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第一章

第一章. 微處理機系統介紹. Introduction- 微處理機系統概說. 英國電機工程師協會定義：微處理機系統為控制、監視或輔助某個設備、機器或甚至工廠運作的裝置 用來執行特定功能 以微電腦與周邊構成核心 需要嚴格的時序與穩定度 全自動操作循環 設計的目的，在於滿足某種特殊功能，常用在各類實驗儀器、辦公設備、交通運輸設備、電信設備、製造設備、建築設備、醫療設備、航太設備、及個人電腦等設備之上。. Introduction- 各種微處理機系統裝置. NASA 火星漫遊者. Hy-wire 未來汽車. 狗語翻譯機. Roomba 機器人真空吸塵器.

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Presentation Transcript

  1. 第一章 微處理機系統介紹

  2. Introduction-微處理機系統概說 • 英國電機工程師協會定義：微處理機系統為控制、監視或輔助某個設備、機器或甚至工廠運作的裝置 • 用來執行特定功能 • 以微電腦與周邊構成核心 • 需要嚴格的時序與穩定度 • 全自動操作循環 • 設計的目的，在於滿足某種特殊功能，常用在各類實驗儀器、辦公設備、交通運輸設備、電信設備、製造設備、建築設備、醫療設備、航太設備、及個人電腦等設備之上。

  3. Introduction-各種微處理機系統裝置 NASA火星漫遊者 Hy-wire未來汽車 狗語翻譯機 Roomba機器人真空吸塵器

  4. Introduction-微處理機系統的發展歷史 • 微處理機系統的興起是在1971年，由Intel公司推出有史以來第一顆四位元微處理器4004 • 8086微處理器是第一個被大家所重視及熟悉的16位元微處理器 • 國家半導體公司所推出的32000系列是第一個32位元的商用微處理器 第一顆四位元微處理器Intel 4004

  5. Architecture-微處理機系統的組成 • 包含了中央處理器、記憶體、輸出裝置、輸入裝置 • 電腦的標準輸入裝置為鍵盤，但是微波爐的標準輸入裝置可能就是觸控面板 • 以平台化設計（platform-based design，PBD）適應多種不同硬體與軟體的組合 • 硬體與軟體參考設計 （reference design） 平台 • 「板級支援包」 （Board Support Package，BSP）

  6. Architecture-典型的參考平台 資料來源：資策會MIC

  7. Hardware-微處理器分類 • 一般用途微處理機處理器 • 微處理器內部僅包含單純的中央處理器單元 • 將中央處理器、ROM、RAM及I/O等等裝置做到同一顆晶片上，這種微處理器稱為單晶片控制器（Single Chip Microcontroller） • 目前最廣受市場歡迎的微處理機處理器就是由ARM公司出品的ARM系列處理器 • 數位訊號處理器（Digital Signal Processor，DSP） • 最著名的是美國德州儀器公司CX家族系列

  8. Hardware-微處理機處理器 • 處理器運算能力，會比個人電腦處理器弱，特性有： • 沒有平行的運算電路(Parallel Computing)，以降低處理器成本。 • 不一定有快取記憶體的能力(Cache Memory) 。 • 常使用精簡使令集架構(Reduce Instruction Set Computer, RISC)，以用管線功能(Pipeline) 加速處理器速度。 • 常使用記憶體映對輸入輸出(Memory mapping I/O )，也就使用記憶體存取去作I/O設備存取 • 具備模擬器除錯功能，以利產品的開發。 • 因為應用在一些行動產品，所以耗電量也要較低。

  9. Hardware-微處理機系統周邊電路 • 串列通訊(Serial Port) • 常用於高階應用程式除錯，或當作使用者介面。 • 計時器和即時時鐘(Timer and Real Time Clock) • 應用在系統時間管理。 • 電晶體(Light Emitter Diode, LED)和液晶(Liquid Crystal Display, LCD)顯示 • 用於顯示系統狀態，如開機關機等。 • 鍵盤(Keyboard)輸入 • 提供小型鍵盤以供使用者輸入資料。 • 乙太網路(Ethernet) • 現有的資訊家電常需要可以連接上網際網路，所以乙太網路也是常見的標準配備。 • 除錯電路(Debug) • 因一般常需要作低階的程式設計，所以需要模擬器來做除錯功能。

  10. OS-微處理機作業系統 • 微處理機作業系統（Embedded OS） • 系統有： • 是執行於微處理機環境的一種小型作業系統， • VxWORKs、Nucleus 、Palm、Windows CE、Linux • 其特性有： • 它的複雜度通常比一般的個人電腦作業系統來的簡化。並且程式碼會較小。 • 而且因為它通常是應用於資訊產品設備，所以系統功能會因需求的不同，而有所不同。 • 並且因為功能專屬，所以不需要複雜的人機介面，一般只提供文字模式供使用者使用。 • 一般使用也不能自行開發程式。 • 通常會提供，全部的系統原始碼，給系統開發者修改。 • 一般系統架構與功能，近似於Unix架構。 • 因為常應用一般即時性設備。所以於對於工作即時性的要求較高，要可較精準預估系統的執行時間。

  11. OS-微處理機作業系統提供廠商 資料來源：資策會MIC

  12. OS-前五大微處理機作業系統廠商 資料來源：資策會MIC，2003年10月

  13. Application-微處理機系統的應用與組成

  14. Application-汽車裡的微處理機系統 • 防鎖死煞車系統（antilock brake system，ABS）是用來減少煞車打滑的問題 • 自動化穩定控制系統 ASC+T調節汽車的穩定度 • 透過這系統相互搭配，使得煞車的穩定度提昇不少

  15. Application-資訊家電 • Information Appliance，IA：能與網際網路互動，專為特定功能而設計，並且易於使用的產品 • 一種專門應用於資訊方面的家電，應用範圍包含知識、新聞、圖形、影像、影片及聲音，具有特定的功能，最重要的是這些資訊家電彼此之間可以交換資訊。 • 主要的特色是具功能性、品質穩定、可靠性及易於使用性，方便、容易使用可說是IA的精神，這樣才能符合真正的需要。

  16. Application-資訊家電的興起 • 網際網路普及 • 半導體設計及製程技術的改善 • Predicated by Moore’s Law • 3C（Computer、Communication、Consumer Electronics）技術的快速整合 • 使用者的需求 • 資訊服務應用生活化

  17. Application-資訊家電系統的產品 • 個人型/行動型（personal/mobile）資訊家電產品 • 電子書、可攜式全球定位系統裝置 （Portable global positioning devices）、可上網行動電話、個人數位助理（PDA）配合無線傳輸功能及穿戴式電腦 （Wearable computers） • 家庭式/娛樂式/視聽式（Home/Entertainment或Audio/Video）產品 • 網路電視配合視訊轉換器（WebTV and Set-Top Box） • 企業型/網路型（Enterprise/Networking）產品 • 微處理機伺服器（embedded server）及精簡型終端設備（thin client）

  18. Application-各種型態的IA產品外觀 資料來源：資策會MIC ITIS計畫整理，1999年12月

  19. Application-PDA微處理機系統 Sony Ericsson的P800 Smart Phone

  20. Information Appliances Information Appliances 企業用戶 家庭用戶 個人用戶 企業用戶 家庭用戶 個人用戶 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 網路運算環境 娛樂多媒體中心 個人行動資訊站 網路運算環境 娛樂多媒體中心 個人行動資訊站 NC Internet TV HPC/Palm Top Net PC Mini Notebook NetTV ( WebTV ) Internet Commerce Equip E-Book Internet STB Internet Traffic Equip PDA Game Console WBT (Windows Based Smart Phone Screen Phone Terminal) Super Phone Lean Client A/V over IP Application- IA產業之各種產品關聯 資料來源：工研院經資中心 經濟部ITIS計畫，2000、資料整理：MIC

  21. Consideration-成本效益 • 同時能夠縮小體積與提升處理效率 • 省製造成本 • 省電 • 速度滿足需求

  22. Consideration-客制化 • 量身定做，也就是客制化（Customization） • 每一項微處理機產品都有其特殊性 • 設計者必須依據不同領域來決定要使用那一種微處理機，設計出硬體平台、周邊I/O裝置，以滿足功能所需，並且要實作出軟體，讓該平台可以處理需要的運算。 • 會造成移植（porting）到不同機器上的困難度

  23. Consideration–功能與品質 • 應該有哪些功能 ? • 使用者介面? • 與現有及未來產品比較? • 系統的生命期限是多少 ? • 升級考量 ? • 穩定性及完整測試?

  24. Consideration-資訊家電的功能 • 資訊擷取 • 資訊家電藉由連網能力，可以與其他的資訊服務提供者或是其他的家電系統互相溝通 • 娛樂功能 • 遊戲機與MP3撥放機等影音設備，佔了資訊家電極大的市場，這證明了未來娛樂設備的發展，會越來越形重要 • 溝通人際 • 方便的與他人取得聯繫與溝通

  25. 用戶需求 技術需求 Any Time • Consumer Electronics • Low Cost • Low Power • 造型外觀設計能力 Any Where SoC Information Access Any Medium • Communications • 寬頻 • 無線 • Computer • 運算技術 • 量產能力 RTOS Any Content 未來微處理機產業之技術需求

  26. 總結 • 微處理機系統的起源與相關歷史 • 由於電腦技術的快速發展，原本計算領域從超級大電腦逐漸衍生到微處理機運算，也從通用領域變成變化萬千的專用領域 • 未來這幾年最大的進展，將是個人電腦的形式會延伸到各種大小的智慧型設備中

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