1 주차 1 차시마이크로프로세서개요 학습목표 1. 마이크로프로세서 (Microprocessor) 를설명할수있다. 2. 마이크로컨트롤러를성능에따라분류할수있다. 학습내용 1 : 마이크로프로세서 (Microprocessor) 1. 마이크로프로세서란? 1 작은실리콘칩위에트랜지스터를수천만개집적한소자 2 마이크로 [μ] 는매우작은크기, 프로세서는처리기혹은 CPU를뜻하므로 3 마이크로프로세서는 매우작은처리기 를의미 4 인텔에서 intel 4004라는최초의마이크로프로세서개발 (1971년) * 마이크로프로세서의 2가지형태 ➀ CPU형마이크로프로세서 - CPU 기능대부분을칩하나에집적하고, CPU형마이크로프로세서를중심으로 ROM, RAM, 입출력장치등을추가하여마이크로컴퓨터 (microcomputer) 를구성할수있다. ➁ 단일칩마이크로컴퓨터 (single chip microcomputer) - 마이크로컴퓨터에들어가는모든부품들을하나의반도체칩에집적한것 ( 혹은 one chip microcomputer 라고도함 ) 연산용과제어용으로분류하며, 제어용단일칩마이크로컴퓨터를마이크로컨트롤러 (microcontroller) 라고하고 8051, AVR, PIC 등이있다. 2. 마이크로컴퓨터개념 (1) 마이크로프로세서 (Microprocessor) - 컴퓨터의 CPU(Central Processing Unit) 가가진기능의대부분을하나혹은몇개의반도체칩 (Chip) 으로집적한 것이다. (2) 마이크로컴퓨터 (Microcomputer) - 마이크로프로세서를중심으로 ROM, RAM, I/O 장치등으로구성된소규모컴퓨터시스템 - 1 -
(3) CPU 1 산술논리연산장치 (ALU : Arithmetic Logic Unit) : 가산이나승산등의산술연산과 AND 조작과같은논리연산을수행 2 제어장치 (Control Unit) : 명령어를해석하고그것을실행하는데필요한컴퓨터내부의각장치사이의데이터흐름을제어 3 레지스터 (Register) : 프로그램의실행중에데이터를보관하는작은메모리로고속액세스가능 (4) 버스 (Bus) - 마이크로프로세서와각장치들이서로정보를교환하기위해필요한전송로 - 주소버스 : 메모리내의특정장소나입출력장치의특정포트 (port) 를지정하는주소가실린다. - 데이터버스 : 각장치간에주고받는정보가실린다. - 제어버스 : CPU 내부또는외부로부터시스템동작을제어하는신호가실린다. 학습내용 2 : 메모리구성에 른마이크로프로세서분류 1. 메모리구성에따른분류 (1) 폰노이만구조 1 데이터영역과프로그램영역의물리적인구분이없고버스크기도동일 2 데이터와프로그램코드를동일하게취급하므로데이터도프로그램코드에함께들어감 3 대표적인예는일반데스크톱 PC - 2 -
(2) 하버드구조 1 프로그램버스와데이터버스가별도로있는것이특징이며동시에액세스가가능한방식 2 즉데이터메모리가레지스터파일형태로통합관리 3 레지스터와메모리간에상호전송이필요없게되어명령어수를줄이고, 속도를빠르게할수있다. 4 데이터영역과프로그램영역이물리적으로구분되어있고각버스의크기들이서로다를수있음 5 데이터와명령어를분리해서처리 6 대표적으로 8051, PIC, AVR - 3 -
(3) CMOS 구조 - 소비전력이매우적으며, 전달특성이우수하고동작전압의범위가넓다. (4) 고성능고효율의플래시메모리탑재 - 프로그램메모리가플래시메모리로되어있으며 ISP 기능을제공하여손쉽게프로그램을다운로드할수있다. 학습내용 3 : 명령어구조에따른마이크로프로세서분류 1. 명령어구조에따른분류 (1) CISC(Complex Instruction Set Computer) 구조 1 복합명령어셋컴퓨터 라는의미를지니는방식이며, 대표적으로인텔의 x86계열 CPU와펜티엄 4도이방식을사용 2 CPU가처리할수있는명령어를모두내장하므로 CPU의구조가매우복잡 3 CISC 방식의장점은뛰어난호환성에있음 4 개인용컴퓨터인 PC에많이사용. 8051은 CISC 방식 (2) RISC(Reduced Instruction Set Computer) 구조 1 축소명령어셋컴퓨터 라는의미를지니는방식이며, 주로대형컴퓨터나워크스테이션에사용 2 CPU에내장된명령어를줄여보다빠른처리속도가특징 3 CPU의구조를보다단순화 4 컴파일러에게많은짐을 ( 연산과정 ) 을넘김으로써 CPU 내부구조를단순하게제작 5 복잡한명령어는단순한명령어를조합해서사용 (3) CISC와 RISC 비교 1 개발자가작성한프로그램을컴파일과정에서얼마나최적화수행여부가성능에결정에영향 2 CISC는내장된수백개명령어를이용해프로그램을작성하기편리하고, CPU를좀더복잡하고세밀하게다룰수있다는장점이있으며, 하위호환성이있으므로다양한환경에서도제성능을발휘 3 RISC는일부명령어만포함해구조가효율적이지만특정목적에특화되어다양한용도로사용하기에는적합하지않음 4 인텔은 CISC 방식만고집하다가 64비트 CPU, 즉팬티엄이후부터 RISC 방식을도입 5 AMD는 CISC 방식에일부 RISC 방식을더일찍도입해 CPU 성능을높임 - 4 -
학습내용 4 : 마이크로컨트롤러성능별응용 1. 단일보드마이크로컴퓨터 (One board microcomputer) 마이크로컴퓨터중에서부품들을한장의기판위에배치해놓은것 2. 단일칩마이크로컴퓨터 (Single Chip Microcomputer) 1 단일보드마이크로컴퓨터에들어가는모든부품들을하나의반도체칩 (VLSI) 에집적 2 단일칩마이크로컴퓨터는용도에따라연산및데이터의처리를목적으로하는연산용과기계의제어를목적으로하는제어용으로분류 3 마이크로컨트롤러 : 제어를목적으로하는단일칩마이크로컴퓨터 4 칩하나만으로컴퓨터의기능을갖추고있는것 (One-chip Microcomputer) 5 counter timer circuit 계수타이머회로 - 5 -
3. 마이크로컨트롤러장점 1 제품이소형화되고, 경량화 2 제품의가격이저렴 3 융통성이높아서기능변경이나확장이용이 4 신뢰성이향상 구분 마이크로프로세서 마이크로컨트롤러 모양 CPU CPU, 메모리, I/O 하나의칩에집적 목적 범용 ( 예 : PC) 특정목적 동작 단일칩동작불가 단일칩동작가능 주변장치 주변장치필요 주변장치도움이거의필요없음 사용 개인컴퓨터 기기제어용 4. 마이크로컨트롤러응용 (1) 마이크로컨트롤러의분야 - 산업 - 계측 - 가전제품 - 유도제어 - 데이터처리 - 자동차 - 통신 (2) 마이크로컨트롤러성능별응용 1 4비트 CPU( 간단한조작 ) : 장난감, 배터리충전기, 게임기, 휴대용음향기기 ( 라디오 ) 2 8비트 CPU(Atmega 128) : 단말기, 계측기기, 학습기, 감시장치, 게임기 3 12비트 CPU : 자동차전자장치 4 16비트 CPU : 프로세서제어, 복잡한기기제어, 게임기 5 32비트 CPU : 게임기 6 4비트 CPU : 학습정리 1. 마이크로컴퓨터는마이크로와컴퓨터가결합된용어로작은컴퓨터시스템을말합니다. 2. 마이크로컴퓨터는작은휴대용시스템부터휴대용노트북, 스마트폰등성능에따라여러가지기기에이용되고있다. - 6 -