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組込みシステム　講義

組込みシステム　講義. （第４巻）. ３年次後期２単位選択 担当：　玉野　和保. 単元 7 （1/22）. 第 7 単元　 メモリとその管理. 講義の意味と位置づけ メモリの種類 メモリは単に データを蓄えるのではなく、演算・制御も 実行する 各種メモリの動作基本原理とアクセス法 講義で解説すること メモリの役割 メモリの種類 メモリ動作の基本原理 SRAM の構造と回路とアクセスの実際 DRAM の構造と回路とアクセスの実際 EPROM、FLASH Memory 仮想メモリ. 講義の意味と位置づけ マイコンの定義 コンピュータと電卓の違い

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組込みシステム　講義

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Presentation Transcript

  1. 組込みシステム　講義 （第４巻） ３年次後期２単位選択 担当：　玉野　和保

  2. 単元7（1/22） 第7単元　メモリとその管理 • 講義の意味と位置づけ • メモリの種類 • メモリは単にデータを蓄えるのではなく、演算・制御も実行する • 各種メモリの動作基本原理とアクセス法 • 講義で解説すること • メモリの役割 • メモリの種類 • メモリ動作の基本原理 • SRAMの構造と回路とアクセスの実際 • DRAMの構造と回路とアクセスの実際 • EPROM、FLASH Memory • 仮想メモリ • 講義の意味と位置づけ • マイコンの定義 • コンピュータと電卓の違い • コンピュータの類別 • マイコンの類別 • 講義で解説すること • マイコンとは何か • マイコンのコンピュータ界での位置づけ

  3. 単元7（2/22） メモリの役割 • データの短期保存：　Register • データの長期保存：　Memory Bank 　　　　　　Core Memory（RAM、ROM） 外部メモリ（SAM） • データの変換表：　　Array Processing • Memory Switch:　　メモリ空間でのI/Oで構成 • Flag/Status:　　　　　Registerの一種 　　　　　　　　　　　　　　 単一のFlip/Flopで構成もある

  4. 単元7（3/22） メモリの種類 • 内部メモリ:　自由なアドレス選択で、データの読み書き可 • CORE MEMORY:　RAM、ROMが使用される • 外部メモリ:　　　自由 • 磁気テープ型:　大容量、シリアル形式の長期データ保存　速度が遅い 　　　 DAT（Digital Audio Tape）： • Disk型:　比較的記憶容量が大きく、速度も速い Hard Disk:　Giga Byteオーダーでの情報記録 　　　　　　Micro Drive:超小型Hard Disk　コンパクト Floppy Disk: • IC型：高速だが、記憶容量は少ない。　コンパクト Flash ROM: 　　　 IC card 　　　多種のMemory Media（Compact Flash、Smart Media、Memory Stickなど）

  5. 単元7（4/22） Diskの構造

  6. 単元7（5/22） ＲＡＭ・ＲＯＭの姿 8KB RAM 64K×4B 画像用RAM 8KB ROM 32KB ROM

  7. 単元7（6/22） 多種の新メモリの姿

  8. 単元7（7/22） 内部メモリの種類 • RAM（Random Access Memory):　　　　　　　　　　自由なアドレス選択で、データの読み書き可 SRAM(Static RAM): DRAM(Dynamic RAM): • ROM（Read Only Memory):　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　自由なアドレス選択で、データの読み出し専用 MASK ROM: 　　　　Fuse　ROM: EPROM(Erasable Programmable ROM) or PROM: EEPROM(Electric Erasable Programmable ROM): Flash ROM:

  9. 単元7（9/22） メモリ動作の基本原理 • 双安定回路 • Flip/Flopで構成

  10. 単元7（10/22） SRAMの構造と回路

  11. 単元7（15/22） DRAMの基本原理

  12. 単元7（16/22） DRAMの構成回路

  13. 単元7（17/22） DRAMのアクセス法

  14. 単元7（20/22） EPROMの構造と回路

  15. 単元7（21/22） Flash ROMの構造と回路 EEPROMの一種：　EEPROMより集積度が高い 消去制御用のトランジスタ１個を、消去電圧の与え方を共通化 NAND型は直列配線できるので配線数が少なく集積度は高い。　　NOR型は蓄積電荷が少ないので高速アクセス

  16. 単元7（22/22） 仮想メモリの基本原理 モデル： メインメモリ：16MB（物理アドレス） HD上メモリ：32MB 動作： CPU：　仮想メモリをメインに取込 プログラム：変換テーブルで処理 ※ソフトだけでは遅いのでハード 　で処理　→　連想メモリ（TLB） を使用（配線で変換）

  17. 単元8（1/ 29 ） 第8単元　機械語、アセンブラと基本プログラム • 講義の意味と位置づけ • コンパイラとインタプリタの違い • コンパイラの役割 • 機械語によるALUの制御 • Addressing Mode • 講義で解説すること • コンパイラと機械語 • インタプリタと機械語 • 機械語によるALUの制御 • 機械語の構造 • Addressing Mode • 講義の意味と位置づけ • マイコンの定義 • コンピュータと電卓の違い • コンピュータの類別 • マイコンの類別 • 講義で解説すること • マイコンとは何か • マイコンのコンピュータ界での位置づけ

  18. 単元8（2/29） アセンブラと基本プログラム • 講義の意味と位置づけ • アセンブラの意味 • 逆ポーランド記法 • 講義で解説すること • アセンブラと機械語 • Mnemonic言語 • 逆ポーランド記法とコンパイラ • 講義の意味と位置づけ • マイコンの定義 • コンピュータと電卓の違い • コンピュータの類別 • マイコンの類別 • 講義で解説すること • マイコンとは何か • マイコンのコンピュータ界での位置づけ

  19. 単元8（3/29） コンパイラと機械語 コンパイラ 変換 計算機命令 （Source Statement） 機械符号 （Machine Code） Source Language Machine Language Source statement：　Source Languageで記述 複数の機械語(Machine Language)で構成 Machine Language： Machine Codeで記述 Machine Codeに1対１対応

  20. 単元8（4/29） コンパイラの機能

  21. 単元8（5/29） Source Programから機械語変換

  22. 単元8（5/29） Source Programから機械語変換 ×××.source ×××.asm ×××.obj Source Prog.１ Compiler Object １ ・・・ ・・・ ・・・ Source Prog.N Compiler Object N Locator & Loder Libraly ×××.com ×××.exe Machine Code Linker

  23. 単元8（6/29） インタプリタと機械語 インタプリタ 解釈 計算機命令 （Source Statement） 機械符号 （Machine Code） Source Language Machine Language Object FileをつくらずにSource Statement毎に そのまま実行

  24. 単元8（9/29） 機械語によるALUの制御　　［AND Acc.Immediate 命令を事例として］ 命令 AND命令Code Decoder Clock:　φ AND回路選択 Gate Data Bus AND回路に接続 Enable Immediate Data AND処理回路 F/F あらかじめセット Accumulator つぎのステップで書き込む

  25. 単元8（12/29） ２項演算の命令構造

  26. 単元8（14/29） 16bit MPUの命令構造

  27. 単元8（15/29） Addressing Mode Addresing Mode：操作対象の指定方法の詳細

  28. 単元8（15/29） Addressing Mode

  29. 単元8（16/29） アセンブラと基本プログラム • 講義の意味と位置づけ • アセンブラの意味 • 逆ポーランド記法 • 講義で解説すること • アセンブラと機械語 • Mnemonic言語 • 逆ポーランド記法とコンパイラ • 講義の意味と位置づけ • マイコンの定義 • コンピュータと電卓の違い • コンピュータの類別 • マイコンの類別 • 講義で解説すること • マイコンとは何か • マイコンのコンピュータ界での位置づけ

  30. 単元8（17/29） アセンブラ • Assemblingの語意：　構成目的により集めること • アセンブルドプログラム： 意味を持ち集合された一塊のプログラム 通常Mnemonic言語で記述 Mnemonic： 語意は「記憶を助ける」「記憶の１細胞」 Mnemonic言語： 意味が理解できるよう記号化したマイクロプログラム 機械語と１対１に対応したプログラム言語 アセンブル言語とも呼ばれる • アセンブラ（Assembler） アセンブルプログラムを一連の機械語に変換する ソフトウェアシステム

  31. 単元8（18/29） アセンブラと機械語 アセンブルドプログラム １対１対応 Ｍｎｅｍｏｎｉｃ言語 機械語 マイクロプログラム １対１対応 マイクロ命令 機械操作 機械語

  32. 単元8（21/29） Mnemonic言語 • プログラマの理解を助ける略記号 • 英文の命令文の構造を基本 命令文： 動詞　（V形式） 動詞＋目的語（行き先）　（V+O形式） 動詞＋間接目的＋直接目的（V+IO+DO） 　　（・・・・・に）　　　（・・・・を） 80系プロセッサに見られる命令の事例： Move(Load) Data to Accumulator　→　Mov(LD) A,Data Jump to Address →　Jp（JMP）　Address 　　If　Z-flag is Sign, then jump(go) to Address →　Jp（JMP）　Z,Address

  33. 単元8（23/29） コンパイラの選択 選択のポイント • MPUの特性を生かす言語 • 開発ベンチに適した言語 利用メモリ容量が適当 処理速度が適当 ビジュアル（GUIで開発可） • 開発性の良い言語 構造が見える記述 開発規模に適した記述系 デバッグが容易

  34. 単元8（24/29） コンパイラの開発法 • 機械語手順を自然言語類似言語で対応させる • 基本開発法 逆ポーランド記法 機械語 手順の分解 手順の自然言語類似記述 コンパイラ

  35. 単元8（25/29） 逆ポーランド記法 • 計算式を電卓操作と類似操作に分析する 構文解釈記述法 • 再帰的呼び出しはバッカス記法が有効 再帰的： 定義の中に定義すること 　　例： サブルーチンAの中でAを呼び出す

  36. 単元8（29/29） プログラム開発のコツ • プログラム単体のリストは表示画面内で止めること プログラム単位をモジュール化する 関数化、オブジェクト化、一般化しクラス化 • 構造化すること JUM（GOTO）は使用しない まして、構造化したブロック途中で飛び出、入り込みしない • ＩＦ文は構造化したブロック内では最大３個 ＩＦを使わないようにすればオブジェクト化が容易 • バグが出るのは仕方がないし、むしろフェールセーフに有効だが、バグがとれないプログラムは捨てる勇気を持つこと

  37. 単元8（29/29） プログラム開発のコツ プログラム作成のコツは身体で覚えないとダメ つまり、 「泣かないと、コツは分からない」 • プログラム単体のリストは表示画面内で止めること プログラム単位をモジュール化する 関数化、オブジェクト化、一般化しクラス化 • 構造化すること JUM（GOTO）は使用しない まして、構造化したブロック途中で飛び出、入り込みしない • ＩＦ文は構造化したブロック内では最大３個 ＩＦを使わないようにすればオブジェクト化が容易 • バグが出るのは仕方がないし、むしろフェールセーフに有効だが、バグがとれないプログラムは捨てる勇気を持つこと

  38. 謝　辞 第7、第8単元のコンテンツ作成にあたり、授業の効果的進展のため 以下の文献からの写真図表を多大に引用させて頂いた。 厚く感謝申し上げます。 • 　森下　巌：　マイクロコンピュータの基礎、昭晃堂 • 　トランジスタ技術：特集「メモリIC＆メモリ・カードの解明」、１月号（2002） • 　トランジスタ技術：特集「保存版・Z80徹底研究」、１1月号（1980） • 　原田　豊：　論理回路と計算機ハードウェア、丸善（株） • D.V.Hall：　Microprocessors and Digital Systems、McGraw-Hill　　　　　　　　　 Int．Edit. • D.V.Hall：　Microprocessors and Interfacing、McGraw-Hill　　　　　　　　　　　　　 Int．Edit.

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