Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://www.sm.bmstu.ru/sm5/n4/oba/proz1.html
Дата изменения: Thu Feb 15 17:43:25 2007 Дата индексирования: Mon Oct 1 18:57:35 2012 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: р п р п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п р п п п р п р п п р п р п п р п |
![]() |
![]() |
![]() |
Введение в микропроцессоры |
||
Состояние вопроса В последние годы отмечено массовое наполнение рынка товаров всевозможной автоматизированной аппаратурой самого различного назначения и различной сложности от пластиковой платежной карточки, холодильника, автомобиля до систем управления самолетами , ракетами, морскими судами. Это стало возможным благодаря развитию микропроцессорной техники, созданию технологической базы для производства новых типов процессоров. В 1996 году отмечался 25-летний юбилей появления первого микропроцессора. Скромный четырехразрядный калькуляторный кристалл i4004 фирмы Intel дал могучее потомство, роль которого в жизни современного человечества трудно переоценить. Все эти годы не прекращалось острое соперничество ведущих электронных фирм за лидерство в этой высокоперспективной области. Результатом соперничества является разработка все новых семейств и типов микропроцессоров, расширение их функциональных возможностей, быстрый рост производительности и снижение стоимости.В процессе многолетнего развития произошла дифференциация микропроцессоров по функционально-структурным особенностям и областям применения. В настоящее время имеются следующие основные классы микропроцессоров: Универсальные микропроцессоры с CISC - архитектурой (Complicated Instruction Set Computer - компьютер со сложным набором команд) применяется главным образом в персональных компьютерах и серверах. Лидером в этой области является фирма Intel, которой комплектуется более 80% выпускаемых персональных компьютеров. Микропроцессоры семейства M68000 фирмы Motorola используется в персональных компьютерах типа Macintosh, составляющих около 10% мирового производства. Микропроцессоры этого семейства широко используются в устройствах управления, встраиваются в различные приборы и системы.Универсальные микропроцессоры с RISC - архитектурой (Reduced Instruction Set Computer - компьютер с сокращенным набором команд) применяется в основном в рабочих станциях и мощных серверах. В этой области имеются несколько ведущих производителей. Широкое применение находят RISC-микропроцессоры семейств SPARC фирмы Sun Microsystems и Rx000 фирмы MIPS Computer Systems. За последние годы очень активно внедряются в различную аппаратуру RISC-микропроцессоры семейства PowerPC - совместная разработка фирм IBM, Motorola, Apple Computers. Среди фирм, выпускающих RISC-микропроцессоры, находятся также Intel, Hewlett-Packard, Digital Equipment. Необходимо также отметить транспьютеры - оригинальные RISC-микропроцессоры, разработанные фирмой Inmos для построения мультипроцессорных систем.В классе специализированных микропроцессоров в настоящее время наиболее широко представлены DSP (Digital Signal Processor - процессор цифровой обработки сигналов), основными производителями которых являются фирмы Texas Instruments, Analog Devices, Motorola, NEC. Кроме DSP выпускаются микропроцессоры, специализированные для передачи информации в системах коммуникации - коммуникационные контроллеры, для обработки графической информации.Микроконтроллеры являются наиболее массовым представителем микропроцессорной техники. Интегрируя на одном кристалле высокопроизводительный процессор, память и набор периферийных устройств, микроконтроллеры позволяют с минимальными затратами реализовать широкую номенклатуру систем управления различными объектами и процессами. Использование микроконтроллеров в системах управления и обработки информации обеспечивает исключительно высокие показатели эффективности при столь низкой стоимости, что микроконтроллерам практически нет альтернативной элементной базы для построения качественных и дешевых систем. Во многих применениях система может состоять только из одного микроконтроллера. Исключением может стать применение ПЛИС в области обработки сигналов в том случае, когда требуется параллельная обработка большого потока входных данных. Основным классификационным признаком микроконтроллеров является разрядность микропроцессора. Имеются 4-, 8-, 16-, 32-разрядные микроконтроллеры. Разрядность микроконтроллера определяется точностью данных, необходимых для управления объектом. Наиболее массовыми и постоянно расширяющими свои области применения являются 8-разрядные микроконтроллеры. 8-разрядные микроконтроллеры дешевле 16- и 32-разрядных и имеют большую функциональность. Производством микроконтроллеров занимается огромное число фирм, но 94% рынка обеспечивают 14 фирм (табл. 1).К сожалению, отечественная электронная промышленность, также имевшая некоторые успехи в этой области, в настоящее время утратила свои позиции среди производителей микропроцессоров. При разработке современных электронных приборов российские специалисты используют в основном зарубежную элементную базу, которая стала доступной широкому кругу потребителей. Среди микроконтроллеров , производящихся в России, следует отметить микроконтроллеры серий 1816 и 1830, являющихся контроллерами семейства MCS51, и 1868 вм1,2 - аналог TMS320c10,25.В настоящее время завод "Ангстрем " усиленно рекламирует свой новый микроконтроллер. Это отечественная разработка. Микроконтроллер имеет 8-разрядное RISC-ядро "Тесей". Микроконтроллер совместим по выводам с микроконтроллерами фирмы Microchip.Следует также отметить опытные разработки отечественных производителей микропроцессорной техники, например, НТЦ "Модуль", занимающихся проектированием сигнальных процессоров.табл. 1. Фирмы-производители микроконтроллеров
Российский рынок микропроцессорных систем имеет свою специфику: потребители продукции - фирмы с ограниченным объемом выпуска и часто меняющейся номенклатурой аппаратуры при небольшой потребности в каждом типе. Это определяет повышенный интерес к системам, имеющим перепрограммируемую память и устройства периферии. Применение ПЛИС совместно с микроконтроллерами как устройства периферии с изменяемой структурой позволяет значительно сократить номенклатуру выпускаемых микропроцессорных систем. Aрхитектура микро ЭВМ. Наибольшее применение получили системы с магистрально-модульной структурой. Данная структура характеризуется явно выраженной общей шиной, к которой подсоединяются все устройства машины, выполняемые в виде модулей. Обмен между модулями производится по общей шине. Обменом по шине управляет контроллер шины, имеющийся в каждом модуле. Существуют и другие структуры, в которых обмен производится через общие поля памяти или по выделенным локальным шинам. Центральный процессор Центральный процессор - это сердце ЭВМ. Он обрабатывает нормированные объемы данных, норма: машинное слово, - может составлять от 4 до 32 бит и зависит от разрядности микропроцессора. Выполняемые центральным процессором операции можно разделить на следующие группы:
АЛУ - арифметико-логическое устройство служит для выполнения арифметических и логических преобразований над словами, называемыми операндами. Регистры общего назначения хранят исходные, промежуточные и конечные данные работы процессора. Программный счетчик постоянно отслеживает ход выполнения программы и указывает адрес следующей выполняемой команды. Обычно содержимое программного счетчика инкрементируется после выполнения команды, но оно может получить другое значение в результате работы команд передачи управления. В контроллерах обработки сигналов этот блок имеет сложную структуру, может содержать собственное АЛУ с несколькими регистрами и счетчиками, что вызвано стремлением увеличить быстродействие. Регистр флагов - изменяется в конце выполнения операции и содержит состояние процессора после выполнения команды: переполнение, признак нулевого результата, признак переноса и др. признаки. Память .Все ЭВМ имеют некоторый объем памяти , в которой хранятся программа и данные, используемые в процессе выполнения программы.Память ЭВМ можно разделить на:
Для того чтобы считать из памяти или сохранить в памяти ту или иную информацию , центральный процессор "Адресует" слово памяти, которое ему необходимо. Большинство ЭВМ адресует память побайтно, но возможна адресация по 16 и 32 бита.Поскольку, в реальной программе большинство адресов памяти близки, все ЭВМ поддерживают упрощенные способы адресации:
Вопрос для самопроверки : Какой способ адресации использует ЦП для задания адреса команды? Косвенная или автоинкрементная адресация.
Периферийные устройства. Последовательный интерфейс - это интерфейс связи по последовательной линии связи (как правило 2 - 3 проводника), может быть:Типичным представителем последовательного интерфейса является СОМ-порт обычного ПК (дуплексный асинхронный последовательный интерфейс).Параллельный интерфейс - это интерфейс связи по параллельной линии и может быть:
Типичным представителем параллельного интерфейса является LPT-порт обычного ПК (полудуплексный синхронный параллельный интерфейс).Блок таймеров-счетчиков служит для изменения временных интервалов или счета внешних событий.Устройство отображения информации. Многие контроллеры содержат модули управления ЖКИ-дисплеями со встроенными контроллерами или матричными индикаторами. Сетевой интерфейс служит для обеспечения взаимодействия в рамках ЛВС (локальной вычислительной сети). Как правило, это Ethernet; CAN, широко применяемый в автомобильной промышленности, и другие интерфейсы серии FieldBus. ЦАП/АЦП/ШИМ . АЦП предназначены для ввода аналоговой информации в вычислительную систему, а ЦАП и ШИМ - для ее вывода на исполнительные устройства системы управления. |
||
![]() |