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1、Tongji University,1,第1章 概论,Tongji University,2,1.0 计算机概述 1.1 微控制器概述 1.2 MCU和MPU 1.3 微控制器和嵌入式系统 1.4 微控制器的应用开发1.4.1 硬件和软件的协同设计1.4.2 微控制器系统的设计方法 1.5 微控制器的历史与发展 1.6 相关基础知识概要,本章主要内容,Tongji University,3,1.0 计算机概述,一、计算机的定义电子计算机是一种能够高速而精确地进行各种数据处理的机器。计算机是一种用电子线路对数据进行高速计算处理的机器。二、计算机的发展历史第一代 电子管 20世纪40年代末-20世
2、纪50年代末1946年宾夕法尼亚大学J.W.Mauchly和 J.P.EckertENIAC计算机 18800只电子管,重28吨，耗电150kW，占地170平米 加法5000次/秒 乘法56次/秒,Tongji University,4,ENIAC ENIAC (Electronic Numerator, Integrator, And Computer) was the first fully electronic digital computer. Built at the University of Pennsylvania in 1946, it remained in service
3、 until 1955. ENIAC contained 18,000 vacuum tubes and required manual rewiring to be programmed. Microsoft Encarta Encyclopedia 2002. 1993-2001 Microsoft Corporation. All rights reserved.,Tongji University,5,第二代 晶体管 20世纪50年代末- 20世纪60年代末1957年 TRANSACS-1000 第三代 IC、MSI 20世纪60年代中- 20世纪70年代初1964年 IBM360系列
4、 第四代 LSI、VLSI 20世纪70年代初开始1971年 IBM370系列 第五代 计算机发展的未来趋势光计算机量子计算机（IBM，2001年）生物计算机（基因、神经）冯.诺依曼式-“程序存储方式”冯.诺体曼瓶颈-存储器和中央处理器(CPU)间狭窄通路对扩大存储容量和提高CPU速度的影响,Tongji University,6,三、计算机的发展趋势微型化 巨型化 网络化 智能化 多媒体化四、计算机的分类 模拟 数字按设计目标 通用、专用按用途 科学计算、数据处理、工业控制按规模和功能 巨型、大型、中型、小型、超小型、微型: 通用（多板）单板（Single Board）单片（Single C
5、hip）,Tongji University,7,一个只有火柴头大小的web服务器 How do you get an elephant into a matchbox ? You first take out all the match-sticks, then you get it in. For more: http:/www-ccs.cs.umass.edu/shri/iPic.html,Tongji University,8,英特尔Compute Stick For more: http:/ http:/ University,9,Supercomputer Dawning 4000
6、A http:/www.top500.org,Tongji University,10,Supercomputer Dawning 4000A,Tongji University,11,Supercomputer Dawning 5000A http:/www.top500.org,System Name Magic Cube Site Shanghai Supercomputer Center System Family Dawning Cluster System Model Dawning 5000A Vendor Dawning Application area Research In
7、stallation Year 2008 Operating System Windows HPC 2008 Memory 122880 GB Interconnect Infiniband DDR Processor AMD x86_64 Opteron Quad Core 1900 MHz,Tongji University,12,Supercomputer Dawning 5000A http:/www.top500.org,Ranking History : List Rank Rmax (GFlops) 06/2009 15 180600 11/2008 11 180600,Perf
8、ormance/Linpack data : Cores Rmax(GFlops) Rpeak(GFlops) Nmax Nhalf 30720 180600 233472 0 0,Tongji University,13,Supercomputer Dawning 5000A,Tongji University,14,Supercomputer Dawning 5000A,Tongji University,15,高效能(高生产率) 4路刀片节点和8路胖节点设计 CPU核心内部采用直连内存访问技术 刀片节点单CPU核最大支持64GB内存，胖节点单CPU核最大支持128GB，可满足特殊行业挑战
9、性需求。 基于ConnectX的DDRInfiniband互联，二叉树无阻塞设计，实现了20Gb的传输速率，1.3us的业界最低通信延迟。 高效并行文件系统，可以提供70GB/s的磁盘I/O访问带宽。,Supercomputer Dawning 5000A 特点,Tongji University,16,高密度 4路4核的刀片服务器设计，在7U高度的机箱内可部署了40颗CPU，实现160个计算核心的计算密度。 单机柜内可以部署5个7U高度机箱，意味曙光5000单机柜即可实现200颗CPU，800个计算核心的超高计算密度，理论计算峰值7.5万亿次。,Supercomputer Dawning 5
10、000A 特点,Tongji University,17,高可靠性 全冗余刀片服务器设计，使系统中无单一故障点，较机架式Cluster减少了70%以上的系统电缆连接。 全冗余的网络设计，机群内部采用了全无阻塞的InfinibandCLOS网络构建计算存储网络，冗余万兆级联的无阻塞Ethernet互联网络。 全内置ConnectXDDRInfiniband二层交换，减少了50%的Infiniband连线，全面采用光纤传输技术，降低高速信号衰减。 液冷机柜拥有冗余的制冷风扇，并采用智能散热控制，能有效避免系统过热带来的系统停机。 自主开发的GridView集群管理管理系统。,Supercomput
11、er Dawning 5000A 特点,Tongji University,18,低能耗 满负载运行的状态下，功耗也仅为其他品牌同级别高性能计算机的六分之一 不带水冷系统运行时功耗为720千瓦，带水冷系统运行时功耗为1000千瓦。 低价格 百万亿次计算规模的曙光5000售价不到1亿元人民币，为当前其他厂商同等规模高性能计算机的1/6-1/7。 年运营(含空调系统)耗电约800万度。 3年全免费保修，终身提供免费技术服务 具有全系统统一的智能监控管理系统，能有效减少人工干预。,Supercomputer Dawning 5000A 特点,Tongji University,19,自主知识产权 在
12、系统研发设计阶段获得50余项自主专利 业界最早实现了4路4核的高密度刀片系统 业界最早实现了同等尺寸的8路4核SMP主板设计 业界最早实现了基于IOE的通用刀片系统 业界最早实现了ConnectX的DDRHCA和Infiniband交换的刀片内集成,Supercomputer Dawning 5000A 特点,Tongji University,20,高可应用性 不仅可以应用于高性能计算，还可以应用于信息服务，电子政务，网络游戏等常见商业应用。 可广泛运行证券指数计算、电力安全评估、建筑工程抗震性评估、天气预报、石油地震资料处理、核能开发利用、汽车碰撞、电磁辐射、计算流体力学、基因匹配与拼接、
13、蛋白质结构分析和材料科学等20多个应用领域。 商业应用方面，由于曙光5000A使用SuseLinux和WCCS，可广泛运行目前Linux和Windows下的主流的行业软件，用户不需要对普通平台上开发的软件进行任何更改，既可使用。,Supercomputer Dawning 5000A 特点,Tongji University,21,高性能 基于刀片架构的HPP体系架构，共有约30000颗计算核心,四核AMDBarcelona(主频2.0GHz)处理器 大于100TB海量内存，700TB数据存储能力 采用低延迟的20Gb的网络互联 设计浮点运算速度峰值为每秒230万亿次，Linpack测试速度预
14、测将达到160T，效率大于70%曙光5000一天完成的工作量，相当于全中国所有人每天24小时、每年365天利用手持计算机不停地进行计算46年时间的工作量。,Supercomputer Dawning 5000A 特点,Tongji University,22,五、 计算机的特点优点通用性高速性大的存储能力正确性缺点缺乏创造和联想能力 AI？缺乏感情色彩缺乏举一反三的能力,Tongji University,23,1.1 微控制器概述,早期称为Single-chip Microcomputer（单片机）现一般称为MCU, Microcontroller Unit (微控制器)或 Embedded
15、 Microcontroller （嵌入式微控制器）,Tongji University,24,微控制器定义：在一块芯片上集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM/ROM等）及输入输出（I/O）接口的比较完整的计算机系统。优点：体积小，价格低，稳定可靠，较高性价比和灵活性。代替模拟、数字电路实现大部分计算、控制功能。,Tongji University,25,1.2 MCU和MPU,微计算机技术的发展，形成了两大分支：微控制器和微处理器。微处理器MPU（Microprocessor Unit）是计算机的核心部件，计算机系统的主要用途是科学计算、数据处理、图像分析、数据库管理、人工智能、数字模拟和仿真等。微控制器MCU主要用于控制目的。要求构成的检测控制系统有实时、快速的外部响应，能迅速采集到大量数据，做出逻辑判断与推理后实现对被控制对象的参数调整与控制。,
