Основные характеристики и типы МП

К основным характеристикам МП (микропроцессорных наборов БИС) можно отнести следующие показатели:

1. вид микропроцессора: универсальный или специализированный, однокристальный или многокристальный.
2. тип микроэлектронной технологии, используемой при изготов­лении микропроцессорных БИС;

Технология изготовления: р-канальная МОП, n-канальная МОП; комплементарная МОП (КМОП); кремний на сапфире; биполярная ТТЛ; ТТЛ с диодами шотки (ТТЛДШ), инжекционной интегральной логтки (И2Л); эмитерно-связанной логики (ЭСЛ).

1. количество кристаллов, образующих микропроцессор; размеры кристалла, количе­ство элементов (транзисторов) на кристалле; количество выводов корпуса кристалла;
2. длину (количество разрядов) слова, обрабатываемого микропроцессором;
3. быстродейст­вие МП (тактовая частота, время выполнения команд основных операций);
4. емкость адресуемой памяти;
5. тип уп­равляющего устройства (схемное или микропрограммное управление);
6. эффективность систем команд (количество команд, выполняемые операции, возможные способы адре­сации, наличие команд работы со стековой памятью, команд операций с битами, десятичными числами, числа­ми с плавающей точкой и т. п.);
7. число уровней прерыва­ния;
8. возможность прямого доступа к памяти; пропускная способность интерфейса ввода—вывода;
9. количество и уровни питающих напряжений;
10. номинальные параметры ис­пользуемых сигналов;
11. мощность, рассеиваемая БИС мик­ропроцессора;
12. число входящих в микропроцессорный набор дополнительных БИС и СИС и выполняемые ими функ­ции;
13. Условия эксплуатации
14. наличие и доступность для пользователя аппаратно-программных средств поддержки проектирования программ для МП и отладки микропроцессорных устройств и систем.
15. надежность
16. стоимость

Все многообразие МП удобно делить на два существенно различных типа:

1) однокристальные МП с фиксированной разрядно­стью слова, с фиксированной системой команд и, как пра­вило, с управляющим устройством со «схемной» логикой;

2) многокристальные (секционные) микропрограммируемые МП с изменяемой разрядностью слова и с фикси­рованным набором микроопераций.

Такое разделение позволяет выявить основные особен­ности этих типов МП и учесть их при проектировании мик­ропроцессорных устройств и систем.

Микропроцессоры первого типа имеют логическую ор­ганизацию, напоминающую организацию процессоров обычных ЭВМ. В них в явной форме нашел отражение принцип обработки данных на основе использования команд программы. Поэтому методы работы с МП перво­го типа в определенной степени подобны методам исполь­зования малых ЭВМ.

Однокристальные МП выполняются с использованием различных МОП-технологий микроэлектроники, позволяю­щих размещать на одном кристалле большое число элемен­тарных схем — МОП-транзисторов благодаря их уникаль­но малым размерам и небольшой мощности рассеивания. Однако МОП-структуры (по крайней мере те, которые ис­пользовались в первых поколениях МП) существенно усту­пали в быстродействии биполярным структурам.

Биполярные БИС (например, с маломощными ТТЛ-схе­мами с диодами Шотки) обладали по сравнению е МОП-БИС намного большим быстродействием, но значи­тельно меньшей плотностью упаковки компонентов на кри­сталле. Поэтому невозможно было построить биполярный микропроцессор на одном кристалле.

Появился второй тип МП — многокристальный биполяр­ный МП, основанный на конструктивном принципе функ­ционально-разрядного слоя, предполагающем реализацию на кристалле малоразрядной (2—4 разряда) микропроцес­сорной секции (слоя). В этом случае для обеспечения за­данной разрядности обрабатываемых слов микропроцессор составляется из соответствующего количества одинаковых кристаллов микропроцессорных секций («слоев»), объеди­няемых микропрограммным управляющим блоком, реали­зованным на отдельных кристаллах.

Микропрограммируемые многокристальные микропро­цессоры обеспечивают большую гибкость в достижении нужных пользователю характеристик (в первую очередь нужного быстродействия) проектируемого МП-устройства или МП-системы, предоставляя пользователю возможность задавать специализированную систему команд, ориентиро­ванную на определенное применение, даже на определенные процедуры обработки данных. Однако при этом поль­зователь должен разработать микропрограммы, реализу­ющие эти команды, и занести их в управляющую память микропроцессора.

Использование микропрограммируемых микропроцес­соров связано с определенными трудностями, требует от проектанта довольно высокой квалификации в вопросах вычислительной техники. Поэтому наиболее широко ис­пользуемыми микропроцессорами являются разные вари­анты однокристальных МП с фиксированной системой команд.

На протяжении последних 15 лет технология, архитек­тура и схемотехника микропроцессора, быстро развивались. Это развитие ознаменовалось соревнованием МОП- и би­полярной технологий микроэлектроники. Первоначально наряду с признанием преимуществ МОП-технологии в от­ношении плотности размещения компонентов на кристалле остро ощущалось сравнительно небольшое быстродействие МОП-БИС, что стимулировало появление многокристаль­ных микропрограммируемых быстродействующих микро­процессоров на основе биполярной технологии. Впоследст­вии различные варианты улучшенной МОП-технологии позволили не только значительно уменьшить размеры элементарного транзистора и межсоединений и соответственно увеличить количество элементов на кристалле, но и опере­дить по быстродействию микропроцессоры на основе бипо­лярной технологии.

Логическая организация (архитектура) микропроцес­соров (микропроцессорных средств) ориентирована на до­стижение универсальности применения, высокой произвоительности и технологичности.

Универсальность микропроцессоров (микропроцессор­ных средств) определяется возможностью их разнообраз­ного применения и обеспечивается программным управле­нием МП, позволяющим производить программную настройку МП на выполнение определенных функций, магистрально-модульным принципом построения, а также специальными аппаратурно-логическими средствами:

сверхоперативной регистровой памятью, многоуровневой системой прерывания, прямым доступом к памяти, про­граммно-настраиваемыми схемами управления вводом — выводом и т.п.

Относительно высокая производительность МП дости­гается использованием для их построения быстродействую­щих больших и сверхбольших интегральных электронных схем и специальных архитектурных решений, таких как сте­ковая память, разнообразные способы адресации, гиб­кая система команд (или микрокоманд) и др.

Технологичность микропроцессорных средств обеспечи­вается модульным принципом конструирования, который предполагает реализацию этих средств в виде набора функционально законченных БИС, просто объединяемых в соответствующие вычислительные устройства, машины и комплексы.

Высокая универсальность и гибкость МП, достигаемая благодаря программному управлению, низкая стоимость, небольшие размеры, повышенная надежность,- возможность встраивания микропроцессорных средств в приборы, маши­ны и технологические процессы обеспечивают микропро­цессорам исключительно широкое применение в различ­ных управляющих и обрабатывающих данные цифровых устройствах и системах.

Использование микропроцессоров приводит к измене­нию характера проектной работы разработчика устройств и систем автоматики: во многих случаях проектирование схем заменяется разработкой программ настройки микро­процессорной аппаратуры на выполнение определенных функций.

Дата добавления: 2014-01-13