“单板机”或称“单板电脑”(SBC, Single Board Computer),将计算机的各个部分都组装在一块印制电路板上,包括微处理器/存储器/输入输出接口,还有简单的七段发光二极管显示器、小键盘、插座等其他外部设备。功能比单片机强,适于进行生产过程的控制。可以直接在实验板上操作,适用于教学。
单板机与单片机大的不同在于系统组成。
单板机是把微型计算机的整个功能体系电路(CPU、ROM、RAM、输入/输出接口电路以及其他辅助电路)全部组装在一块印制电板上,再用印制电路将各个功能芯片连接起来。
单片机就是一块集成电路芯片上集成有CPU、程序存储器、数据存储器、输入/输出接口电路、定时/计数器、中断控制器、模/数转换器、数/模转换器、调制解调器等部件。
单片机用途
单片机由于体积小,成本低等特点,大量用于了生活设备现代化中。像我们日常生活中的智能电器,汽车等等。
提供1.1 GHz、1.6 GHz或1.8 GHz三种频率
奔腾M处理器
高达2兆字节的L2缓存
高达1.5 Gbyte DDR SDRAM
辅助IDE上高达1gb的可引导CompactFlash(请参见
订购选项)
内部SVGA和DVI控制器
通过P2后部I/O支持串行ATA
通过英特尔855GME芯片组的400 MHz系统总线
支持10BaseT和100BaseTX的以太网控制器
通过前面板
支持10BaseT的千兆以太网控制器,100BaseTX
和支持可选Vita 31.1的1000BaseT接口
四个异步16550兼容串行端口
四个通用串行总线(USB)2.0版连接,两个开启
前面板和两个后部I/O
PMC扩展站点(PCI-X,66 MHz)
32千字节非易失性SRAM
对Windows XP、Windows 2000、
VxWorks、QNX、LynxOS和Linux
功能特点
微处理器:VMIVME-7807基于奔腾M
处理器家族。增强型1.1 GHz和1.6 GHz奔腾M
处理器有1兆字节的L2高速缓存,而1.8 GHz的奔腾M
处理器有2兆字节的L2高速缓存。奔腾M处理器家族
提供非常适合嵌入式的热特性
在很宽温度范围内运行的系统。
DRAM内存:VMIVME-7807支持DDR SDRAM和
可选的ECC支持,大存储容量为1.5 GB。这
SDRAM是VMEbus的双端口。
BIOS:系统和视频BIOS以可重新编程的闪存形式提供
记忆。
以太网控制器:VMIVME-7807为以下设备提供连接
使用英特尔82551ER以太网控制器的10/100兆字节局域网。一个
标准RJ45连接器提供在前面板上,带有网络
状态指示器。第二个以太网接口是双千兆位接口
以太网(Intel 82546EB ),一个路由到前面板,另一个路由到
使用P2连接器连接到底板。两个千兆以太网
通用电气发那科嵌入式系统公司的VMIVME-7807/VME-7807RC功能
基于奔腾M的单槽单板计算机(SBC ),被动冷却,
VME欧洲卡外形。这些产品利用了英特尔的技术
855GME芯片组。
VMIVME-7807/VME-7807RC提供了通常在桌面上可以找到的功能
系统,例如:
1.0GB DDR SDRAM,使用一个SODIMM和可选的512MB焊接内存
大1.5GB内存
内置SVGA支持(前面板连接)
具有双头显示功能的数字视频控制器(后置I/O) DVI-D
10/100 Mbit以太网控制器(前面板连接)
双千兆以太网支持(前面板或后I/O)
带有VITA 31.1接口的可选P0
串行ATA (SATA)支持(后部I/O)
串行端口COM1(前面板连接)
Ultra IDE驱动器支持(后部I/O)
实时时钟/日历
前面板复位开关
微型扬声器
键盘/鼠标端口(前面板连接)
855GME芯片组允许VMIVME-7807/VME-7807RC提供增强的
集成视频和Ultra ATA/100 IDE支持等功能。这
VMIVME-7807/VME-7807RC能够执行当今的许多桌面
操作系统,如微软的视窗XP,视窗2000和广泛的
各种Linux
控制板和控制系统
控制系统:理解为多块控制板拼到一起装成的设备,那就是一个控制系统;如3个人就组成了一个群体,3台电脑联在一起,就组成了一个网络一样的意思。控制系统的组成,是设备之间操作更方便,生产设备自动化,节省了人员的操作,提高企业的产能、效率。控制系统用于如下行业:如工业物联网控制系统、农业物联网控制系统、大型玩具模型控制器、人机界面控制系统、大棚智能温湿度控制器、水肥一体控制系统、PLC非标自动化测试设备控制系统、智能家居控制系统、医疗护理监控系统、MIS/MES车间自动化生产控制系统(推进工业4.0)等。
CPU出现于大规模集成电路时代,处理器架构设计的迭代更新以及集成电路工艺的不断提升促使其不断发展完善。从初于数学计算到广泛应用于通用计算,从4位到8位、16位、32位处理器,后到64位处理器,从各厂商互不兼容到不同指令集架构规范的出现,CPU 自诞生以来一直在飞速发展。 [1]
CPU发展已经有40多年的历史了。我们通常将其分成六个阶段。 [3]
(1)阶段(1971年-1973年)。这是4位和8位低档微处理器时代,代表产品是Intel 4004处理器。 [3]
1971年,Intel生产的4004微处理器将运算器和控制器集成在一个芯片上,标志着CPU的诞生; 1978年,8086处理器的出现奠定了X86指令集架构, 随后8086系列处理器被广泛应用于个人计算机终端、服务器以及云服务器中。 [1]
(2)第二阶段(1974年-1977年)。这是8位中微处理器时代,代表产品是Intel 8080。此时指令系统已经比较完善了。 [3]
(3)第三阶段(1978年-1984年)。这是16位微处理器的时代,代表产品是Intel 8086。相对而言已经比较成熟了。 [3]
(4)第四阶段(1985年-1992年)。这是32位微处理器时代,代表产品是Intel 80386。已经可以胜任多任务、多用户的作业。 [3]
1989 年发布的80486处理器实现了5级标量流水线,标志着CPU的初步成熟,也标志着传统处理器发展阶段的结束。 [1]
(5)第五阶段(1993年-2005年)。这是奔腾系列微处理器的时代。 [3]
1995 年11 月,Intel发布了Pentium处理器,该处理器采用超标量指令流水结构,引入了指令的乱序执行和分支预测技术,大大提高了处理器的性能, 因此,超标量指令流水线结构一直被后续出现的现代处理器,如AMD(Advanced Micro devices)的锐龙、Intel的酷睿系列等所采用。 [1]
(6)第六阶段(2005年后)。处理器逐渐向更多核心,更高并行度发展。典型的代表有英特尔的酷睿系列处理器和AMD的锐龙系列处理器。 [3]
为了满足操作系统的上层工作需求,现代处理器进一步引入了诸如并行化、多核化、虚拟化以及远程管理系统等功能,不断推动着上层信息系统向前发展。 [1]
冯诺依曼体系结构是现代计算机的基础。在该体系结构下,程序和数据统一存储,指令和数据需要从同一存储空间存取,经由同一总线传输,无法重叠执行。根据冯诺依曼体系,CPU的工作分为以下 5 个阶段:取指令阶段、指令译码阶段、执行指令阶段、访存取数和结果写回。 [1]
取指令(IF,instruction fetch),即将一条指令从主存储器中取到指令寄存器的过程。程序计数器中的数值,用来指示当前指令在主存中的位置。当 一条指令被取出后,程序计数器(PC)中的数值将根据指令字长度自动递增。 [1]
指令译码阶段(ID,instruction decode),取出指令后,指令译码器按照预定的指令格式,对取回的指令进行拆分和解释,识别区分出不同的指令类 别以及各种获取操作数的方法。现代CISC处理器会将拆分已提高并行率和效率。 [1]
执行指令阶段(EX,execute),具体实现指令的功能。CPU的不同部分被连接起来,以执行所需的操作。
访存取数阶段(MEM,memory),根据指令需要访问主存、读取操作数,CPU得到操作数在主存中的地址,并从主存中读取该操作数用于运算。部分指令不需要访问主存,则可以跳过该阶段。 [1]
结果写回阶段(WB,write back),作为后一个阶段,结果写回阶段把执行指令阶段的运行结果数据“写回”到某种存储形式。结果数据一般会被写到CPU的内部寄存器中,以便被后续的指令快速地存取;许多指令还会改变程序状态字寄存器中标志位的状态,这些标志位标识着不同的操作结果,可被用来影响程序的动作。 [1]
在指令执行完毕、结果数据写回之后,若无意外事件(如结果溢出等)发生,计算机就从程序计数器中取得下一条指令地址,开始新一轮的循环,下一个指令周期将顺序取出下一条指令。 [1] 许多复杂的CPU可以一次提取多个指令、解码,并且同时执行。
传统计算机存储容量较小,面对大规模数据集的操作效率偏低。新一代计算机采用高配置处理器作为控制中心,CPU在结构功能方面有了很大的提升空间。中央处理器以运算器、控制器为主要装置,逐渐扩散为逻辑运算、寄存控制、程序编码、信号收发等多项功能。这些都加快了CPU调控性能的优化升级。 [5]
CPU总线
CPU总线是在计算机系统中快的总线,同时也是芯片组与主板的核心。人们通常把和CPU直接相连的局部总线叫做CPU总线或者称之为内部总线,将那些和各种通用的扩展槽相接的局部总线叫做系统总线或者是外部总线。在内部结构比较单一的CPU中,往往只设置一组数据传送的总线即CPU内部总线,用来将CPU内部的寄存器和算数逻辑运算部件等连接起来,因此也可以将这一类的总线称之为ALU总线。而部件内的总线,通过使用一组总线将各个芯片连接到一起,因此可以将其称为部件内总线,一般会包含地址线以及数据线这两组线路。系统总线指的是将系统内部的各个组成部分连接在一起的线路,是将系统的整体连接到一起的基础;而系统外的总线,是将计算机和其他的设备连接到一起的基础线路。 [4]