1 / 49

Procesni sistemi vodenja

Procesni sistemi vodenja. Komponente mikroprocesorskih sistemov. Vsebina poglavja. Model in delovanje mikroprocesorja Pomnilniki Vodila CISC, RISC, mikrokrmilniki, DSP Aritmetika: celoštevilčna in s plavajočo vejico. Model in delovanje mikroprocesorja. Model mikroprocesorja Registri

gala
Download Presentation

Procesni sistemi vodenja

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Procesni sistemi vodenja Komponente mikroprocesorskih sistemov Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  2. Vsebina poglavja • Model in delovanje mikroprocesorja • Pomnilniki • Vodila • CISC, RISC, mikrokrmilniki, DSP • Aritmetika: celoštevilčna in s plavajočo vejico Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  3. Model in delovanje mikroprocesorja • Model mikroprocesorja • Registri • Centralna procesna enota • Aritmetična logična enota (ALU) Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  4. Model mikroprocesorja Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  5. Registri • S podatki običajno manipuliramo v registrih CPE. Manipulacija pomeni: • Seštevanje števil • Komplement števila • Pomik • ... • Registri so skupine flip-flopov • Nekateri procesorji lahko manipulirajo s podatki v pomnilniku. Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  6. Registri • Preprost register • Register z omogočitvijo in brisanjem Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  7. Registri • podatkovni • tukaj se izvaja seštevajne,odštevanje, ... • naslovni ali indeksni • nam kažejo kje so podatki • kontrolni registri • Z njimi nadzorujemo delovanje procesorja in njegovih enot. • statusni register • Nam kaže stanje enote procesorja. • vmesni register (Buffer) • je register ki nam pospeši prenos podatkov. Podatek gre najprej vbuffer potem pa v posamezno enoto. Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  8. Centralna procesna enota (CPU) NV- naslovno vodilo KV- kontrolno vodilo PV- podatkovno vodilo PC- Program Counter (programski števec nam kaže na lokacijo kjer seizvaja program) ALU- Aritmetic Logic Unit Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  9. Pipeline: Fetch & execute, prefetch Fetch (Pridobi) Machine code (Assembler) Strojni jezik (Zbirni jezik) Bit pattern Bitni vzorec Execute (Izvedi) Decode (Dekodiraj) Lahko tudi več ciklov za Eno instrukcijo Microcode program Program v mikrokodi Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  10. Aritmetična logična enota (ALU) • Izvaja aritmetične in logične operacije • Aritmetične: seštevanje, odštevanje, množenje, ... • Logične: IN, ALI, XOR, NE, ... • Testiranje bitov • Rotacije in pomike • Uporablja enega ali več akumulatorjev • Akumulator je register, ki ga ALU uporablja za manipulacijo s podatki. Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  11. Število bitov procesorja • 8b • Preprosti krmilniki, binarni vhod in izhod, uporabno za krmilja. • 16b • Preproste regulacije, analogni vhodi in izhodi. • 32b • Kompleksne regulacije in obdelave podatkov. • >32b • Grafične aplikacije ipd. Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  12. Pojmi • PROGRAM • Zaporedje ukazov ki jih CPE bere iz pomnilnika in jih izvaja. • POMNILNIK • vsebuje programinpodatke. • POMNILNIŠKA CELICA • vsebuje podatek ali program, pomembna jenjena dolžina(v našem primeru 8-bitov, lahko pa tudi tudi več 16-, 24-, 32-,i-bitov). En bit pomnilnika lahko zavzame vrednost 0 ali 1. • PODATKOVNO VODILO • Preko njega dostopamo do vsebine. • VSEBINA • je lahko program ali podatek. • NASLOVNO VODILO • določa naslov pomnilniške celice ali lokacijo Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  13. Pomnilniki • ROM • RAM • DARAM (Dual Access RAM) • 2 dostopa (pisanje/branje) na cikel • SARAM (Single Access RAM) • 1 dostop (pisanje/branje) na cikel • PROM • EPROM • EEPROM • Flash-ROM Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  14. Pomnilnik - model Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  15. Big Endian / Little Endian • Primer shranjevanja 4-byteBCD števila 12345678 z začetkom na spominski lokaciji $0400. • Big endian • Najmanj pomemben bit (LSB) ima najvišji naslov. • Little endian • Najmanj pomemben bit (LSB) ima najnižji naslov. Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  16. Izvor Big Endian / Little Endian V knjigi “Gulliverjeva potovanja” Jonathana Swifta nastopata dva naroda, ki sta se razlikovala: • Liliputianci so razbijali jajca na tanjšem koncu - little endian. • Blefasko je narod, ki je razbijal jajca na širšem koncu – bigendians. • Naroda sta se zaradi spora o boljšem načinu razbijanja jajc vojskovala v dolgi vojni. Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  17. Vodila • podatkovno vodilo • naslovno vodilo • kontrolno vodilo • fetch & execute, prefetch • Von Neumanova in Harvardska arhitektura • DMA Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  18. Podatkovno in naslovno vodilo Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  19. Fizični izgled Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  20. Nadzorna logika CS (Chip Select) Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  21. Nadzorna logika CS (Chip Select) • KONTROLNO VODILO • krmili delovanje sistema, vpisujemo aliberemo podatke. • NADZORNA LOGIKA • nam pove katero enoto naslavljamo. Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  22. Von Neumannova arhitektura • Podatki in ukazi se pošiljajo po istih vodilih. Klasično vezje delaparalelno, vse hkrati. Karakteristično izvajanje ukaza prefetch za cache. Zaizvršitev ukaza sta potrebna 2 pulza: • 1. pulz za prevzem ukaza (fetch), prebere • 2. pulz za izvršitev ukaza (execute) Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  23. Harwardska arhitektura Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  24. Harwardska arhitektura • podatkovno vodilo + podatkovno naslovno vodilo • vodilo za ukaze + ukazno naslovno vodilo • ločen pomnilnik za podatke (1. IC) • ločen pomnilnik za program (2. IC) • hitrejši procesi • dražji • kompleksnejši Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  25. DSP Procesor Harvardska arhitektura 2-4 dostopa do pomnilnika v enem ciklu Ni cache-ja ali SRAM na čipu Splošno namenski μP Von Neumannova arhitektura Tipčno 1 dostop/cikel Lahko uporablja cache-je Primerjava Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  26. DMA • Direct memory access • Neposredni dostop do pomnilnika, brez obremenjevanja CPE. Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  27. CISC, RISC, Mikrokrmilniki, DSP • CISC • Complex Instruction Set Computer • RISC • Reduced Instruction Set Computer • Mikrokrmilnik • Mikroprocesor z vgrajenimi V/I enotami. • DSP • Digital Signal Processor / Processing Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  28. Mikrokrmilnik – osnovno delovanje • Program (instrukcije) in podatki so shranjeni v pomnilniku • Vsaka instrukcije je prebrana (fetched) iz pomnilnika, interpretirana (decoded) in izvedena • Arithmetična LogičnaEnota (ALU) izvaja operacije nad podatkih • Podatki se prenašajo (registri, pomnilnik, I/O) • Programskištevec (PC) kaže na trenutno lokacijo v programskem pomnilniku in se samodejno poveča po izvedbi vsake instrukcije • Instrukcija lahko traja več urinih ciklov Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  29. Model mikrokrmilnika Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  30. Model mikrokrmilnika • Razen CPE vsebuje še vsaj RAM, ROM, periferije • Zunanje vodilo • DA ali NE (enostavni) - zunanje vodilo je dobro imeti za razvoj. • V/I enote so programirljive • ROM, EPROM, EEPROM, FLASH-PROM • RAM • Serijski vmesniki • Binarni vmesniki (lahko vhodi ali izhodi). • Splošno namenski časovniki • WATCH DOG • je programabilni časovnik za nadzor sistema. Če nam sistem obstoji in se nekaj časa ne odziva nam ga watch dog resetira in se sistem znova naloži. • A/D pretvorniki: • 8-, 10- ali 12- bitni (1, 2 ali 3 takih pretvornikov z uporabo multiplekserja razširimo na več vhodov). • PWM: • generiramo pulze z različno širino (različna dolžina in različna frekvenca). Z uporabo filtra( kondenzatorja) pa dobimo zvezni signal. Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  31. DSP : Splošno namenski mikroprocesor • DSP so v osnovi narejeni za izvajanje posameznih aplikacij. • Njihov operacijski sistem je bistveno preprostejši, ni virtualnega pomnilnika ali zaščit, ... • DSP pogosto poganjajo operacije v strogem realnem času (hard real-time). • Program mora biti napisan tako, da se vedno izvede znotraj določenega časovnega okna. • Vse možne prekinitve morajo biti vnaprej predvidene in njihovo trajanje upoštevano. • Vse dodatne prekinitve so torej SLABE! • DSP imajo neskončni zvezni pritok podatkov. Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  32. DSP : Splošno namenski mikroprocesor DSP • Specializirana strojna oprema izvaja vse ključne operacije v enem ciklu. • Strojna podpora za zagotavljanje numeričnega delovanja: • Pomiki (Shifters) • Zaščitni biti (Guard bits) • Omejitve (Saturation) Splošno namenski μP • Množenja pogosto trajajo več ciklov. • Pomiki pogosto trajajo več ciklov. • Druge operacije (pomiki, zaokroževanja, ...) pogosto trajajo več ciklov. Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  33. Digitalno tipanje analognega signala A 40 Y =  ai * xi i = 1 t Zakaj Multiply/Add? DSP ADC DAC x Y Večino algoritmov digitalne obdelave signalov lahko predstavimo kot: (Digitalni filtri, regulatorji, ...) Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  34. DSP - MAC Izračun algoritma FIR Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  35. DSP - MAC Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  36. DSP – primer aplikacije – FIR filter Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  37. Aritmetika procesorja • Numerični formati • Celoštevilčna aritmetika • Aritmetika s plavajočo vejico Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  38. Opis desetiškega števila: 123410 = 1 * 103 + 2 * 102 + 3 * 101 + 4 * 100 Opis dvojiškega števila: 10112 = 1 * 23 + 0 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20 Celoštevilčna aritmetika • Predznačena števila: • Nepredznačena števila: Unsigned Signed Predznak Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  39. Zapis negativnih števil (4b števila) • Eniški komplement -1 = 1110 -3 = 1100 • Dvojiški komplement -1 = 1111 -3 = 1101 • Za računske operacije se uporablja dvojiški komplement Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  40. Opis desetiškega števila z decimalno vejico Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  41. Opis dvojiškega števila z decimalno vejico Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  42. Računske operacije - seštevanje Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  43. Računske operacije - množenje Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  44. Q – aritmetika – zapis s fiksno vejico • xQn = x * 2n – zapis števila v Qn aritmetiki • Primer – zapis števila 33,333 v Q8 aritmetiki 33.333 * 28 = 8533,248 = 0010000101010101 = 8533 / 28 = 33,33203125 • Ločljivost!!! - pojavi se razlika! Predznak Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  45. Reprezentacija števil s plavajočo vejico • S – predznak • E – eksponent • M – mantisa • IEEE 754: • S = 1b, E = 8b, M=23b S E M Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  46. Podatkovni tipi v programskem jeziku C Velja za TMS320C2x/C2xx/C5x Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  47. Zmanjševanje porabe moči Ena od pomembnih lastnosti mikrokrmilnika! Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  48. Domača naloga • Ni domače naloge. Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

  49. Možna vprašanja na izpitu • Katere so glavne enote mikroprocesorja? • Opisi: • CPE, ALE, registri, vodila • Naštej tipe registrov in opiši njihovo delovanje! • Opiši način izvajanja programa v mikroprocesorju (fetch, decode, execute)! • Katere tipe pomnilnikov poznaš? Opiši! • Katera vodila ima mikroprocesor in kaj so njihove naloge? • Opiši in primerjaja Harwardsko in Von Neumannovo arhitekturo procesorja! • Opiši razliko med mikrokrmilnikom in splošno namenskim mikroprocesorjem! • Opiši princip in namen DMA! • Pojmi: CISC, RISC, mikrokrmilnik, DSP – kaj pomenijo? • Kaj loči DSP od splošno namenskega mikroprocesorja? • Pojasni razliko med aritmetiko s fiksno in plavajočo decimalno vejico! Procesni sistemi vodenja - Komponente mikroprocesorskih sistemov

More Related