Transcript 마이크로프로세서 개요

마이크로프로세서설계 – 1
마이크로프로세서 개요
시스템및센서네트워크연구실
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마이크로프로세서(microprocessor)
 마이크로프로세서
 프로그램의 명령어를 처리하기 위한 장
치
 컴퓨터의 중앙처리장치(Central
Processing Unit)를 단일 IC 칩에 집적시켜
만든 반도체 소자
 단순히 프로세서 또는
MPU(MicroProcessing Unit)라고도 부름
 1971년 미국 Intel사에서 세계 최초로 마
이크로프로세서 개발
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마이크로컨트롤러(microcontroller)
 마이크로컨트롤러
 1개의 칩 내에 마이크로프로세서의 CPU 기능
과 함께 일정한 용량의 메모리(ROM, RAM)와
입출력 인터페이스 회로를 내장한 것
 1970년대 중반부터 나타난 형태로서, 범용의
목적보다는 기기 제어용에 주로 사용
 1개의 소자만으로 완전한 컴퓨터 시스템 기능
을 갖추고 있으므로, 단일 칩 마이크로컴퓨터
(single-chip microcomputer)라고 함
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SoC (System on Chip)
 SoC (System on Chip)
 1개의 칩 안에 특정 기능의 시스템 내장
 전자 기기의 소형화, 고기능화를 가능하게 하는 비메모리 반도체
 CPU 코아(core), 모뎀 코아, 아날로그 회로, 내장형 메모리, 실시간 운영체
제, 내장형 S/W 등으로 구성
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마이크로프로세서 분화 및 발전
범용 마이크로프로세서
(연산 및 데이터처리용)
고속처리 성능 강화
소프트웨어 호환성 희생
I/O 제어 기능 강화
시스템 저가격화
마이크로컨트롤러
(기기제어용용)
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RISC 프로세서
(고성능 워크스테이션용)
연산 처리 성능 강화
일부 기능 축소
I/O 제어 기능 강화
시스템 저가격화
DSP
(실시간 디지털
신호처리용)
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마이크로컨트롤러의 특성
 소형화와 경량화
 다양한 기능을 단일 칩에 집적시켜 구현하였기 때문에 제품 제작시 소형
화와 경량화를 실현할 수 있음
 쉽고 편리한 개발
 입출력, 인터럽트 처리, 비트 조작 명령어가 많아 프로그램 작성이 수월
하여 개발이 빠름
 저가격
 개발비, 부품비와 제작비를 감소시켜 제품의 가격을 저렴하게 할 수 있음
 융통성
 프로그램 변경 만으로 기능을 변경하거나 확장시키는 것을 짧은 시간 내
에 수월하게 할 수 있음
 신뢰성
 제품의 부품수를 줄일 수 있어 제품의 구성을 간단하게 하고 고장발생률
을 줄일 수 있으며, 고장시 유지보수가 쉬움
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마이크로프로세서의 역사
 1971년 : 4비트 마이크로프로세서 개발
 인텔에서 4비트 마이크프로세서인 4004 발표
 1970년 초반: 8비트 마이크로프로세서 개발
 1972년 인텔에서 8비트 마이크로프로세서인 8080 발표
 자일로그에서 Z80 발표
 모토롤라(현재 프리스케일)에서 6800, 6809 발표
 1970년 후반 : 16비트 마이크로프로세서 등장
 인텔에서 8086 발표 : IBM PC에 채택
 모토롤라에서 68000 발표 : 매킨토시 마이크로컴퓨터에 채택
 1980년대 : 32비트 마이크로프로세서 등장
 인텔에서 80386, 80486, 모토롤라에서 68020, 68040 등장
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마이크로컨트롤러의 역사
 1970년대
 1975년 TI에서 TMS1000 시리즈 발표
 1976년 인텔에서 산업용으로 CISC 구조인 MSC-48 발표
 Z80이 타이머, 병렬 입출력, 직렬 입출력, ROM, RAM 등이 필요하였던
반면에, CPU를 보조하는 LSI들이 칩에 내장되어 있으므로, 매우 편리하
게 산업용으로 사용 가능
 1980년대
 인텔에서 1981년에 MSC-51 발표
• 대다수 8051 시리즈의 시초
 마이크로칩에서 1988년 PIC 시리즈 발표
 1990년대
 Atmel에서 1997년 RISC 구조인 AVR 시리즈 발표
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마이크로컨트롤러 관련 용어
 메모리
 RAM (Random Access Memory)
• 휘발성 메모리로 전원이 차단될 경우 데이터가 소멸
• 읽고 쓰는 속도가 매우 빠름
• SRAM (Static RAM)
 메모리의 사용이 비교적 단순하고, 속도가 매우 빠름
 ROM (Read Only Memory)
• 비휘발성 메모리로 전원이 차단되어도 기존에 기억하고 있는 데이터
가 그대로 보존되는 특징을 가짐
• EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM)
 정상전압보다 높은 고전압을 이용하여 데이터를 지울 수 있는 특징을 가진
EPROM (메모리 속에 저장된 내용을 지우고 재사용할 수 있는 ROM)
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 Cash Memory
• SRAM으로 구성된 메모리로 가격이 상당히 비쌈
• 빠른 속도로 처리가 가능
• MCU에서 처리 속도가 빠른 마이크로프로세서와 상대적으로 처리가
속도가 느린 외부의 주메모리 또는 보조기억장치에서 발생되는 데이
터 처리속도의 손실을 줄이고자 할 때 사용
 Flash Memory
• 전원이 끊겨도 저장된 정보가 지워지지 않는 기억장치
• ROM의 특징과 동일
• MCU에서 프로그램을 저장하는 역할
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 CISC와 RISC 구조
 CISC 구조 : 8051 계열
• 소프트웨어 특히 컴파일러 작성을 쉽게 하기 위해 하드웨어화할 수
있는 것은 모두 하드웨어에 맡기는 방법을 택한 구조
• 아주 복잡한 처리도 한 개의 명령으로 수행 가능
• 명령어에 따라 수행되는 사이클 수가 다름
 RISC 구조 : AVR, PIC, DSP 계열
• 범용 마이크로프로세서의 명령 세트를 축소하여 설계한 구조
• 복잡한 처리는 소프트웨어에게 맡기는 방법을 택한 구조
• 명령어로 처리할 수 있는 작업은 제한적이지만, 대단히 빠른 속도로
작업을 수행할 수 있음
• 코드의 크기를 줄일 수 있음
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 폰 노이만 구조와 하바드 구조
 폰 노이만 구조 (CISC 구조에서 주로 사용)
• 일반 메모리를 프로그램과 데이터가 혼재할 수 있는 구조
• 주소 버스와 데이터 버스를 모든 메모리 소자들이 공유
 하바드 구조 (RISC 구조에서 주로 사용)
• 프로그램 메모리와 데이터 메모리가 분리되어 있음
• 프로그램 메모리와 데이터 메모리에서 주소 버스 및 데이터 버스가
완전히 분리되어 있음
• 고속 동작이 가능
폰 노이만 구조
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하바드 구조
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 파이프라인 구조
 하바드 구조에서 주로 채택
 파이프라인을 이용하여 동시에 여러 개의 명령을 처리
 패치(명령 인출)와 실행이 동시에 실시됨
 이론상 속도가 2배 가까이 빨라짐
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 MIPS (Million Instructions Per Second)
 1초당 100만개 단위의 명령어 연산이란 뜻으로, 컴퓨터의 연산 속도를 나
타내는 단위
 16MIPS라는 것은 1초에 1600만개의 명령어를 처리한다는 것임
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