Mikrocontroller und Mikroprozessoren: mit ... 41 Tabellen
Gespeichert in:
Format: | Elektronisch E-Book |
---|---|
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2007
|
Ausgabe: | 2., überarb. Aufl. |
Schriftenreihe: | eXamen.press
|
Schlagworte: | |
Online-Zugang: | BFB01 BHS01 BTU01 BTW01 FAB01 FAN01 FAW01 FCO01 FHA01 FHD01 FHI01 FHM01 FHN01 FHO01 FHR01 FKE01 FLA01 FRO01 FWS01 FWS02 HTW01 TUM01 UBG01 UBM01 UBT01 UBW01 UBY01 UER01 UPA01 Volltext Inhaltsverzeichnis |
Beschreibung: | Literaturverz. S. [425] -437 |
Beschreibung: | 1 Online-Ressource |
ISBN: | 3540468013 9783540468011 9783540468196 |
DOI: | 10.1007/978-3-540-46819-6 |
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adam_text | Inhaltsverzeichnis
Vorwort VII
Vorwort zur 2. Auflage IX
Inhaltsverzeichnis XI
1 Grundlagen 1
1.1 Mikroprozessoren, MikroController, Signalprozessoren und SoC 1
1.2 PC Systeme 3
1.3 Eingebettete und ubiquitäre Systeme 6
1.4 Leistungsmessung und Leistungsvergleich 12
2 Grundlegende Prozessortechniken 17
2.1 Befehlssatzarchitekturen 17
2.1.1 Prozessorarchitektur, Mikroarchitektur und Programmiermodell 17
2.1.2 Datenformate 18
2.1.3 Adressraumorganisation 22
2.1.4 Befehlssatz 23
2.1.5 Befehlsformate 26
2.1.6 Adressierungsarten 28
2.1.7 CISC und RISC Prinzipien 34
2.2 Befehlssatzbeispiele 36
2.2.1 Frühe RISC Rechner 36
2.2.2 Das Berkeley RISC Projekt 37
2.2.3 Die DLX Architektur 38
2.3 Einfache Prozessoren und Prozessorkerne 41
2.3.1 Von Neumann Prinzip 41
2.3.2 Grundlegender Aufbau eines Mikroprozessors 44
2.3.3 Einfache Implementierungen 45
2.3.4 Pipeline Prinzip 46
2.4 Befehls Pipelining 48
2.4.1 Grundlegende Stufen einer Befehls Pipeline 48
2.4.2 Die DLX Pipeline 49
2.4.3 Pipeline Konflikte 55
2.4.4 Datenkonflikte und deren Lösungsmöglichkeiten 55
2.4.5 Steuerflusskonflikte und deren Lösungsmöglichkeiten 62
XII Inhaltsverzeichnis
2.4.6 Sprungzieladress Cache 65
2.4.7 Statische Sprungvorhersagetechniken 67
2.4.8 Strukturkonflikte und deren Lösungsmöglichkeiten 68
2.4.9 Ausführung in mehreren Takten 69
2.5 Weitere Aspekte des Befehls Pipelining 71
3 Mikrocontroller 73
3.1 Abgrenzung zu Mikroprozessoren 74
3.2 Anwendungsfelder 82
3.2.1 Prozesssteuerung 82
3.2.2 Steuerung von Bedienelementen 90
3.3 Leistungsklassen und industrielle Mikrocontrollerfamilien 91
3.4 Auswahlkriterien für den Einsatz von Mikrocontrollern 98
3.5 Software Entwicklung 103
3.6 Forschungstrends 107
3.6.1 Systems on Chip (SoC) 108
3.6.2 Energiespar Techniken 113
3.6.3 Java und Java Prozessoren für eingebettete Systeme 118
3.6.4 Selbstorganisation und Organic Computing 122
4 Mikrocontroller Komponenten 135
4.1 Prozessorkerne 135
4.2 Ein /Ausgabeeinheiten 138
4.2.1 Anbindung an den Prozessorkern 138
4.2.2 Digitale parallele EhWAusgabeeinheiten 143
4.2.3 Digitale serielle Ein /Ausgabeeinheiten 146
4.2.4 Wandlung zwischen analogen und digitalen Signalen 154
4.3 Zeitgeberbasierte Einheiten 163
4.3.1 Zähler und Zeitgeber 164
4.3.2 Capture und Compare Einheit 169
4.3.3 Pulsweitenmodulator 170
4.3.4 Watchdog Einheit 174
4.3.5 Echtzeit Ein /Ausgabeeinheiten 175
4.4 Speicher 177
4.4.1 Festwertspeicher 179
4.4.2 Schreib ZLesespeicher 181
4.5 Unterbrechungssteuerung 183
4.6 DMA 192
4.7 Erweiterungsbus 196
5 Beispiele verschiedener Mikrocontroller 201
5.1 ATmegal28 ein kompakter Mikrocontroller 201
5.1.1 Prozessorkern 203
5.1.2 Unterbrechungsbehandlung 209
5.1.3 Speicher und Adressraum 211
5.1.4 Ein /Ausgabeeinheiten und Zähler/Zeitgeber 212
Inhaltsverzeichnis XIII
5.1.5 Erweiterungsbus 218
5.2 MC68332 ein Mikrocontroller mittlerer Leistung 219
5.2.1 Prozessorkern 221
5.2.2 Unterbrechungsbehandlung 224
5.2.3 Speicher und Adressraum 226
5.2.4 Ein /Ausgabeeinheiten und Zähler/Zeitgeber 228
5.2.5 Erweiterungsbus 233
5.3 PXA255 ein Hochleistungs Mikrocontroller 237
5.3.1 Prozessorkern 239
5.3.2 Unterbrechungsbehandlung 242
5.3.3 Speicher und Adressraum 244
5.3.4 Ein /Ausgabeeinheiten und Zähler/Zeitgeber 245
5.3.5 Erweiterungsbus 252
5.4 MCore optimiert für niedrigen Energieverbrauch 253
5.4.1 Reduktion der Busaktivitäten und Erhöhung der Code Dichte 255
5.4.2 Statisches Power Management 257
5.4.3 Dynamisches Power Management 259
5.5 Komodo ein Forschungs Mikrocontroller 260
5.5.1 Prozessorkern 262
5.5.2 Echtzeit Scheduling 265
5.5.3 Unterbrechungsbehandlung 267
5.5.4 Anbindung der peripheren Komponenten 269
5.5.5 Evaluierungs Ergebnisse 270
5.5.6 Weiterführende Konzepte 275
6 Hochperformante Mikroprozessoren 281
6.1 Von skalaren RISC zu Superskalarprozessoren 281
6.2 Komponenten eines superskalaren Prozessors 284
6.3 Superskalare Prozessor Pipeline 286
6.4 Präzisierung des Begriffs „superskalar 289
6.5 Die VLIW Technik 290
6.6 Die EPIC Technik 292
6.7 Vergleich der Superskalar mit der VLIW und der EPIC Technik 293
7 Die Superskalartechnik 297
7.1 Befehlsbereitstellung 297
7.1.1 Code Cache Speicher 297
7.1.2 Befehlsholestufe 298
7.1.3 Trace Cache 299
7.2 Sprungvorhersage und spekulative Ausführung 301
7.2.1 Grundlagen 301
7.2.2 Dynamische Sprungvorhersagetechniken 302
7.2.3 Ein und Zwei Bit Prädiktoren 304
7.2.4 Korrelationsprädiktoren 307
7.2.5 Zweistufig adaptive Prädiktoren 308
7.2.6 gselect und gshare Prädiktoren 315
XIV Inhaltsverzeichnis
7.2.7 Hybridprädiktoren 316
7.2.8 Zuverlässigkeitsabschätzung 318
7.2.9 Weitere Prädiktoren zur Interferenzverringerung 319
7.2.10 Prädikation 322
7.2.11 Mehrpfadausführung 324
7.2.12 Vorhersage bedingter Sprungbefehle mit indirekter
Adressierung 326
7.2.13 Stand der Technik 327
7.2.14 Sprungvorhersage mit hoher Bandbreite 328
7.3 Decodierung und Registerumbenennung 329
7.3.1 Decodierung 329
7.3.2 Registerumbenennung 330
7.4 Befehlszuordnung 333
7.5 Ausführungsstufen 340
7.6 Gewährleistung der sequenziellen Programmsemantik 345
7.6.1 Rückordnungsstufe 345
7.6.2 Präzise Unterbrechungen 346
7.6.3 Rückordnungspuffer 347
7.7 Verzicht auf die Sequenzialisierung bei der Rückordnung 348
8 Speicherverwaltung 351
8.1 Speicherhierarchie 351
8.2 Register und Registerfenster 353
8.3 Virtuelle Speicherverwaltung 357
8.4 Cache Speicher 362
8.4.1 Grundlegende Definitionen 362
8.4.2 Grundlegende Techniken 363
8.4.3 Verringern der Fehlzugriffsrate 369
8.4.4 Verringern des Fehlzugriffsaufwandes 372
8.4.5 Verringern der Cache Zugriffszeit bei einem Treffer 373
8.4.6 Cache Kohärenz und Speicherkonsistenz 376
8.4.7 Busschnüffeln und MESI Protokoll 377
8.4.8 Speicherkonsistenz 380
9 Beispiele für Mikroprozessoren 383
9.1 PentiumPro, Pentium II und Pentium III 383
9.2 Athlon 385
9.3 Pentium 4 387
10 Zukunftstechniken für Mikroprozessoren 393
10.1 Technologieprognosen 393
10.2 Stand der Technik und Grenzen heutiger Prozessortechniken 395
10.3 Prozessortechniken zur Erhöhung des Durchsatzes eines
Kontrollfadens 398
10.3.1 Weiterentwicklungen des Trace Cache 398
10.3.2 Datenabhängigkeits , Adress und Wertespekulationen 399
Inhaltsverzeichnis XV
10.3.3 Vielfach superskalare Prozessoren 400
10.4 Prozessortechniken zur Erhöhung des Durchsatzes einer mehr
fädigenLast 402
10.4.1 Chip Multiprozessor 402
10.4.2 Prozessor Speicher Integration 406
10.4.3 Mehrfädige Prozessoren 407
10.5 Kontrollfadenspekulation 417
10.5.1 Multiskalarer Prozessor 417
10.5.2 Trace Prozessor 419
10.5.3 Weitere Techniken der Kontrollfadenspekulation 420
11 Zusammenfassung 423
Literatur 425
Sachverzeichnis 439
|
adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
Vorwort VII
Vorwort zur 2. Auflage IX
Inhaltsverzeichnis XI
1 Grundlagen 1
1.1 Mikroprozessoren, MikroController, Signalprozessoren und SoC 1
1.2 PC Systeme 3
1.3 Eingebettete und ubiquitäre Systeme 6
1.4 Leistungsmessung und Leistungsvergleich 12
2 Grundlegende Prozessortechniken 17
2.1 Befehlssatzarchitekturen 17
2.1.1 Prozessorarchitektur, Mikroarchitektur und Programmiermodell 17
2.1.2 Datenformate 18
2.1.3 Adressraumorganisation 22
2.1.4 Befehlssatz 23
2.1.5 Befehlsformate 26
2.1.6 Adressierungsarten 28
2.1.7 CISC und RISC Prinzipien 34
2.2 Befehlssatzbeispiele 36
2.2.1 Frühe RISC Rechner 36
2.2.2 Das Berkeley RISC Projekt 37
2.2.3 Die DLX Architektur 38
2.3 Einfache Prozessoren und Prozessorkerne 41
2.3.1 Von Neumann Prinzip 41
2.3.2 Grundlegender Aufbau eines Mikroprozessors 44
2.3.3 Einfache Implementierungen 45
2.3.4 Pipeline Prinzip 46
2.4 Befehls Pipelining 48
2.4.1 Grundlegende Stufen einer Befehls Pipeline 48
2.4.2 Die DLX Pipeline 49
2.4.3 Pipeline Konflikte 55
2.4.4 Datenkonflikte und deren Lösungsmöglichkeiten 55
2.4.5 Steuerflusskonflikte und deren Lösungsmöglichkeiten 62
XII Inhaltsverzeichnis
2.4.6 Sprungzieladress Cache 65
2.4.7 Statische Sprungvorhersagetechniken 67
2.4.8 Strukturkonflikte und deren Lösungsmöglichkeiten 68
2.4.9 Ausführung in mehreren Takten 69
2.5 Weitere Aspekte des Befehls Pipelining 71
3 Mikrocontroller 73
3.1 Abgrenzung zu Mikroprozessoren 74
3.2 Anwendungsfelder 82
3.2.1 Prozesssteuerung 82
3.2.2 Steuerung von Bedienelementen 90
3.3 Leistungsklassen und industrielle Mikrocontrollerfamilien 91
3.4 Auswahlkriterien für den Einsatz von Mikrocontrollern 98
3.5 Software Entwicklung 103
3.6 Forschungstrends 107
3.6.1 Systems on Chip (SoC) 108
3.6.2 Energiespar Techniken 113
3.6.3 Java und Java Prozessoren für eingebettete Systeme 118
3.6.4 Selbstorganisation und Organic Computing 122
4 Mikrocontroller Komponenten 135
4.1 Prozessorkerne 135
4.2 Ein /Ausgabeeinheiten 138
4.2.1 Anbindung an den Prozessorkern 138
4.2.2 Digitale parallele EhWAusgabeeinheiten 143
4.2.3 Digitale serielle Ein /Ausgabeeinheiten 146
4.2.4 Wandlung zwischen analogen und digitalen Signalen 154
4.3 Zeitgeberbasierte Einheiten 163
4.3.1 Zähler und Zeitgeber 164
4.3.2 Capture und Compare Einheit 169
4.3.3 Pulsweitenmodulator 170
4.3.4 Watchdog Einheit 174
4.3.5 Echtzeit Ein /Ausgabeeinheiten 175
4.4 Speicher 177
4.4.1 Festwertspeicher 179
4.4.2 Schreib ZLesespeicher 181
4.5 Unterbrechungssteuerung 183
4.6 DMA 192
4.7 Erweiterungsbus 196
5 Beispiele verschiedener Mikrocontroller 201
5.1 ATmegal28 ein kompakter Mikrocontroller 201
5.1.1 Prozessorkern 203
5.1.2 Unterbrechungsbehandlung 209
5.1.3 Speicher und Adressraum 211
5.1.4 Ein /Ausgabeeinheiten und Zähler/Zeitgeber 212
Inhaltsverzeichnis XIII
5.1.5 Erweiterungsbus 218
5.2 MC68332 ein Mikrocontroller mittlerer Leistung 219
5.2.1 Prozessorkern 221
5.2.2 Unterbrechungsbehandlung 224
5.2.3 Speicher und Adressraum 226
5.2.4 Ein /Ausgabeeinheiten und Zähler/Zeitgeber 228
5.2.5 Erweiterungsbus 233
5.3 PXA255 ein Hochleistungs Mikrocontroller 237
5.3.1 Prozessorkern 239
5.3.2 Unterbrechungsbehandlung 242
5.3.3 Speicher und Adressraum 244
5.3.4 Ein /Ausgabeeinheiten und Zähler/Zeitgeber 245
5.3.5 Erweiterungsbus 252
5.4 MCore optimiert für niedrigen Energieverbrauch 253
5.4.1 Reduktion der Busaktivitäten und Erhöhung der Code Dichte 255
5.4.2 Statisches Power Management 257
5.4.3 Dynamisches Power Management 259
5.5 Komodo ein Forschungs Mikrocontroller 260
5.5.1 Prozessorkern 262
5.5.2 Echtzeit Scheduling 265
5.5.3 Unterbrechungsbehandlung 267
5.5.4 Anbindung der peripheren Komponenten 269
5.5.5 Evaluierungs Ergebnisse 270
5.5.6 Weiterführende Konzepte 275
6 Hochperformante Mikroprozessoren 281
6.1 Von skalaren RISC zu Superskalarprozessoren 281
6.2 Komponenten eines superskalaren Prozessors 284
6.3 Superskalare Prozessor Pipeline 286
6.4 Präzisierung des Begriffs „superskalar" 289
6.5 Die VLIW Technik 290
6.6 Die EPIC Technik 292
6.7 Vergleich der Superskalar mit der VLIW und der EPIC Technik 293
7 Die Superskalartechnik 297
7.1 Befehlsbereitstellung 297
7.1.1 Code Cache Speicher 297
7.1.2 Befehlsholestufe 298
7.1.3 Trace Cache 299
7.2 Sprungvorhersage und spekulative Ausführung 301
7.2.1 Grundlagen 301
7.2.2 Dynamische Sprungvorhersagetechniken 302
7.2.3 Ein und Zwei Bit Prädiktoren 304
7.2.4 Korrelationsprädiktoren 307
7.2.5 Zweistufig adaptive Prädiktoren 308
7.2.6 gselect und gshare Prädiktoren 315
XIV Inhaltsverzeichnis
7.2.7 Hybridprädiktoren 316
7.2.8 Zuverlässigkeitsabschätzung 318
7.2.9 Weitere Prädiktoren zur Interferenzverringerung 319
7.2.10 Prädikation 322
7.2.11 Mehrpfadausführung 324
7.2.12 Vorhersage bedingter Sprungbefehle mit indirekter
Adressierung 326
7.2.13 Stand der Technik 327
7.2.14 Sprungvorhersage mit hoher Bandbreite 328
7.3 Decodierung und Registerumbenennung 329
7.3.1 Decodierung 329
7.3.2 Registerumbenennung 330
7.4 Befehlszuordnung 333
7.5 Ausführungsstufen 340
7.6 Gewährleistung der sequenziellen Programmsemantik 345
7.6.1 Rückordnungsstufe 345
7.6.2 Präzise Unterbrechungen 346
7.6.3 Rückordnungspuffer 347
7.7 Verzicht auf die Sequenzialisierung bei der Rückordnung 348
8 Speicherverwaltung 351
8.1 Speicherhierarchie 351
8.2 Register und Registerfenster 353
8.3 Virtuelle Speicherverwaltung 357
8.4 Cache Speicher 362
8.4.1 Grundlegende Definitionen 362
8.4.2 Grundlegende Techniken 363
8.4.3 Verringern der Fehlzugriffsrate 369
8.4.4 Verringern des Fehlzugriffsaufwandes 372
8.4.5 Verringern der Cache Zugriffszeit bei einem Treffer 373
8.4.6 Cache Kohärenz und Speicherkonsistenz 376
8.4.7 Busschnüffeln und MESI Protokoll 377
8.4.8 Speicherkonsistenz 380
9 Beispiele für Mikroprozessoren 383
9.1 PentiumPro, Pentium II und Pentium III 383
9.2 Athlon 385
9.3 Pentium 4 387
10 Zukunftstechniken für Mikroprozessoren 393
10.1 Technologieprognosen 393
10.2 Stand der Technik und Grenzen heutiger Prozessortechniken 395
10.3 Prozessortechniken zur Erhöhung des Durchsatzes eines
Kontrollfadens 398
10.3.1 Weiterentwicklungen des Trace Cache 398
10.3.2 Datenabhängigkeits , Adress und Wertespekulationen 399
Inhaltsverzeichnis XV
10.3.3 Vielfach superskalare Prozessoren 400
10.4 Prozessortechniken zur Erhöhung des Durchsatzes einer mehr
fädigenLast 402
10.4.1 Chip Multiprozessor 402
10.4.2 Prozessor Speicher Integration 406
10.4.3 Mehrfädige Prozessoren 407
10.5 Kontrollfadenspekulation 417
10.5.1 Multiskalarer Prozessor 417
10.5.2 Trace Prozessor 419
10.5.3 Weitere Techniken der Kontrollfadenspekulation 420
11 Zusammenfassung 423
Literatur 425
Sachverzeichnis 439 |
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[425] -437</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1="0" ind2="7"><subfield code="a">Computerarchitektur</subfield><subfield code="0">(DE-588)4048717-9</subfield><subfield code="2">gnd</subfield><subfield code="9">rswk-swf</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1="0" ind2="7"><subfield code="a">Mikroprozessor</subfield><subfield code="0">(DE-588)4039232-6</subfield><subfield code="2">gnd</subfield><subfield code="9">rswk-swf</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1="0" ind2="7"><subfield code="a">Mikrocontroller</subfield><subfield code="0">(DE-588)4127438-6</subfield><subfield code="2">gnd</subfield><subfield code="9">rswk-swf</subfield></datafield><datafield tag="689" ind1="0" ind2="0"><subfield code="a">Mikroprozessor</subfield><subfield code="0">(DE-588)4039232-6</subfield><subfield code="D">s</subfield></datafield><datafield tag="689" ind1="0" ind2="1"><subfield code="a">Mikrocontroller</subfield><subfield code="0">(DE-588)4127438-6</subfield><subfield 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