2. Cilj predmeta Spoznati osnove delovanja in uporabe
mikrokrmilniških vgradnih sistemov
na primeru HCS12 in deloma AVR
Spoznati nekatera osnovna načela
naprednejših mikroprocesorksih sistemov
z arhitekturnega stališča

3. Vgradni sistemi Vgradni sistemi:
Sistemi (deli sistemov, naprav, komponent)
temelječi na računalniških tehnologijah,
ki navzven niso videti kot računalnik.

4. Mikrokrmilniki Mikrokrmilniki: vse zmogljivejši visoko integrirani,
samostojno delujoči mikroračunalniški sistemi:
(mikro)procesor, pomnilnik, v/i vmesniki in krmilniki.

5. Mikroprocesorji Napredni mikroprocesorji, vse hitrejše,
zmoglivejše CPE računalnikov.

6. Primeri Inteligentne kamere, hišna, industrijska avtomatizacija,
avtomobilska elektronika, medicinska elektronika,
robotika, komunikacije, …

7. Iz vsebine Uvod Zgradba in delovanje računalnika
Mikrokrmilnik HCS12: zgradba, CPE
Mikrokrmilnik HCS12: zbirni jezik
HCS12: Sklad, podprogrami, prekinitve, V/I
HCS12: SCI - serijski komunikacijski vmesnik
HCS12: Časovnik, A/D pretvornik, CAN
HCS12: Programski jezik C
Mikrokrmilnik AT90S8515 AVR RISC procesor
AT90S8515

8. Iz vsebine Navidezni pomnilnik Predpomnilnik Cevovodi
Prekinitveni sistemi, obdelava izjem
Realni čas, OS, ...
Izpit: pisni (“praksa”) + ustni (“teorija”)
Predpogoj: opravljene lab. vaje (HCS12)
Ali namesto pisnega izpita:
doma Atmel AVR (STK, ICE, AvrStudio)
ali poljuben mikrokrmilnik

9. Literatura Študijsko gradivo, na domači strani predmeta
Knjige: veliko tujih in nekaj domačih
(bomo navedli ob primernem času)
Dokumentacija proizvajalcev
Drugi viri na spletu

10. Uvod – nekaj iz zgodovine
Obdobje mehanike
17. – 18. Stoletje
Obdobje elektromehanike
Konec 19., začetek 20. Stoletja
Obdobje elektronike
20. stoletje ->

11. Uvod – obdobje mehanike
Stroji, ki znajo nekatere osnovne računske
operacije, z malo ali nič možnosti za
“programiranje”, t.i. “kalkulatorji”
Wilchelm Schickard ( ): (+,-,*)
Blaise Pascal (1623 – 1662): (+,-)
Gotfried Leibniz ( ): (*,-,*,/)
Charles Babbage ( )
Diferenčni stroj (1823): avtomatsko izvajanje zaporedja operacij
Analitični stroj (1834): možnost krmiljenja zaporedja operacij

12. Uvod – obdobje mehanike
Analitični stroj:
delovanje vodi program, predviden za reševanje
splošnih problemov, krmiljenje zaporedja operacij
Podatkovne
kartice
Mlin
Pomnilnik
Tiskalnik
luknjalnik
Ukazi
Podatki
Ukazne
“Program”

13. Uvod–obdobje elektromehanike
To je obdobje relejev in motorjev
Herman Hollerith (1860 – 1929):
števne, sortirne in tabelirne naprave
na osnovi luknjanih kartic
1924: IBM
Konrad Zuse (1910 – 1995): Z1, Z2, Z3,
Prvi uporabi binarno predstavitev in aritmetiko s plavajočo vejico
Z3 – 1941:
prvi programljiv računalnik za splošne namene

14. Uvod–obdobje elektromehanike
Z3:~ 2600 telefonskih relejev
Trak (ukazi)
Tipkovnica (podatki)
CPE
Pomnilnik
(64 x 22)
Ukazi
Podatki
Žarnice
prikaz
“Program”
Ni obvladal programskih “skokov”

15. Uvod–obdobje elektromehanike
Howard Aiken (1900 – 1973) na Harvardu
MARK I, : podpora IBM (Thomas Watson)
Trak
(ukazi)
Kartice
(podatki)
MARK I
Pomnilnik
(72 x 23)
Podatki
Ukazi
“Program”
Tiskalnik
Luknjalnik
15 m dolg, 2 m visok in širok, desetiški sistem,
ni poznal pogojnih skokov, v uporabi do 1959

16. Uvod – obdobje elektronike
ENIAC 1946: John Mauchly, Presper Eckert, John
von Neumann - svetovalec, Moore School of EE, Penn
Stikala
Povezave
Kartice
(podatki)
CPE
Pomnilnik
(20 x 10)
Podatki
Ukazi
Program
Tiskalnik
Luknjalnik
Prvi elektronski računalnik za splošne namene, elektronk,
200 kW, 300 t, /s, 6000 stikal za programiranje.
Prvič se uporabi izraz programiranje.

17. Uvod – obdobje elektronike
EDVAC 1951, John von Neumann, Princeton University
računalnik s shranjenim programom
1024 x 16 bitnih besed
ni imel programskega števca
ni imel programsko dostopnih registrov
dostop do ukazov in podatkov je hiter
možnost krmiljenja programa (skoki)
enotno obravnavanje programov in podatkov
EDSAC 1949, Maurice Wilkes

18. Uvod – obdobje elektronike
IAS računalnik 1952, John von Neumann
Institute for Advanced Study, Princeton University
4096 x 40 bitnih besed
ena beseda – dva ukaza
prvič je uporabljen programski števec
procesna enota več hitrih registrov, od tega
dva programsko dostopna registra
EDVAC, EDSAC, IAS: predhodniki vseh današnjih
računalnikov za splošne namene

19. Uvod–von Neumannov računalnik
Računalniki zgrajeni po zamisli von Neumanna
CPE: centralna procesna enota, procesor
Kontrolna enota (KE)
Aritmetično logična enota (ALE)
Registri
Pomnilnik: za uzkaze in podatke (operande)
V/I enote
Sistem povezav oziroma vodil
V/I
CPE
Pom.

20. Uvod-von Neumannov računalnik
Danes je izraz von Neumannov tip računalnika (von Neumannova arhitektura) sinonim za sekvenčni računalnik (SISD):
delovanje vodi (popolnoma določa) program
zaporedno izvajanje ukazov (ali pa je vsaj videti tako)
glavni pomnilnik vsebuje ukaze in podatke
obstaja ena pot med CPE in pomnilnikom (ali pa je vsaj videti tako)
SISD: Single Instruction Single Data stream

21. Uvod–sekvenčni/vzporedni rač.
SISD: Single Instrustion Single Data stream
SIMD: Single Instrustion Multiple Data stream
MISD: Multiple instruction Single Data stream
MIMD: Multiple Instruction Multiple Data stream
SISD
SIMD
MISD
MIMD P M D
... I I I I P M D
... I I P P P
... P D D M M
Sekvenčni
računalnik
Vzporedni računalniki

22. Uvod-Harvardski/Princetonski
Harvardski tip računalnika (Harvardska arhitektura)
Ločena pomnilnika za
ukaze in
podatke
Ukazi
CPE
Podatki
Princetonski tip računalnika (Princetonska arhitektura)
Skupen pomnilnik za
ukaze in
podatke
Ukazi in
podatki
CPE

23. Uvod-Harvardski/Princetonski
Današnji harvardski računalnik največkrat nima ločenega pomnilnika, ločene so samo prenosne poti (vodila) U
CPE
Ukazi in
podatki
U – ukazi
P - podatki P
Zmogljivejši računalniki (procesorji) so “navznoter” harvardski, “navzven” pa princetonski U
U – ukazi
P - podatki
Ukazi in
podatki
CPE P

24. Uvod - skupno/ločeno vodilo
Računalnik z ločenim V/I vodilom
V/I
CPE
Pom.
Računalniki s skupnim vodilom
V/I
CPE
Pom.

25. Uvod-Skupno/ločeno vodilo
Pomnilniško preslikan V/I: CPE obravnava V/I
enote enako kot pomnilnik
V/I
CPE
Pom.
Ločen V/I: skupne prenosne poti (naslovno,
podatkovno vodilo), ločeni kontrolni signali (beri/piši)
V/I
CPE
Pom.

26. Uvod - arhitektura Arhitektura računalnikov:
zgradba in delovanje računalnika, neodvisno od njegove izvedbe
Enostavno rečeno: izgled računalnika, kot ga vidi programer v zbrinem jeziku: programski model procesorja, ukazi, načini naslavljanja, sistem prekinitev, V/I prenosi, ...
Organizacija računalnikov: komponente in sestavi, s katerimi je ralizirana arhitektura
Izraz organizacija se opušča. Danes se pretežno uporablja izraz arhitektura sestavnih delov, na primer:
arhitektura mikroprocesorjev, arhitektura mikrokrmilnikov, pomnilnikov, ipd.

27. Uvod – tehnološki razvoj
Dve smeri tehnološkega razvoja zadnjih 50 let
Snovanje vse zmogljivejših arhitektur
Večanje hitrosti procesorja
Večanje velikosti pomnilnika
Večanje pretočnosti računalnika
Večanje stopnje integriranosti
Združitev procesorja in različnih tipov pomnilnika
Dodajanje različnih V/I vmesnikov in V/I krmilnikov
CPE + pomnilnik + V/I = mikrokrmilnik
Mikrokrmilnik -> vgradni (vgrajeni) sistemi
Računalnik v napravi, ki ni videti tako

28. Uvod - mikroprocesor Pojav mikroprocesorja
1971: Marcian E. (Ted) Hoff, Intel, 4004: 4-bitni mikroprocesor - Microcontroller on a chip
1973: Masatoshi Šima, Intel 8080, 8-bitni mikroprocesor, prvi v Intelovi 8-bitni družini in predhodnik (skoraj) vseh Intelovih večbitnih družin
1974: Motorola MC6800, 8-bitni mikroprocesor, prvi v Motorolini 8-bitni družini in predhodnik (skoraj) vseh Motorolinih večbitnih družin
1976: Intel 8048, prvi mikrokrmilnik
1981: osebni računalnik 

29. Uvod - povzetek Arhitektura računalnikov
Von Neumannova tip računalnika (arhitektura)
Princetonski tip računalnika
Harvardski tip računalnika
Mikrokrmilnik
Vgradni (vgrajeni) sistemi