Ενσωµατωµένα Υπολογιστικά Συστήµατα (Embedded Computer Systems)



Σχετικά έγγραφα
Instruction Execution Times

ΕΝΣΩΜΑΤΩΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ- ΣΤΕΦ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧ. ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Τ.Ε.

ΔΙΑΧΥΤΑ ΚΑΙ ΕΝΣΩΜΑΤΩΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Μηχανοτρονική. Τμήμα Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης 7 ο Εξάμηνο,

Κεφάλαιο 1 Αφαιρετικότητα και Τεχνολογία Υπολογιστών (Computer Abstractions and Technology)

ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΥΞΗΣΗΣ ΤΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ I

ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΓΕΓΟΝΟΤΩΝ ΒΗΜΑΤΙΣΜΟΥ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΙΟΜΕΤΡΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΥΛΙΚΟΥ AVR 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΓΕΝΙΚΗ ΔΟΜΗ 1.2 ΟΙΚΟΓΕΝΕΙΕΣ 1.3 ΤΥΠΟΙ 1.4 ΕΡΓΑΛΕΙΑ

Ενσωµατωµένα Υπολογιστικά Συστήµατα (Embedded Computer Systems)

Αρχιτεκτονική υπολογιστών

Modbus basic setup notes for IO-Link AL1xxx Master Block

3. Προσωπικός Ηλεκτρονικός Υπολογιστής (Personal Computer - PC)

Bring Your Own Device (BYOD) Legal Challenges of the new Business Trend MINA ZOULOVITS LAWYER, PARNTER FILOTHEIDIS & PARTNERS LAW FIRM

Προγραµµατισµός Συστηµάτων Πραγµατικού Χρόνου

CMOS Technology for Computer Architects

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Μελέτη των επεξεργαστών 32 bit της εταιρίας Microchip Technology και ανάπτυξη σειράς υποδειγµατικών εφαρµογών

Elements of Information Theory

Assalamu `alaikum wr. wb.

Δομημένος Προγραμματισμός

Εγκατάσταση λογισμικού και αναβάθμιση συσκευής Device software installation and software upgrade

TIME SWITCHES AND TWILIGHT SWITCHES

ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗ ΑΛΛΗΛΟΓΡΑΦΙΑ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΣΤΗΝ ΑΓΓΛΙΚΗ ΓΛΩΣΣΑ

UNIVERSITY OF CALIFORNIA. EECS 150 Fall ) You are implementing an 4:1 Multiplexer that has the following specifications:

Λογικά σύμβολα των CPU, RAM, ROM και I/O module

HOMEWORK 4 = G. In order to plot the stress versus the stretch we define a normalized stretch:

Γιπλυμαηική Δπγαζία. «Ανθπυποκενηπικόρ ζσεδιαζμόρ γέθςπαρ πλοίος» Φοςζιάνηρ Αθανάζιορ. Δπιβλέπυν Καθηγηηήρ: Νηθφιανο Π. Βεληίθνο

Αρχιτεκτονική Σχεδίαση Ασαφούς Ελεγκτή σε VHDL και Υλοποίηση σε FPGA ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Το υλικό του υπολογιστή. Υλικό (hardware) είναι οτιδήποτε έχει μια υλικήφυσική υπόσταση σε ένα υπολογιστικό σύστημα.

Test Data Management in Practice

Τέτοιες λειτουργίες γίνονται διαμέσου του

ΚΥΠΡΙΑΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ CYPRUS COMPUTER SOCIETY ΠΑΓΚΥΠΡΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ 24/3/2007

HCI - Human Computer Interaction Σχεδιασμός Διεπαφής. ΓΤΠ 61 Βαµβακάρης Μιχάλης 09/12/07

ΜΕΛΕΤΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ

ΚΥΠΡΙΑΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ CYPRUS COMPUTER SOCIETY ΠΑΓΚΥΠΡΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ 6/5/2006

ίκτυο προστασίας για τα Ελληνικά αγροτικά και οικόσιτα ζώα on.net e-foundatio // itute: toring Insti SAVE-Monit

Υπερβαθμωτή (superscalar) Οργάνωση Υπολογιστών

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία ιάλεξη 5

Ειδική Επιστημονική Εργασία. Σχεδίαση και υλοποίηση Θέσεως Εργασίας ενός Εργαστηρίου DSPs από Απόσταση για Λήψη και Επεξεργασία Εικόνας

Δίκτυα Επικοινωνιών ΙΙ: OSPF Configuration

Προσομοίωση BP με το Bizagi Modeler

ΚΥΠΡΙΑΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ CYPRUS COMPUTER SOCIETY ΠΑΓΚΥΠΡΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ 19/5/2007

2R2. 2 (L W H) [mm] Wire Wound SMD Power Inductor. Nominal Inductance Packing Tape & Reel. Design Code M ±20%

Έλεγχος με Μικροϋπολογιστές Εργαστήριο ενσωματωμένων συστημάτων

Ενσωματωμένα Συστήματα

Εικονική Μνήμη (virtual memory)

Περιορισμοί των βαθμωτών αρχιτεκτονικών

Εργαστήριο Ανάπτυξης Εφαρμογών Βάσεων Δεδομένων. Εξάμηνο 7 ο

Data sheet Thick Film Chip Resistor 5% - RS Series 0201/0402/0603/0805/1206

Paper Reference. Paper Reference(s) 1776/04 Edexcel GCSE Modern Greek Paper 4 Writing. Thursday 21 May 2009 Afternoon Time: 1 hour 15 minutes

Phys460.nb Solution for the t-dependent Schrodinger s equation How did we find the solution? (not required)

ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΑΙ ΤΡΟΦΟΔΟΤΗΣΗ ΜΕΛΙΣΣΟΚΟΜΕΙΟΥ ΑΠΟ ΑΠΟΣΤΑΣΗ

Συστήματα σε Ολοκληρωμένα Κυκλώματα

Information Technology for Business

Advanced Subsidiary Unit 1: Understanding and Written Response

ΕΠΛ221: Οργάνωση Υπολογιστών και Συμβολικός Προγραμματισμός. Εργαστήριο Αρ. 2

Special edition of the Technical Chamber of Greece on Video Conference Services on the Internet, 2000 NUTWBCAM

EZ-One Pro PC Based Control Systems Complete system, supports from 1 to 8 doors

Quick Installation Guide

Study of In-vehicle Sound Field Creation by Simultaneous Equation Method

CYTA Cloud Server Set Up Instructions

EE512: Error Control Coding

Capacitors - Capacitance, Charge and Potential Difference

Προχωρηµένα Θέµατα Αρχιτεκτονικής Η/Υ. Storage Systems.. Λιούπης

ΜΑΘΗΜΑ1 ΥΛΙΚΟ (HARDWARE)

ΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ ΣΤΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ "VIDEO ΚΑΤΟΠΙΝ ΖΗΤΗΣΗΣ" ΑΝΝΑ ΜΟΣΧΑ Μ 11 / 99

Introduction to the TCP IP protocol stack through a role playing game

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Χειµερινό Εξάµηνο 2016 ΔΙΑΛΕΞΗ 18: Διαδικασία Σχεδίασης Ψηφιακών Συστηµάτων - Επανάληψη

Econ 2110: Fall 2008 Suggested Solutions to Problem Set 8 questions or comments to Dan Fetter 1

και η µονάδα ελέγχου (control) O επεξεργαστής: Η δίοδος δεδοµένων (datapath) Εντολές διακλάδωσης (branch beq, bne) I Type Σχεδίαση datapath

TMA4115 Matematikk 3

How to register an account with the Hellenic Community of Sheffield.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΟΙΚΗΣΗΣ II ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΜΑΘΗΜΑ: ΙΟΙΚΗΣΗ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ

6.003: Signals and Systems. Modulation

Οι Διδάσκοντες. Αντώνης Πασχάλης, Καθηγητής, Θεωρία. Χρήστος Κρανιώτης, ΕEΔΙΠ, Εργαστήριο

The Simply Typed Lambda Calculus

Υλοποίηση Δικτυακών Υποδομών και Υπηρεσιών: OSPF Cost

MPSoCs για εφαρμογές Video

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία Διάλεξη 2

Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

ΑΥΤΟΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΘΡΑΥΣΤΗΡΑ ΜΕ ΧΡΗΣΗ P.L.C. AUTOMATION OF A CRUSHER MODULE USING P.L.C.

Δθαξκνγέο αζύξκαηεο ηειεκεηξίαο ζηελ αλαπηπμηαθή πιαηθόξκα Arduino

Current Sensing Chip Resistor SMDL Series Size: 0201/0402/0603/0805/1206/1010/2010/2512/1225/3720/7520. official distributor of

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία ιάλεξη 9

[1] P Q. Fig. 3.1

PRODUCT IDENTIFICATION SWPA 3012 S 1R0 N T

Chapter 6 Αύξηση της απόδοσης με διοχέτευση (pipeline)

Αρχιτεκτονικές Συνόλου Εντολών

Math 6 SL Probability Distributions Practice Test Mark Scheme

Ενότητα 2 Εργαλεία για την αναζήτηση εργασίας: Το Βιογραφικό Σημείωμα

Calculating the propagation delay of coaxial cable

Metal thin film chip resistor networks

Block Ciphers Modes. Ramki Thurimella

Surface Mount Multilayer Chip Capacitors for Commodity Solutions

υπηρεσίες / services ΜΕΛΕΤΗ - ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ PLANNING - DESIGN ΕΜΠΟΡΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ COMMERCIAL PLANNING ΕΠΙΠΛΩΣΗ - ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ FURNISHING - EQUIPMENT

LESSON 14 (ΜΑΘΗΜΑ ΔΕΚΑΤΕΣΣΕΡΑ) REF : 202/057/34-ADV. 18 February 2014

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία ιάλεξη 9

ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ

Προχωρηµένα Θέµατα Αρχιτεκτονικής

Τ.Ε.Ι. ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΚΑΣΤΟΡΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΔΗΜΟΣΙΩΝ ΣΧΕΣΕΩΝ & ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ

Transcript:

Ενσωµατωµένα Υπολογιστικά Συστήµατα (Embedded Computer Systems) Μάθηµα 1 ηµήτρης Λιούπης

Περιγραφή Μαθήµατος Το µάθηµα εξετάζει την από κοινού ολοκλήρωση υλικού και λογισµικού σε συµπαγή συστήµατα ελέγχου, συ-σχεδίαση υλικού/λογισµικού (h/w s/w codesign) πανταχού παρούσας υπολογιστικής ισχύος (ubiquitous computing). systems on chip internet enabled controllers

Ηύλη του µαθήµατος Ενσωµατωµένα Συστήµατα Υλικού Αρχιτεκτονική σύγχρονων µικροελεγκτών systems on chip Ανίχνευση παραµέτρων περιβάλλοντος και έλεγχος λειτουργιών (sense & control) Αυτοµατισµοί Ροµποτική ίκτυα Ελέγχου Βιοµηχανικά ίκτυα χρήση TCP/IP για εφαρµογές ελέγχου Ad-hoc networks Συστήµατα χαµηλής ισχύος Ενσωµατωµένα πολυµέσα video/audio streaming set top boxes Συ-σχεδίαση υλικού/λογισµικού Ιδιαιτερότητες λογισµικού για ενσωµατωµένα συστήµατα Αυτόµατα καταστάσεων περιγραφή λειτουργιών ελέγχου σε λογισµικό Η έννοια του πραγµατικού χρόνου χρονοδροµολόγηση διεργασιών λειτουργικά συστήµατα πραγµατικού χρόνου Περιφερειακά υλοποιηµένα σε λογισµικό

Σκοπός Μαθήµατος Κατανόηση σχεδιασµού και λειτουργίας των embedded systems, σε επίπεδο Hardware Software System Architecture Παρακολούθηση των τάσεων στην εξέλιξη των embedded systems

Τι είναι ενα Embedded System?

Τι είναι ενα Embedded System? Ενα computing system ενσωµατωµένο σε µια συσκευή. Ένα σύστηµα που περιέχει µικροϋπολογιστή γενικής χρήσης και έχει σχεδιαστεί για ένα µοναδικό σκοπό. ύσκολο να οριστεί. Σχεδόν κάθε υπολογιστικό σύστηµα που δεν είναι desktop computer

Τι είναι ενα Embedded System? ισ, µονάδων παράγονται ανά χρόνο έναντι εκατ. PC Περίπου 50 ανά σπίτι ή αυτοκίνητο Συχνά χρησιµοποιούνται για να: Παρέχουν έλεγχο του χρήστη σε ένα προϊόν Παρακολουθούν ή να ελέγχουν κάτι στον πραγµατικό κόσµο (π.χ. analog)

Κοινά Computer Systems. PC s PDA s Laptops Mainframes Servers

Embedded Systems είναι παντού. Anti-lock brakes Auto-focus cameras Automatic teller machines Automatic toll systems Automatic transmission Avionic systems Battery chargers Camcorders Cell phones Cell-phone base stations Cordless phones Cruise control Curbside check-in systems Digital cameras Disk drives Electronic card readers Electronic instruments Electronic toys/games Factory control Fax machines Fingerprint identifiers Home security systems Life-support systems Medical testing systems Modems MPEG decoders Network cards Network switches/routers On-board navigation Pagers Photocopiers Point-of-sale systems Portable video games Printers Satellite phones Scanners Smart ovens/dishwashers Speech recognizers Stereo systems Teleconferencing systems Televisions Temperature controllers Theft tracking systems TV set-top boxes VCR s, DVD players Video game consoles Video phones Washers and dryers

Χαρακτηριστικά των Embedded Systems Βασίζονται σε κάποιο Processor Λειτουργικότητα ειδική για κάθε εφαρµογή Ειδικευµένα για µία εφαρµογή ή τάξη εφαρµογών ιάδραση (Interact) µε το περιβάλλον τους

Χαρακτηριστικά των Embedded Systems Στενοί σχεδιαστικοί περιορισµοί Power, Size, Timing, Cost to manufacture Στενοί οικονοµικοί περιορισµοί Low design costs, faster time to market, flexible product lines Not User Programmable Stable / Reliable / Correct

Λειτουργία Real-time Περιορισµένος χρόνος απόκρισης (deadline). Hard Real-time Missing deadlines causes a failure Eg. Aircraft navigation system, ABS Soft Real-time Missing deadlines causes degraded performance Eg. Network routers, cell phones Multi-rate Different operations have different priorities & deadlines εν είναι όλα τα embedded systems, real-time systems

Γιατί χρησιµοποιούµε processors? Ευκολία σχεδιασµού. Area & Cost Efficient : Can use the same logic for multiple functions or tasks. ιαθεσιµότητα εργαλείων σχεδιασµού. Αναβαθµιζόµενα (Upgradeable) Κώδικας επαναχρησιµοποιήσιµος (reuseable). Φθηνά!

Γιατί χρησιµοποιούµε processors? Εναλλακτικές: Custom Silicon Very expensive NRE Very long design cycle Complex design Pure Hardware Design Design seldom re-useable Debugging may require board re-spin. Longer design cycle FPGA Complex Design Expensive parts Design seldom reuseable High performance is not often required

Σχεδιασµός Embedded System

Σχεδιασµός Embedded System Σχεδιαστικός κύκλος Requirements Specification Architecture Implementation System Integration Verification Hand-off to Manufacturing

Σχεδιαστικός κύκλος: Requirements Τι θα κάνει το σύστηµα, (what needs it meets, what features it will include). Αναπτύσσονται µε διαφορετικούς τρόπους : µιλώντας µε τους πελάτες µιλώντας στους υπεύθυνους marketing δίνοντας πρωτότυπα στους χρήστες για σχόλια Συχνά ονοµάζεται feature sheet of requirements document

Σχεδιαστικός κύκλος : Functional Requirements What will it do What won t it do Performance Flexibility Testability Upgrade-ability Power Size Unit Cost (Cost to manufacture) Reliability Correctness

Non-functional Requirements NRE (Non Recurring Engineering) cost Cost to design Time to prototype Time to Market Maintainability

Σχεδιαστικός κύκλος: Specification Περιγραφή του τι θα κάνει το σύστηµα. Ο users / customers θα παραλάβει κάποιο µέρος αυτής της περιγραφής, Περιλαµβάνει πως αλληλεπιδρά ο χρήστης µε το σύστηµα. Eg: User interface, power consumption, response times. Tο feature list συχνά περιλαµβάνεται σαν το πρώτο µέρος του specification.

Σχεδιαστικός κύκλος : Architecture Description Λεπτοµερής εξήγηση του how the system will work. The users / customers usually do not get this information. Includes data flow descriptions, block diagrams, etc. Eg. Software tasks, interfaces to components, etc. Specification δεν πρέπει να καθορίζει µια architecture. Tο specification και το architecture παρόµοια. Συχνά, το System Specification και Architecture description είναι µέρη του ίδιου κειµένου.

Σχεδιαστικός κύκλος: Implementation Capture the schematic, write the software, write the RTL. Writing the software, doing the schematic & PCB layout, writing and verifying the RTL, etc. This is what most people associate with design. Different components may be done by different people or teams. Each person or team unit tests his or her own design. Caution: It is very tempting, and very common, for designers to implement a system, and then document it. This commonly leads to design problem because of the system not being well thought out. Eg. Doesn t meet power & response requirements, code size is too big, etc.

Top Down vs. Bottom Up Top down Begin at the most abstract layer, and design successively detailed components until the design is complete. Bottom up Begin with small components and put them together to build up the system. Real System design mixes both You can t do a proper abstract design if you don t know what the components are going to be, and you can t design proper components if you don t know how the system will be put together,

Σχεδιαστικός κύκλος : System Integration Συνδυάζουµεταδιάφοραµέρη του συστήµατος. Όλες οι σχεδιαστικές οµάδες συνεργάζονται για να δουλέψει το τελικό σύστηµα. Συχνά χρειάζεται αναφορά στο implementation. Απαιτείται αρκετός έλεγχος για να επιβεβαιωθεί η σωστή λειτουργία του προϊόντος.

Σχεδιαστικός κύκλος : Verification Making sure the product meets the requirements & specification. Verification Team The people verifying the design should be different from the designers, and preferably, should not be too familiar with the architecture. The designer knows the system intimately; it is natural for him or her to avoid errors, or to simply not see them. Verification Hand-off This should not be done in parallel with integration. Instead there should be a formal hand-off from the system integration team to the verification team. If the design fails verification and has to return to a previous stage, the design needs to be re-verified to prevent new bugs from being introduced.

Σχεδιαστικός κύκλος : Hand-off to Manufacturing The designer has finished the design, and it is time for it to be produced in numbers, and sold. Hand-off documents consist of: Bill of Materials Assembly Instructions Troubleshooting information Test plan / test checklist

Embedded System Design: Case Study

System Design Case Study Digital Camera Anti-lock brakes Cruise Control VCR Controller Microwave

Requirements Functionality Performance Size Cost Testability Upgradeability Reliability NRE Time to Market

Specification Inputs Outputs Operations Interfaces Development Tools Cost breakdown

Architecture Processor Hardware Components Software Components Software Processes

Implementation Capture Schematic Write & compile code

System Integration Ολοκλήρωση των τµηµάτων σε ένα πλήρες σύστηµα

Verification Meet all requirements? Does it do what it s supposed to? Does it meet stability / reliability requirements?

Microprocessor Technology

Computer System Architecture Input Device Processor Output Device Processing Subsystems Memory

Busses Processor Memory Address Bus Data Bus Output Device Input Device Processing Subsystems

Input Devices Keyboard Mouse Button Touch Sensors / Touch Pad Microphone Camera Scanner Communications Receiver Voltage Sensor

Output Devices Display (Monitor, LCD Display) LED Motor Speaker / Sound Card Printer Voltage output Communications Transmitter

Peripheral Subsystems Math coprocessor DSP Coprocessor Timer Subsystem Watchdog

Memory Volatile Memory Cache RAM Non-volatile Memory ROM EEPROM, Flash Mass Storage Hard drive Compact Flash CD / DVD

Address Decoding & Chip selects A[13:0] A[1:0] UART Processor CS1 CS2 CS0 Memory A[12:0] A[7:0] Display A[15:0]

Processor Heart of the system where the intelligence and decision making lies. Processor Characteristics: Architecture (Harvard vs. Von Neumann) Instruction Set (CISC, RISC, VLIW) Pipelining Programmer s Model (accumulator based, general purpose registers, stack based)

Instruction Execution 2 Basic Functions: Move data from one location to another Perform data transformation Steps 1. IF: Fetch the next instruction from memory pointed to by PC. Increment PC. 2. ID: Decode the instruction. 3. EX: Instruction Execution or Address Calculation 4. MEM: Data Memory Access 5. WB: Write Back

Instruction Execution Not all instructions require all stages. Eg. Jump instructions don t read or write memory. Different instructions can take a different number of clock cycles to complete.

Pipelining The different instruction execution steps are (mostly) independent. Different steps can be done in parallel. Non-Pipelined Execution: Inst 1 IF ID EX MEM WB Inst 2 IF ID EX MEM WB t inst t inst

Pipelining Pipelined Execution: Inst 1 IF ID EX MEM WB Inst 2 IF ID EX MEM WB Inst 3 IF ID EX MEM WB Inst 4 IF ID EX MEM WB Inst 5 IF ID EX MEM WB Inst 6 IF ID EX MEM WB t inst t inst

Von Neumann Architecture Processor Output Device Input Device Processing Subsystems Memory

Von Neumann Architecture The architecture used for all general purpose computers. Characteristics: Single Read-write memory space for data & instructions The memory is addressable by location, and the addressing scheme is not affected by the contents.

Harvard Architecture Instruction Memory Processor Output Device Input Device Data Memory

Harvard Architecture Separate Instruction & Data Memories Individual busses for each I/O is mapped into the Data Memory Space More efficient Avoids the memory bus bandwidth problem

Instruction Set CISC Complex Instruction Set Computer Many different instructions, different addressing modes. Eg: Can read operations from memory, perform an operation, and write back to memory with one operation. Can take many clock cycles per instruction.

Instruction Set RISC Reduced Instruction Set Computer Very few instructions, only. Eg: Load from memory is one instruction, do an operation is a second operation, and write back to memory is a third operation. Usually only one clock cycle per instruction. Can support higher clock frequencies.

Microprocessors vs. Microcontrollers Microprocessor Used in general-purpose systems Optimized for performance Does just the processing No on-chip peripherals Minimal On-chip memories Eg. Pentium

Microprocessors vs. Microcontrollers Microcontroller Used in special-purpose systems Optimized for cost On-chip peripherals & I/O components Includes on-chip RAM, ROM, etc. Motorola 68HC11

Microprocessors vs. Microcontrollers