Основные понятия. Эволюция развития микропроцессорной техники

Эволюция развития микропроцессорной техники

Введение

Первый микропроцессор был изготовлен фирмой Intel в 1971 г. - Intel 4004
(F_clk = 0,75 МГц). До этого момента функции микропроцессора реализовывались с помощью набора ИС средней и малой степени интеграции (счетчики, регистры, сумматоры, комбинационная ложка и т.д.). Первый микропроцессор был 4-х разрядным, реализован по n-МОП технологии, содержал 2,3 тыс. транзисторов, выполнял 80 000 операций в секунду и 45 команд. Это был однокристальный центральный процессор, имеющий в своем составе четырехразрядный параллельный сумматор, 15 четырехразрядных регистров и стек.

Современный микропроцессор Alpha содержит 15,2 миллионов транзисторов (по данным 1999-2000 г.). Тактовая частота составляет 800 МГц, выполняет 5,2 миллиарда операций в секунду.

1673 г. – первое вычислительное устройство. Оно называлось Арифмометр. К. Лейбниц

1943 г. – вычислительная машина «Марк 1» на электромагнитном реле.

1945 г. – вычислительная машина на радиолампах.

1948 г. – изобретение транзистора..

1953 г. – Кирхе соединил несколько транзисторов на одной подложке

1958 г. – получены первые микросборки Нойсом и Кирхе.

Микропроцессор (МП) – это микросхема или совокупность небольшого числа микросхем (один или несколько кристаллов БИС), выполняющая над данными арифметические и логические операции и осуществляющая программное управление вычислительным процессом.

Микропроцессорная система (МПС) – специализированная информационная или управляющая система, построенная на основе микропроцессорных средств.

Микропроцессорный комплект (МПК) – набор различных ИМС различной степени интеграции, объединенных по конструктивно-технологическому признаку и предназначенных для совместного использования при построении МП, микроЭВМ, контроллеров и др.

Конструктивно-технологический признак – одна конструкция и технология изготовления. Один и тот же вид корпуса (один или разные) для объединения их в один.

3 вида МП:

1) универсальный

2) специализированный – для создания конкретной микроЭВМ (например, Электроника 60)

3) секционный – позволяют получать гибкую систему команд и позволяют набирать из секции любые разряды ЭВМ. Секции входят в различные комплекты.

ИМС делятся по степени интеграции (k)

N – число активных элементов на подложке.

МИС (1÷10) – ИС малой степени интеграции (например, элементы И, ИЛИ, НЕ)

СИС (10÷100) – средней степени интеграции (счетчики, регистры, буферное устройство)

БИС (100÷1000) – большие ИС (микроконтроллеры)

СБИС (> 1000) – сверхбольшие ИС (большие ОЗУ)

В МПК нет смешения технологий и конструктивно-технологический признаков.

Структурная схема трех-магистральной микроЭВМ

АЛУ – арифметическое логическое устройство (реализует вычислительные действия)

УУ – устройство управления

Устройство сопряжения (синхронизации). Включает в себя тактовый генератор, который выводятся из МП, т.к. чем больше частота, тем больше выделяется тепла. Применяется для уменьшения влияния генераторов.

УВВ – устройство ввода – вывода. Обмен информацией между внешним устройством и ЭВМ.

П. Ввод – порт ввода

П. Вывод – порт вывода

Шина адреса – для адресации шин памяти (однонаправленная)

Шина данных – основная шина данных (двунаправленная)

Шина управления (может быть двунаправленной)

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство. При выключении питания информация не теряется.

ВУ – внешнее устройство – подсоединяется к шинам МП не непосредственно, а через ППА.

КПДП – контроллер прямого доступа к памяти – проставляет шину адреса и данных. Ведущее устройство в режиме DMA.

Система шин МПС: Для МП характерна трехшинная структура, содержащая шину адреса, двунаправленную шину данных и шину управления.

Основные характеристики:

- тип микроэлектронной технологии

- количество кристаллов, образующих МП, размеры кристалла, количество элементов (транзисторов) на кристалле, количество выводов корпуса кристалла

- длина (количество разрядов) слова

- быстродействие МП (тактовая частота, время выполнения команд основных операций)

- емкость адресуемой памяти

- тип управляющего устройства (схемное или микропрограммное управление)

- эффективность системы команд (количество команд, выполняемые операции, возможные способы адресации, наличие команд работы со стековой памятью, команд операций с битами, десятичными числами и т.п.)

- число уровней прерывания

- возможность прямого доступа к памяти

- пропускная способность интерфейса ввода-вывода

- количество и уровни питающих напряжений

- номинальные параметры используемых сигналов

- мощность

2 типа корпусов по конструкции:

1) Dip – контакты расположены так, что необходимо сверлить корпус.

2) Планарный – выводы соединены с контактными площадками и сверления не требуется.

В состав базового комплекта входят следующие основные БИС:

ИК 80А – центральный процессор (ЦП)

ГФ 24 – генератор тактовых импульсов (ГТИ)

ВК 28 (38) – системный контроллер (СК)

ИК 57 – контроллер прямого доступа в память (КПДП)

ВН 59 – программированный контроллер прерываний (ПКП)

ИК 55 – программируемый параллельный адаптер (ППА)

ВИ 53 – программируемый интервальный таймер (ПИТ)

ВА 86 (87) – шинный формирователь (ШФ)

ВГ 75 – контроллер клавиатуры и индикации

ВГ 79 – контроллер дисплея и клавиатуры (КД и КА)

Это универсальный комплект.

Каждая магистраль подключается через соответствующие устройства сопряжения. Чем больше линий шин адреса, тем мощнее машина. Чем больше линий шин данных, тем интеллектуальнее машина.

Данные перердаются в параллельной форме.

Режим прямого доступа к памяти – информация передается из внешнего устройства в устройство памяти, минуя МП (через шину данных) DMA.

Дата добавления: 2014-01-11