
1. 节能 Power savings
2. 数字生活 Digital life
3. 泛在传感器网络 Ubiquitous Sensor Networks (USN)
4. 高性能视频会议High-Performance Video Conferencing
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第一章结束
计算机是什么？
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计算机的分类
后PC时代：通用计算机、嵌入式计算机
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IT行业的四大定律
1.Moore(摩尔)定律
微处理器内晶体管集成度每18个月翻一番
2.Bell(贝尔)定律
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；
300mm-> 400mm->…… 特征尺寸：3µ m-> 2µ m-> 1.2µ m-> 0.8µ m-> 0.5µ m-> 0.35µ m->0.25µ m
-> 0.18µ m-> 0.13µ m-> 90nm-> 65nm -> 45nm ->……
Intel Core i7 四核处理器
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1642年
1673年
1703年提出二进 制算术，成为数 字设计的基础
1822年
1834年
电子技术和半导体技术的诞生
1906年美国Lee de Forest 发明电子管
电子管(vacuum tube) 时代
晶体管(transistor)时代 第一个晶体管的诞生
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第一代电子管计算机ENIAC
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第一台存储程序计算机EDSAC
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1958年
德州仪器公司
第一块集成电路
该电路是在褚衬底 上制作的移相振荡 器 和触发器，共 有12个器件，器件 之间用介质隔离， 器件间互连线采用 的是引线焊接方法 。
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……
3.Gilder（吉尔德）定律
源自文库
未来25年（1996年预言）里，主干网的带宽将每 6个月增加一倍；
4.Metcalfe（梅特卡尔夫）定律
网络价值同网络用户数的平方成正比； 7 / 53
2019/12/4
ITU-T （国际电信联盟远程通信标准化组织） 近年关注的热门话题
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”(Solid circuit)的出现，这就是以后的“集成电路”的代名 词。
2000年，基尔比获诺贝尔物理学奖
集成度迅猛发展
14 / 53
2019/12/4
Gordon Moore：Intel的创始人之一
IC技术：SSI/MSI-> LSI-> VLSI-> ULSI-> GLSI->…… 晶圆尺寸：100mm-> 125mm-> 150mm-> 200mm->
2019/12/4
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（1955～1965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。
第五代 无所不在的计算机
生物计算机、模糊计算机、光计算机、量子计算机、超导计算机、……
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计算的发展
微电子技术 计算机技术
通信技术
18 / 53
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普适计算(无所不在的计算机)
CPU > 90%
< 10%
19 / 53
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泛在通信(无所不在的计算机)
5. 数字安全Sybersecurity
6. 下一代网络及功效Next-Generation Networks and Energy Efficiency
7. 远距离协作工具Remote Collaboration Tools
8. 智能传送网 Intelligent Transport Systems (ITS)
第三代（1965～1980年）集成电路计算机
以中小规模集成电路为主要部件，内存用磁芯、半导体，外存用磁盘。软件 广泛使用操作系统，产生了分时、实时等操作系统和计算机网络
第四代（1980年至今）个人计算机
以LSI、VLSI为主要部件，以半导体存储器和磁盘为内、外存储器。在软件 方法上产生了结构化程序设计和面向对象程序设计的思想。网络操作系 统、数据库管理系统得到广泛应用。微处理器和微型计算机也在这一阶 段诞生并获得飞速发展。
以各种形态嵌入到对象体系中的专用计算
机系统
芯片级（MCU、SoC） 板级（单板、模块）
20 / 53
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物联网技术
21 / 53
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物联网技术
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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、
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。