Курс лекций по информатике Микропроцессор

Художественная культура и искусство
Литература и искусство эпохи
Возрождения
(Ренессанса)
Курс лекций по истории искусства
Тибетский буддизм
Традиционная культура Японии
Культура Африки
Культура Византии.
Основные произведения раннего
христианства
Искусство средних веков
Начало Возрождения в Италии
История русской культуры
Древнерусская (российская) культура
Культура Киевской Руси
Особенность зодчества Киевской Руси
Культура Московского государства
Эпоха правления первых Романовых
Эпоха реформ Петра
Теория машин и механизмов
Физика решение задач
Основные законы динамики
Математический анализ
Электротехника и электроника
Соединение фаз звездой
Соединение фаз треугольником
Активная мощность трехфазной системы
Асинхронный электродвигатель
Расчеты электрических цепей
Дифференциальная форма закона Ома
Резонанс напряжений
Сопротивления в цепи переменного тока
Мощность цепи переменного тока
Однофазные выпрямители
Расчет выпрямителя
Короткое замыкание в R-L цепи
Начертательная геометрия
Аксонометрические проекции
Примеры позиционных и метрических задач
Геометрические основы теории теней
Примеры выполнения заданий
контрольной работы
Лекции и задачи по физике
Молекулярная физика и термодинамика
Атомная физика
Решение задач по ядерной физике
Примеры решения задач
Компьютерная  безопасность
Атаки на уровне сетевого
программного обеспечения
Безопасность компьютерной сети
Шифрование в каналах связи
Информационные системы
Технологии программирования
Мультимедийные технологии
Технологии баз данных
Нетрадиционная виды получения
электрической энергии
 

Классификация и основные параметры МП

Сложность классификации МП средств связана с тем, что с одной стороны МП - это функциональное вычислительное устройство, а с другой стороны - это БИС. Поэтому для МП важны такие параметры БИС, как:

-          тип корпуса БИС,

-          количество источников питания,

-          требования к синхронизации,

-          мощность рассеяния,

-          температурный диапазон,

-          быстродействие,

-          уровни сигналов,

-          возможность наращивания,

-          нагрузочная способность и т.д.

Как функциональное устройство МП характеризуется следующими параметрами:

-          формат обрабатываемых данных,

-          количество, тип и гибкость системы команд,

-          методы адресации данных,

-          число внутренних регистров,

-          средства прерываний,

-          построение системы ввода-вывода и т.д.

Как и обычное устройство управления МП можно разделить на три части: операционную (в ней осуществляется преобразование данных), управляющую (осуществляет управление обработкой данных по программе) и интерфейсная (осуществляет связь МП с внешними устройствами). Первые две части характеризуются разрядностью, системой команд, системой прерываний и т.д., третья часть - разрядностью, возможностью подключения других частей системы и т.д.

Конструктивно все три части могут присутствовать в одном кристалле БИС, тогда этот МП называют однокристальным МП: или каждый кристалл МПС выполняет свою функцию - тогда МП называют многокристальным . Ряд МП допускают наращивание до необходимой разрядности, причем отдельно можно наращивать все три части МП. Тогда эти МП называют многокристальными секционированными, где каждая секция обрабатывает свою область разрядов данных. На рис. 0.1 условно показаны эти типы МП.

 

 

 а) б) в)

УП- управляющая часть, ОП - операционная часть, ИП - интерфейсная часть

Рис. 0.1.

Поэтому по числу БИС в МПК МП классифицируются:

-          -однокристальные,

-          многокристальные,

-          многокристальные секционированные.

 По назначению:

- универсальные - могут быть использованы для широкого круга задач, причем их эффективность слабо зависит от типа решаемой задачи,

- специализированные - они ориентированы на выполнение определенных функций, что позволяет существенно повысить эффективность при решении определенного класса задач. В частности, это специальные математические процессоры, процессоры обработки видеоданных и т.д. Производительность этих процессоров очень высока, но только для узкого круга решаемых задач.

По виду обрабатываемых данных:

- цифровые,

- аналоговые (МП - цифровые устройства, но на их входах и выходах стоят соответственно аналогово-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи).

По виду временной синхронизации:

- синхронные - МП, в которых начало и конец каждой операции задаются устройством управления и не зависят от вида команд и величины операндов,

- асинхронные МП - начало последующей операции определяется по фактическому окончанию предыдущей операции.

По организаций МПС:

- одномагистральная МПС - все устройства системы имеют один интерфейс и подключены к единой магистрали, по которой передаются коды данных, адресов и управляющих сигналов,

- многомагистральная МПС - устройства группами подключаются к своей информационной магистрали, по которым можно осуществить одновременную передачу данных, адресов и управляющих сигналов.

По виду системы команд:

- МП с жестким набором команд - каждая команда такого МП не может быть разделена на более простые операции. Система команд такого МП не может быть изменена программным способом,

- МП с микропрограммированием - система команд такого МП может быть модифицирована за счет изменения последовательности микропрограмм. из которых состоит каждая команда такого МП. Мировая промышленность выпускает в настоящее время большое число МПК. Каждый из них предназначен для определенного применения, имеет свои особенности. Основной вопрос при применении МП средств - выбор определенного МПК. Как видно из предыдущего изложения, параметров МПК много, поэтому в табл. 0.1 указаны основные МПК, выпускаемые отечественной промышленностью, и некоторые особо важные их параметры.

Таблица 0.1

Обозначение серии

Наименование ЦПЭ

Технология

Разрядность, бит

Тактовая частота, МГц

Напряжения питания, В

Потребляемая мощность, мВт

1

2

3

4

5

6

7

К580

КР580ВМ80А

nМОП

8

2,5

-5,+5,+12

700

К584

К584ВМ1

И2Л

4п

0,5

+5

750

К588

К588ВС1

КМОП

16п

0,8

+5

1,0

К589

К589ИК02

ТТЛШ

2п

10,0

+5

850

К1800

К1800ВС1

ЭСЛ

4п

36,0

-5,2;-2

400

К1801

К1801ВМ1

nМОП

16

5,0

+5

600

К1802

К1804

КР1802ВС1

ТТЛШ

8п

8,0

+5

800

 

Примечание: при обозначении разрядности символ "n" обозначает возможность кратного наращивания разрядности (секционированные процессоры).

Как видно из табл. 0.1, технология изготовления БИС определяет многие параметры МПК: быстродействие, потребляемую мощность, плотность компоновки на кристалле, напряжения питания и т.п. В таблице указаны универсальные МП.

Как уже упоминалось во Введении, те МП, которые приведены в табл.0.1, уже давно не имеют никаких перспектив по использованию в современной радиоэлектронике. Вместо МП сейчас используются только микроконтроллеры (МК), как называются иначе однокристальные микро-ЭВМ. Ниже приведен краткий обзор современных МК

Обзор современных ОЭВМ

Хотя первыми на рынке появились микропроцессоры (МП), и они в 70-х и 80-х годах были основной элементной базой управляющих и вычислительных устройств, по мере развития микроэлектроники МП были вытеснены из большинства своих применений ОЭВМ, которые иначе еще называются микроконтроллерами (МК). В настоящее время МП сохраняют свое ведущее положение только в вычислительной технике (производство ПЭВМ).

Микроконтроллеры (МК)  являются наиболее массовыми представителями современной микропроцессорной техники, объем выпуска которых составляет около 2,5 млрд. штук в год. Имея на своем кристалле высокопроизводительный процессор, память и набор периферийных устройств, МК позволяют с минимальными затратами реализовать высокоэффективные системы и устройства управления различными объектами и процессами. Благодаря этому они находят широкое применение в промышленной автоматике, контрольно-измерительных приборах и системах, аппаратуре связи, автомобильной электронике, бытовой технике и многих других применениях.

Первым МК на рубеже 80-х и 90-х годов стала микросхема той же фирмы INTEL I8048. Она была очень простой, содержала на кристалле всего 1 Кбайт ПЗУ или ППЗУ, могла адресовать всего 4 Кбайт памяти программ, имела только 64 байта ОЗУ на кристалле. Этот тип МК так и не стал массовым и далее не развивался.

Другим, и гораздо более перспективным прибором, стал МК типа I8751. Этот тип МК дал начало целому семейству МК, которое получило название MCS-51. Структура и возможности этого МК были настолько удачными, что это семейство развивается до сих пор. Со временем фирма INTEL отошла от производства МК, но эстафету подхватили такие мощные фирмы, как Philips, Atmel, Dallas Semiconductors, Analog Devices и другие. Они теперь развивают эту ветвь МК.

Еще на заре развития МП в этой отрасли появился такой гигант радиоэлектроники, как американская фирма Motorolla. Она примерно в то же время, что и INTEL начала развивать свою отрасль МП и первым процессором стал МС6800. Он имел несколько иную структуру, чем I8080, хотя по такому интегральному показателю, как "мощность" это были примерно равные приборы. Со временем Motorolla также поняла перспективность развития МК и выпустила на рынок 8-разрядные семейства МК 68НС05. И в настоящее время продукция фирмы контролирует значительную часть рынка МК.

Основным недостатком МК еще недавно была их относительно высокая стоимость. Это не позволяло эффективно использовать их в простых приложениях, где надо было считать каждую копейку, а задачи, возложенные на МК были самыми простыми.

Поэтому возникла идея создать наиболее простой, но и наиболее дешевый процессор.

Поэтому фирма Microchip разработала целое семейство МК, основанных на так называемой RISC технологии. Основной особенностью ее является упрощенная система команд, состоящая, как правило, из нескольких десятков простейших инструкций. На этой основе были созданы PIC МК. Со временем они, конечно, усложнились, их мощность повысилась, но они и сейчас остались самыми дешевыми и простыми МК.

Таким образом, можно констатировать, что рынок МК сейчас поделен на 3 части: семейство MCS-51 (примерно 50 - 60%), МК фирмы Motorolla (20 - 30%) и PIC МК (10 - 20%)

На главную