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Mikrocomputertechnik
Herzlich WillkommenJürgen Walter
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Tabelle 8.1 Entwicklung einer Prozessor-familie
Jahr Prozessor Bemerkungen
1969/70 8008
1971 8008 Siemens Second Source
1973 8080
1978 8086
1981 8088 = 8086 mit 8-Bit externem Datenbus IBM-PC
1982 80186
1982 80286
1985 80386
1988 80386SX = 80386 mit 16-Bit externem Datenbus
1989 80486 1,2 Millionen Transistoren !
1990 80386 SL Stromsparende Version 80386
1991 80486SX = 80486 mit 16-Bit externem Datenbus
1991 80486 50MHz
1993 Pentium
1994 Pentium Pro Auf 32-Bit getrimmt
1997 Pentium MMX Grafik-, Video-, Audio-Verarbeitung
1998 Celeron Privat-Anwender
1998 Pentium II Xeon Server, Workstations
1999 Pentium III / Xeon Desktop / Server
2000 Pentium 4 Neue Architektur, Front Side Bus, Befehlssatz
2001 Xeon Dualprozessor
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Tabelle 8.1 Entwicklung einer Prozessor-familie
2001 Itanium Server 64-Bit
2002 Pentium 4 –M Notebookprozessor
2002 Itanium 2 Server 64-Bit
2004 Celeron M Mobile Plattform für Privatanwender
2005 Pentium Extreme Erste Dualcore Prozessor
2005 Celeron D 64-Bit für günstige PCs
2006 Core 2 Duo PC und Notebook Prozessor
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Tabelle 8.2 Prozessoren: Namen und Aufgabengebiet
Prozessor Beispiel Bitbreite Art Einsatzgebiet µ-Prozessor 6502, 6809 8-Bit CISC allgemein , Home-Computer,
PC8080, 8085 8-Bit CISC allgemein , PC, IndustrieZ-80 8-Bit CISC allgemein, PC, Industrie68000 16-Bit CISC allgemein , Macintosh,68020 32-Bit CISC allgemein, Macintosh80x86 16-Bit CISC allgemein, PCPentium 32-Bit RISC allgemein, PCi960 32-Bit C/RISC allgemein, Hybridi860 64-Bit RISC allgemein / WorkstationMPC604 64-Bit RISC allgemein, Server, Workstation
Arithmetik- 8087 8-Bit arithmetische Operationenprozessor 80287 16-Bit arithmetische Operationen
80387 32-Bit arithmetische OperationenSignal- ADSP 2100 16-Bit RISC Digitale Signalverarbeitungprozessor TMS 320 16-Bit RISC Digitale Signalverarbeitung
DSP 56001 24-Bit Digitale SignalverarbeitungADSP 21020 32-Bit RISC Digitale SignalverarbeitungDSP 96000 32-Bit RISC Digitale SignalverarbeitungTMS 32040 32-Bit RISC Digitale Signalverarbeitung
Grafik- ET4000 Grafikprozessor P9100 24-Bit Grafik
Vision864 64-Bit GrafikController 8051 8-Bit CISC Für spezielle Aufgaben
8096 16-Bit CISC Für spezielle Aufgaben80166 16-Bit CISC
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Tabelle 8.3 Unterscheidungskriterien für Prozessoren
Kriterium Bemerkungen / typische WerteAllgemeine Register 4,8Arithmetische Register 8Index-Register 4,8Segment-Register 4,8Busbreite Adressbus nach außen 4,8,16,24,32,64 BitBusbreite Adressbus intern 4,8,16,24,32,64 BitBusbreite Datenbus nach außen 4,8,16,24,32,64 BitBusbreite Datenbus intern 4,8,16,24,32,64 BitTaktfrequenz 5,8,10,16,20,25,33,50,66,100,150 MHzDatenfluss 2,5,16,50,80,132,160 MByte/sAdressierbarer Speicherbereich 64, 512 KByte; 1,16,32 MByte; 4 GByteMemory Management auf dem ChipI/O Adressierbarkeit 64 KByteAdressierarten 8,1,24Interface für ArithmetikprozessorCache 1st Level, 2nd LevelPin-Anzahl 40, 68, 100, 132, 228Stromversorgung 3,3V, 5V
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Abb. 8.1 Anzeige des Hauptspeichers im Programm DEBUG.EXE
C:\>debug-d2000:00202000:0020 E9 DF 00 50 52 80 3E CA-4C 40 74 E5 E8 B9 FD 72 ...PR.>[email protected]:0030 E3 8B 1E 18 59 B8 02 42-33 D2 8B CA CD 21 A3 C0 ....Y..B3....!..2000:0040 4C 89 16 C2 4C A3 C6 4C-89 16 C4 4C 8B F2 8B F8 L...L..L...L....2000:0050 B8 00 42 33 D2 8B CA CD-21 58 5B 53 50 05 0F 00 ..B3....!X[SP...2000:0060 D1 D8 B1 03 B1 04 D3 E8-03 D8 8B D6 8B C7 83 FA ................2000:0070 10 73 95 B9 10 00 F7 F1-0B D2 74 01 40 03 C3 72 [email protected]:0080 87 2E 3B 06 02 00 77 80-89 3E A7 4C 89 36 A5 4C ..;...w..>.L.6.L2000:0090 5A 58 8B DA 83 E2 0F B1-04 D3 EB 03 C3 50 52 89 ZX...........PR.-rAX=0000 BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000DS=24EE ES=24EE SS=24EE CS=24EE IP=0100 NV UP EI PL NZ NA PO NC24EE:0100 FE3C ??? [SI] DS:0000=CD
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Abb. 8.2 Blockbild des Signalprozessors 218x Analog Devices
PROGRAMSEQUENZER
ARITHMETIC UNITS
MEMORY
HOST MODE
OR
FULL MEMORY MODE
POWER-DOWNCONTROL
PROGRAMSEQUENZER
DATA ADDRESSGENERATORSDAG1 DAG2
ALU MAC SHIFTER
ADSP-2100 BASEARCHITECTURE
SERIAL PORTS TIMER
DATA MEMORY DATA
PROGRAM MEMORY DATA
DATA MEMORY ADDRESS
PROGRAM MEMORY ADDRESS
SPORT0 SPORT1
PROGRAMMEMORY
UP TO48K x 24-BIT
DATAMEMORY
UP TO56 x 16-BIT
PROGRAMMABLEI/O
ANDFLAGS
EXTERNALADDRESS
BUS
INTERNALDMA
PORT
EXTERNALDATABUS
EXTERNALDATABUS
BYTE DMACONTROLLER
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Abb. 8.3 ADSP-2106x Blockbild
Core Processor4 MBIT SRAM
JTAG
EXTERNALPORT
I/O PROCESSOR
2 unabhängige 2MBIT Bänke
Zweiseitiger Zugriff
DAG 1 DAG 2
8x4x32 8x4x24
Program
Sequenzer
Test &
Emulation
Processor Port I/O PortADDR
ADDR
ADDR
ADDRDATA
DATA
DATA
DATA
IOD48
IOA17
7
32
48
Timer Cache32x48
AddressBusMux
DataBusMux
Host Port &Multiprocessor
Interface
PM Address Bus 24
DM Address Bus 32
DM Data Bus 40
PM Data Bus 48
4
36
6
6
DMAController
Serial Ports0,1
Link Ports0,1,2,3,4,5
IOPRegisters
Memory
Mapped
Register
File
Barrel
Shifter
16x40
ALUMultiplier
Bus
Control
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Abb. 8.4 Einheiten des C515C-Controllers
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Abb. 8.5 Blockschaltbild FullCAN Controller (Users Manual Infineon)
BTL-Configuration
TXDC RXDC
Bit
IntelligentMemory
InterruptRegister
Clocks(to all)Control
MessagesHandlers
Status +Control
ErrorManagement
Logic
TimingGenerator
BitTimingLogic
CRCGen/Check
TX/RX Shift Register
BitStream
Processor
StatusRegister
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Abb. 8.5 Blockschaltbild C8051F340
• 8051 Kern• Digitale Ein- Ausgänge• Analoge Einheit• Oszillator• USB Controller
64/32 kB
ISP FLASHFLEXIBLE
INTERRUPTS
8051 CPU
48 MIPSDEBUG
CIRCIUTRY
4 kB RAM
POR WDT
HIGH-SPEED CONTROLLER CORE
USB Controller /
Transceiver
PRECISION INTERNAL
OSCILLATORS
Analoge
Peripherie
10-bit
200ksps
ADC
TEMP
SENSORVREF VREG
+
-+
-
UART0
UART1
SPI
SMBus
PCA
4 Timers
Ext.
Mem
ory
I/F
CR
OS
SB
AR
Port 0
Port 1
Port 2
Port 3
Port 4
DIGITAL I/O
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Auf dem Chip: 8051 Kern High Speed
• Pipelined Instructions architecture
• 70% der Befehle mit 1 oder 2 Systemtakten
• 48 MIPS• Erweiterter Interrupt
Verwaltung• Watchdog Timer
64/32 kB
ISP FLASHFLEXIBLE
INTERRUPTS
8051 CPU
48 MIPSDEBUG
CIRCIUTRY
4 kB RAM
POR WDT
HIGH-SPEED CONTROLLER CORE
• Speicher• 4352 Bytes RAM• 64kB Flash
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Auf dem Chip: Analogteil
• Multiplexer• Differentieller oder auf
Masse bezogener Eingang
• 10-Bit A/D-Wandler Abtastfrequenz 200kHz
• Temperatursensor• Vergleichspannung
extern oder intern• Option externer
Wandlungsstart
+
-
Analoge
Peripherie
10-bit
200ksps
ADC
TEMP
SENSORVREF VREG
+
-
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Auf dem Chip: Digitale Ein- Ausgänge
• 40 Ports 5 V tolerant Hoher Strom
• SMBus – I2C• SPI-BUS• 2 UARTS• 4 16-Bit Zähler /
Zeitgeber• 16-Bit Zähler-Array• Ext. Speicherschnittstelle
UART0
UART1
SPI
SMBus
PCA
4 Timers
Ext.
Mem
ory
I/F
CR
OSSB
AR
Port 0
Port 1
Port 2
Port 3
Port 4
DIGITAL I/O
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Auf dem Chip: Takterzeugung
• 0,25% Genauigkeit• Taktrückgewinnung• Unterstützung USB und
UART• Externer Oszillator• 80 kHz Interner Oszillator• Kann zwischen
Taktquellen im Betrieb umschalten
PRECISION INTERNAL
OSCILLATORS
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Auf dem Chip: USB Controller / Transceiver
• USB Spezifikation 2.0• Full speed 12 Mbps• Low speed 1,5 Mbps• Integrierter Takt• Unterstützt 8 Endpunkte• 1 kB USB Buffer Speicher• Integrierter Sender• Keine externen Bauteile
USB Controller /
Transceiver
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Abb. 8.6 Prototyp mit C8051F340 auf der EURO_535