嵌入式系统历史与现代特征《嵌入式系统原理》.ppt

嵌入式系统原理 第一章嵌入式系统历史与现代特征,主要内容,1.1、嵌入式产品世界 1.2、嵌入式系统与相关领域的历史 1.3、危机与发展特征 1.4 、嵌入式系统定义,1.嵌入式产品世界,环境监测 房屋测量 航空应用,1.2 相关历史,计算,机器,计算理论,系统论,信息论,控制论,计算机,自动化,通讯,融合：嵌入式系统,手脚,眼耳,智力,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,计算与计算机,电子器件,器件材料 电子真空 电极 半导体,封装 单脚 Dip Sop PGA BGA,组装工艺 印刷电路板(1,2,4,6,8, 24层),连线方式 电线 铜箔 多层,固定方式 机械 焊锡,散热方式 机械 焊锡,加工工艺 5 3 1 .8 .5 .3 .12,封装（DIP）,封装（SOP）,封装（PGA）,封装（BGA）,软件 语言 输入方式 存储介质 调试环境 运行环境,CISC RISC VLISC,基本汇编 宏汇编,微码,机器码 指令集,汇编语言,高级语言,Ftortan &Pascal Basic Cobol,C,Java,系统与 结构化,分布 网络化,复杂指令集（CISC）,CISC的英文全称为“Complex Instruction Set Computer”，即“复杂指令系统计算机”。自PC机诞生以来，32位以前的处理器都采用CISC指令集方式。 程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。 顺序执行的优点是控制简单 机器各部分的利用率不高，执行速度慢。 指令不等长，指令的条数比较多，编程和设计处理器时都较为麻烦。 但基于CISC指令架构系统设计的软件已非常普遍，所以微处理器厂商一直在走CISC的发展之路，包括Intel、AMD，还有其他一些现已更名的厂商，如TI、Cyrix，以及现在的VIA等的32位以前处理器。在服务器处理器方面，CISC架构服务器CPU主要有Intel的32位及以前Xeon（至强）的P 、P处理器等，AMD的全系列等,精简指令集（RISC）,RISC的英文全称为“Reduced Instruction Set Computing”，中文名为“精简指令集计算”。 CISC各种指令的使用频度相当悬殊 最常使用的是一些比较简单的指令，它们仅占指令总数的20，但在程序中出现的频度却占80。 CISC缺点 增加微处理器的复杂性 微处理器研制时间长、成本高。 降低了机器的速度。 70年代末，John Cocke提出精简指令的想法。RISC微处理器不仅精简了指令系统，还采用超标量和超流水线结构，大大增强了并行处理能力。1987年Sun Microsystem公司推出的SPARC芯片就是一种超标量结构的RISC处理器。而SGI公司推出的MIPS处理器则采用超流水线结构，这些RISC处理器在构建并行精简指令系统多处理机中起着核心的作用。,精简指令集（RISC）,优点： 指令简单 采用硬布线控制逻辑 处理能力强、速度快 特点： 工作频率一般较低 功率消耗少，温升也少 机器不易发生故障和老化，提高了系统的可靠性,超长指令集（VLISC）,VLISC的英文全称为“Very Long Instruction Set Computer”，中文名为“超长指令集字” 优点： 每时钟周期可运行20条指令，而CISC通常只能运行1到3条指令，RISC是4条指令 简化了处理器的结构，删除了处理器内部许多复杂的控制电路 成本降低，价格低廉，能耗少 缺点： 程序变得很大，需要更多的内存 编译器必须更聪明,清晰并行指令计算（EPIC）,EPIC是“清晰并行指令计算”的简称，它最重要的思想就是“并行处理”。 以前：处理器动态分析代码，决定执行路径 EPIC：编译器完成代码排序 多个指令管道，多个寄存器、很宽的数据通路以及采用指令断定、数据预装以及显式并行技术 从VLISC中分离,CISC/RISC/VLISC,CISC:精妙的汉语，能够组成精美的诗句 RISC：简单的英语，处理比较容易 VLISC：融合两者之长处的世界语,- 1. 第 一 代 真 空 管 计 算 机 时 期 - - 在 这 个 阶 段， 程 序 设 计 全 部 采 用 机 器 语 言， 通 过 在 一 些 插 板 上 的 硬 连 线 来 控 制 其 基 本 功 能， 没 有 程 序 设 计 语 言（ 甚 至 没 有 汇 编 语 言）， 更 谈 不 上 操 作 系 统。 使 用 机 器 的 方 式 是 程 序 员 提 前 在 墙 上 机 时 表 上 预 约 一 段 时 间， 然 后 到 机 房 将 他 的 插 件 板 插 到 计 算 机 中， 在 接 下 来 的 几 小 时 里 计 算 自 己 的 题 目， 期 盼 着 在 这 段 时 间 中， 几 万 个 真 空 管 不 会 烧 断。 这 时 机 器 处 理 的 所 有 题 目 实 际 上 都 是 数 值 计 算 问 题。,- 2 第 二 代 晶 体 管 计 算 机 时 期,第 一 个 计 算 机 用 磁 盘 系 统 是1957 年 出 品 的IBM 305 RAMAC 磁 盘 系 统。1957 年 为IBM 704 计 算 机 设 计 的FORTRAN 编 译 器 完 成。1959 年IBM 公 司 推 出 了IBM 1401 计 算 机 供 商 业 处 理，IBM 1620 计 算 机 供 科 学 计 算。IBM 709 和7094 计 算 机 也 在 此 时 期 推 出,第 二 代 计 算 机 典 型 的 操 作 系 统 是FMS（FORTRAN Monitor System，FORTRAN 监 控 系 统） 和IBMSYS（IBM 为7094 机 配 备 的 操 作 系 统）。 这 些 操 作 系 统 由 监 控 程 序、 特 权 指 令、 存 储 保 护 和 简 单 的 批 处 理 构 成。,- 3. 第 三 代 集 成 电 路 计 算 机 时 期,(1) IBM System/360 操 作 系 统 - 1964 年4 月7 日IBM 宣 布 推 出System/360 计 算 机 系 统， 试 图 一 次 性 地 解 决 上 述 维护与兼容 问 题。 它 的 操 作 系 统 堪 称 一 个 庞 大 的 软 件 恐 龙。 由 于 所 有 的 计 算 机 都 有 相 同 的 体 系 结 构 和 指 令 集， 因 此 在 理 论 上， 为 一 种 型 号 机 器 编 写 的 程 序 可 以 在 其 他 所 有 型 号 的 机 器 上 运 行。System/360 是 第 一 个 采 用 小 规 模 集 成 电 路 的 主 流 机 型， 它 很 快 就 获 得 了 成 功。 这 些 计 算 机 的 后 代 仍 在 大 型 的 计 算 中 心 里 使 用。,(2) 分 时 系 统（Compatible Time Sharing System，CTSS）,(3) 小 型 计 算 机、 电 子 游 戏 和Unix 的 成 功,第 三 代 计 算 机 的 另 一 个 主 要 进 展 是 小 型 机 的 崛 起， 以1961 年DEC 的PDP-1 作 为 起 点。PDP-1 计 算 机 只 有4K 个18 比 特 的 内 存， 每 台 售 价120000 美 元。,价 格 还 不 到IBM 7094 的5%,1969 年， 在 贝 尔 实 验 室 退 出 了MULTICS 研 制 项 目 之 后， 两 名 贝 尔 实 验 室 曾 参 加 过MULTICS 研 制 的 计 算 机 科 学 家Ken Thompson 和Dennis M. Ritchie 在 一 台 无 人 使 用 的PDP-7 机 器 上 重 新 摆 弄 起 一 个 原 先 在MULTICS 项 目 上 设 计 的“ 空 间 旅 行“ 电 子 游 戏。 为 了 使 这 个 游 戏 软 件 能 够 在PDP-7 机 器 上 顺 利 运 行， 他 们 陆 续 开 发 了 浮 点 运 算 软 件 包、 显 示 驱 动 软 件， 设 计 了 文 件 系 统、 实 用 程 序、 命 令 解 释 器(shell) 和 汇 编 程 序。 到 了1970 年， 在 这 一 切 都 完 成 之 后， 他 们 给 新 系 统 起 了 一 个 同MULTICS 发 音 相 近 的 名 字Unix。 随 后， 整 个Unix 用C 语 言 全 部 重 写。 自 此，Unix 诞 生 了。,第一， Unix 是 世 界 上 惟 一 能 在 笔 记 本 计 算 机、PC 机、 工 作 站 直 至 巨 型 机 上 运 行 的 操 作 系 统。 第 二， 系 统 源 代 码 非 常 有 效， 系 统 容 易 适 应 特 殊 的 需 求。 第三， 它 是 一 个 良 好 的、 通 用 的、 多 用 户、 多 任 务 的 分 时 操 作 系 统。 第四，Unix 有 良 好 的 树 形 文 件 系 统 和 一 定 的 安 全 机 制， 有 简 洁 的 字 符 流 文 件 和 文 件 保 护 机 制。Unix 有 功 能 强 大 的shell， 它 既 是 命 令 解 释 器， 又 是 编 程 用 高 级 语 言， 还 可 用 于 扩 充 系 统 的 功 能。,在IBM 个 人 计 算 机 出 现 之 后，SCO 公 司 推 出 了 PC 版 本 的Unix-SCO Unix。 随 后，Unix 也 被 移 植 到Motorola 68000 CPU 的 微 机 上。80 年 代 中 期， 工 作 站 又 把Unix 带 入 更 广 的 应 用 领 域， Sun 公 司 的Solaris（Unix 的 兼 容 操 作 系 统） 是 其 典 型 代 表。 在 嵌 入 式 操 作 系 统 中， 著 名 的QNX 也 是Unix 的 兼 容 操 作 系 统。,- 4. 第 四 代 大 规 模 集 成 电 路 计 算 机 时 期,- (1) CP/M 的 冷 落 和MS DOS 的 兴 旺 - 1973 年Gary Kildall 看 到 对 于 个 人 计 算 机 操 作 系 统 的 需 求， 设 计 了CP/M 操 作 系 统(Control Program/Microprocessor or Microcomputer)。CP/M 操 作 系 统 有 较 好 的 层 次 结 构。 它 的BIOS( 基 本 输 入 输 出 系 统) 把 操 作 系 统 的 其 他 模 块 与 硬 件 配 置 分 隔 开， 即 只 有BIOS 与 硬 件 配 置 有 关， 所 以 它 的 可 移 植 性 好， 还 具 有 较 好 的 可 适 应 性 和 易 学 易 用 性。 到 了1981 年， CP/M 操 作 系 统 成 为 世 界 上 流 行 最 广 的8 位 操 作 系 统 之 一。,MS DOS 操 作 系 统 具 有 性