Оптимального управления 5 страница

Оценить большие возможности различных современных МК можно, рассматривая другие группы изделий компании Atmel.

К ним относится MARC4 — семейство 4-разрядных одно­кристальных микроконтроллеров, в основу которого положено 4-битное стек-ориентированное ядро гарвардской архитектуры. Эти МК содержат до 8К памяти программ ROM, 256 бит стати­ческой памяти данных SRAM, параллельные порты ввода/вы- вода, 8-разрядный многофункциональный таймер/счетчик, су­первизор напряжения, интервальный таймер с функциями сторожевого таймера и сложный тактовый генератор, блок энер­гонезависимой памяти данных EEPROM. Микроконтроллеры семейства имеют синхронный последовательный интерфейс SSI. Три независимые шины используются для параллельной связи между ROM, SRAM и узлами периферии. Благодаря одновре­менной предварительной выборке команд и передаче данных на узлы периферии, архитектура MARC4 позволяет увеличить ско­рость выполнения программы. Сложный контроллер прерыва­ний имеет несколько уровней приоритета и позволяет быстро обслуживать многочисленные источники — запросы на преры­вание (до 14). Низкое рабочее напряжение и малое энергопот­ребление, специализированная периферия идеально подходят для портативных и носимых применений с батарейным питани­ем, для построения считывателей Smart Cards. Для программи­рования микроконтроллеров MARC4 разработано программное обеспечение для платформы PC с компилятором языка высоко­го уровня, без потери эффективности и плотности программно­го кода.

Другой группой МК компании являются микроконтролле­ры семейства ARM Thumb.

В архитектуре ARM используется 32-разрядное процессор­ное RISC-ядро с простой системой команд и высокой скорос­тью обработки команд. Система команд Thumb является произ­водной от стандартной 32-разрядной системы команд ARM, перекодированных в 16-разрядные коды, что позволило дос­тичь очень высокой плотности кода, поскольку команды Thumb составляют половину ширины формата команд ARM. Средства декодирующей логики просты. Основные достоинства ARM Thumb — высокая производительность, низкое энергопотреб­ление и многофункциональность. Технология Thumb была ли­цензирована большим количеством фирм-производителей, та­ких как Atmel, CirrusLogic, Sharp, Samsung, Triscend и др., применяется в приемниках GPS (фирмы Mitel и SiRF), обору­довании для базовых станций GSM (Ericsson), в телефонах GSM, приложении Audio WMA/MP3 (dBTech и Microsoft), модемах (Ericsson), торговых терминалах, сетевых и многих других уст­ройствах.

К этим МК относятся устройства 91-го семейства. Микро­контроллеры производятся по CMOS-технологии Atmel и обес­печивают оптимальное сочетание 32-разрядной производитель­ности и малого потребления (лидируют по соотношению MIPS/ Watt).

Они содержат 32-разрядное процессорное RISC-ядро ARM7TDMI с двумя наборами инструкций — высокопроизводи­тельная 32-разрядная система команд ARM и 16-разрядная сис­тема команд с высокой плотностью кода Thumb. МК включает встроенный аппаратный перемножитель, интерфейс внутрисхем­ной эмуляции, программируемый интерфейс внешней шины, контроллер данных периферии для быстрого обмена данными без участия центрального процессора, векторный контроллер пре­рывания с малым временем ожидания, широкий диапазон встро­енной периферии, наличие различных режимов энергосбереже ­ния, в том числе усовершенствованный контроллер управления питанием. Диапазон напряжений питания от 1,8 до 3,6 В.

Полностью программируемый интерфейс внешней шины EBI обеспечивает прямое соединение с внешней памятью. Вось- миуровневый векторный контроллер прерываний совместно с контроллером данных периферии PDC существенно увели­чивает производительность МК при работе в реальном масш­табе времени.

Процесс разработки приложений на основе микроконтрол­леров семейства АТ91 полностью поддерживается современны­ми средствами проектирования (включая компиляторы языка Си, ассемблеры, отладчики, операционные системы реального времени) ведущих мировых производителей, таких как ARM, IAR Systems, GreenHills Software, Metaware, WindRiver и др. Кроме того, для этих микроконтроллеров доступны бесплатные средства разработки (GNU). Постоянно совершенствуются и аппаратные средства поддержки разработок для ARM, кото­рые выпускаются сторонними фирмами внутрисхемные эму­ляторы и отладочные комплексы.

Очень удачным является другое семейство компании — AVR микроконтроллеры. Это серия мощных и недорогих RISC МК (AVR), основанных на применяемых компанией технологиче­ских решениях и разработанном усовершенствовании 8-раз­рядного RISC ЦПУ с загружаемым Flash - ПЗУ. Широкие воз­можности приборов при их экономичности и малой стоимос­ти (несколько долларов) обеспечили стремительный рост их практического применения. Растет число фирм, выпускающих программные и аппаратные средства поддержки разработок для этих микроконтроллеров.

AVR представляет собой 8-разрядный RISC-микроконтрол­лер, имеющий быстрое процессорное ядро гарвардской архи­тектуры с полным разделением не только адресных пространств, но и информационных шин для обращения к ROM и SRAM, Flash-память программ ROM, память данных SRAM, порты вво­да/вывода и интерфейсные схемы. Такое построение напомина­ет структуру цифровых сигнальных процессоров и обеспечивает существенное повышение производительности. В микроконтрол­лерах AVR используется одноуровневый конвейер при обраще­нии к памяти программ. Короткая команда в общем потоке вы­полняется всего за один период тактовой частоты. Для примера, у стандартных микроконтроллеров семейства 51 короткая ко­манда выполняется за 12 тактов генератора, в течение которого процессор последовательно считывает код операции и исполня­ет ее.ВРЮ-контроллерах фирмы Microchip, где тоже реализо­ван конвейер, короткая команда выполняется в течение 8 пери­одов тактовой частоты.

В рамках базовой архитектуры AVR-микрокоитроллеры под­разделяются на три подсемейства:

• Classic AVR — микроконтроллеры с производительностью отдельных модификаций до 16 MIPS, FLASH ROM программ до 8 Кбайт, EEPROM данных до 512 байт, SRAM до 512 байт;

• mega AVR с производительностью до 16 MIPS, с увели­ченным объемом памяти, FLASH ROM программ до 128 Кбайт, EEPROM данных до 512 байт, SRAM до 4 Кбайт, аппаратный умножитель;

• tiny AVR — микроконтроллеры в 8-выводном исполнении имеют встроенную схему контроля напряжения питания, Flash до 8К, EEPROM до 256.

Все микроконтроллеры AVR имеют встроенную FLASH ROM с возможностью внутрисистемного перепрограммирования и загрузки через SPI последовательный канал (до 1000 циклов стирание/запись). EEPROM данных имеет возможность внутри­системной загрузки через SPI последовательный канал (до 100 000 циклов стирание/запись).

МК AVR являются полностью статическими приборами и могут работают при тактовой частоте от 0 Гц.

Отличительной чертой архитектуры AVR является регист­ровый файл быстрого доступа, содержащий 32 байтовых регис­тров общего назначения. Шесть регистров файла могут исполь­зоваться как три 16-разрядных указателя адреса при косвенной адресации данных, что существенно повышает скорость пере­сылки данных при работе прикладной программы.

Старшие микроконтроллеры семейства AVR имеют в своем составе аппаратный умножитель.

Система команд AVR весьма развита и насчитывает до 133 раз­личных инструкций. Почти все команды имеют фиксированную длину в одно слово (16 бит), что позволяет в большинстве случа­ев объединять в одной команде и код операции, и операнд(ы). По разнообразию и количеству инструкций AVR больше похожи на CISC, чем на RISC-процессоры. Например, у Р1С-контролле- ров система команд насчитывает до 75 различных инструкций, а у МС-51 она составляет 111. Инструкции битовых операций вклю­чают инструкции установки, очистки и тестирования битов и развитую систему команд фиксированной 16-битной длины.

МК AVR имеют развитую периферию, включая встроенные аналоговый компаратор, сторожевой таймер, порты SPI и UART, от 1 до 4 таймеров/счетчиков общего назначения с разряднос­тью 8 или 16 бит, с наличием различных векторов прерываний ДЛЯ событий.

Программно отключаемый сторожевой таймер у AVR имеет свой собственный RC-геиератор, который позволяет подстраи­вать временной интервал переполнения таймера и сброса мик­роконтроллера. Десятиразрядные АЦП (до 16 каналов) с про­граммируемым временем преобразования построены по схеме АЦП последовательных приближений с устройством выборки/ хранения. Для повышения его точности введена функция подав­ления шума при преобразовании.

Порты ввода/вывода AVR имеют от 3 до 53 независимых линий "Вход/Выход". Выходные драйверы обеспечивают высо­кую токовую нагрузочную способность — 20 мА на линию.

AVR-микроконтроллеры поддерживают спящий режим и режим микропотребления. В один из шести режимов понижен­ного энергопотребления МК могут быть переведены программ­ным путем, при этом сохраняется содержимое всех регистров.

Напряжение питания МК (в зависимости от типа) от 1,8 В.

В отдельные МК встраиваются специализированные устрой­ства (радиочастотный передатчик, USB-контроллер, драйвер ЖКИ, программируемая логика, контроллер DVD, устройства защиты данных) и др.

AVR-архитектура оптимизирована под язык высокого уров­ня Си. МК AVR содержат также совместимый с IEEE 1149.1 интерфейс JTAG или debugWIRE для встроенной отладки. Кро­ме того, микроконтроллеры megaAVR с флэш-памятью емкос­тью 16 К и более могут программироваться через интерфейс JTAG.

Практика работы с AVR показывает возможность простого выполнения проекта с достижением необходимого результата в кратчайшие сроки. Этому способствует наличие полного спек­тра недорогих инструментальных средств проектирования, вы­пускаемого большим числом фирм. Все приборы семейства AVR совместимы по исходным кодам и тактированию.

Программные и аппаратные средства поддержки для AVR разрабатываются параллельно с самими кристаллами и вклю­чают в себя компиляторы, внутрисхемные эмуляторы, отлад­чики, программаторы и простейшие отладочные платы — кон­структоры, стандартные разработки и стартовые наборы.

Собственно Atmel предлагает программную среду AVR-studio для отладки программ в режиме симуляции на программном отладчике, а также для работы непосредственно с внутрисхем­ным эмулятором, доступным с WEB-страницы Atmel.

Самые разнообразные микроконтроллеры выпускают и дру­гие производители.

Motorola производит микроконтроллеры под заказ с добав­лением или удалением любых аппаратных средств — таймеров, портов и т. п. элементов по спецификации заказчика. Разрабо­танные стандартные библиотеки позволяют подготавливать к выпуску и производить контроллеры с необходимыми функ­циями за короткое время. В соответствии с программой No excuses были выпущены МК типа KJ1, имеющие память чуть меньше, чем у стандартного 51-го, но с аналоговым компаратором, сто­рожевым таймером, встроенным RC-генератором. Новые серии 908JK3, JL3 имеют бит защиты, более быстрое ядро (НС08-е), электрически перезаписываемую память программ, программи­руемую внутрисистемно, порты с высокой нагрузочной способ­ностью, 8-разрядный 12-канальный АЦП, 3 разных режима по­ниженного энергопотребления с действительно малым потреблением. Они могут активизироваться событиями типа на­жатия клавиши на клавиатуре.

16-разрядные МК Futjitsu отличаются хорошим быстродей­ствием — более 10 MIPS, развитой периферией— 3 последова­тельных интерфейса, 10 таймеров, АЦП, ЦАП, ШИМ, боль­шое количество портов ввода/вывода(68или96—это нормальноеколичество), до 256 кбайт флэш-ПЗУ и 4—6 кбайт ОЗУ. Они программируются внутрисистемно. Выпускаются мощные контроллеры фирмы Toshiba-10 MIPS, 16-разрядные и 32-разрядный, с производительностью 20 MIPS. У них развитая периферия, они способны поддерживать SIMM модули памяти.Для иллюстрации широкой номенклатуры выпускаемых микроконтроллеров можно упомянуть малогабаритные (размера SOIC) 8-разрядные 8-выводные контроллеры АСЕ. К особо ма­лым микроконтроллерам можно отнести 8- разрядные с гарвар­дской архитектурой PIC МК фирмы Parallax. Простейший мик­роконтроллер имеет 8 выводов. В некоторых микроконтроллерах есть операции умножения, деления, операции с плавающей точкой. Система команд компактная — не более 51 команды. Есть ПЗУ разных типов и периферийные устройства (АЦП, ЦАП). В составе периферийных устройств имеется несколько выводов последовательного интерфейса — обычный RS232, интерфейс PC фирмы Philips, SPI.Контроллеры PIC могут быть использо­ваны как "умные" периферийные устройства, т. е. SLAVE — кон­троллер может быть подсоединен к управляющему контроллеру PIC как обычное периферийное устройство через порт (или ли­нию данных). На основе PIC может быть организована сеть мик­роконтроллеров (через шину PC).

Фирма Microchip также выпускает семейство 8-выводных Flash-микроконтроллеров, которые объединили все преимуще­ства архитектуры микроконтроллеров PICmicro и гибкость про­граммной Flash-памяти. При низкой цене и малых размерах но­вые контроллеры обеспечивают функциональность и удобство использования. Основные особенности контроллеров (в зависи­мости от типа) серии — это диапазон питающих напряжений от 2 до 5,5 В, тактовая частота до 20 МГц, возможность включения калиброванного внутреннего RC-генератора на 4 МГц, внут­ренняя память данных EEPROM, аналоговый компаратор и ис­точник опорного напряжения, до 4 каналов 10-разрядного АЦП, до 6 портов ввода-вывода с высоким выходным током (20 мА), два таймера. МК имеют режим микропотребления. В этом режи­ме работа ядра останавливается и потребление контроллера мо­жет снизиться до 0,9 мкА. Наличие Flash-памяти программ и средства разработки, включая внутрисхемный отладчик, а так­же поддержка языка Си позволяют в короткие сроки создавать программы. Основной номенклатурой микроконтроллеров фирмы Holtek Semiconductor являются 8-разрядные приборы, ориентирован­ные на использование в самых различных областях. Эти микро­контроллеры оснащены большим количеством разнообразных функций, включая: аналого-цифровые преобразователи, сторо­жевые таймеры, функции остановки и сброса, таймеры, после­довательные интерфейсы и т. д. Микроконтроллеры способны обеспечить гибкие и экономичные по стоимости функции уп­равления в применения^ с LCD-дисплеями, в применениях с развитым вводом-выводом, в применениях дистанционного управления и во многих других. Выпускаются серии микроконт­роллеров с расширенными функциями аналого-цифрового пре­образования (тип "A/D"), микроконтроллеры для систем дис­танционного управления, микроконтроллеры с расширенными возможностями ввода/вывода (тип "I/O")» USB-микроконтрол- леры для мышей, клавиатур и джойстиков.

Семейство 16-разрядных RISC-микроконтроллеров MSP430 фирмы Texas Instruments отличается низким уровнем энерго­потребления. Ток, потребляемый микроконтроллером MSP430, в рабочем режиме составляет 250—400 мкА. Основная особен­ность семейства микроконтроллеров MSP430 заключается в том, что периферия — АЦП, таймеры, порты I/O — могут работать автономно, т. е. независимо от процессора. При отключении про­цессора командой "CPU Off' потребляемый от батареи ток сни­жается до 30 мкА, а при отключении системной частоты ток, потребляемый ог батареи, снижается до 0,8 мкА. Энергии ли­тиевой батареи достаточно для питания прибора в течение 5 лет.

Фирма Chi peon AS выпускает микроконтроллер СС1010. Он включает в себя CMOS RF-трансивер для частот 300 -1000 МГц, интегрированный с микроконтроллером 8051. В этом МК RF-трансивер был объединен на одном кристалле со ставдартным ядром микроконтроллера 8051, включая 32 кбайт интегриро­ванной энергонезависимой Flash-памяти, имеющей режим са­мопрограммирования "в системе". Однокристальный микро­контроллер СС1010 сравним со стандартным микроконтроллером Intel 8051, но имеет приблизительно в 2,5 раза большее быстро­действие. Память данных на кристалле организована в виде двух блоков SRAM (128 байт и 2 кбайт). Дополнительные особеннос­ти включают трехканальный 10-разрядный АЦП, часы реально­го времени, опорный генератор, программируемый сторожевой таймер, два таймера 8051 и два таймера PWM, два программи­руемых последовательных UART, аппаратную поддержку внеш­него интерфейса SPI, встроенный криптографический блок (DES) и 26 конфигурируемых выводов I/O общего назначения. К особенностям трансивера относятся очень низкое энергопот­ребление, высокая чувствительность, программируемая выход ная мощность передатчика, модуляция со скоростью переда­чи данных до 76,8 кбит/с, программируемая сетка частот, бит- синхронизация и выходной сигнал RSSI, который может быть зафиксирован встроенным АЦП. Приборы поддерживаются различными инструментами проектирования. Встроенная ин­терактивная система отладки поддерживается Keil ц Vision IDE через простой последовательный интерфейс. Доступна боль­шая библиотека кодов и множество примеров применений, существуют интегрированное программное обеспечение SmartRF Studio, специальные аппаратные средства отладки и проектирования.

К микро-ЭВМ условно можно отнести разнообразные од­ноплатные блоки, изготовленные в определенном конструктиве и предназначенные для выполнения определенного вида опера­ций. При их разработке ставится задача упростить конструирова­ние законченных системы сбора, обработки информации и уп­равления. Поэтому номенклатура выпускаемых блоков широка. Каждый блок семейства унифицирован по питающим напряже­ниям и виду информационных сигналов. Конструктивное испол­нение блоков позволяет легко их монтировать, эксплуатировать в самых жестких условиях, обеспечивать подавляющее большин­ство перспективных разработок самых разнообразных техноло­гических систем.

В качестве примера можно рассмотреть популярные изделия концепции MicroPC (разработчик и основной поставщик изде­лий этого формата фирма Octagon Systems).

Размеры плат MicroPC 114x124 мм, а специальная техноло­гия их изготовления обеспечивает работу при температурах от —40 до +85 °С, при вибрациях до 5g и ударах до 20g. Изделия MicroPC предназначены для работы в экстремальных условиях, а среднее время наработки на отказ (MTBF) для них составляет порядка 200 000 часов. Оборудование фирмы Octagon Systems используется на самолетах, космических кораблях Space Shuttle, подводных аппаратах, на железнодорожном транспорте, в не­фтяной и газовой промышленности. Платы MicroPC не требуют принудительного воздушного охлаждения и могут устанавливать­ся в герметизированные корпуса. Для питания необходим един­ственный источник напряжения 5 В.

Изделия серии MicroPC полностью совместимы с шиной ISA, разработку и отладку программного обеспечения можно произ­водить на обычном персональном компьютере, установив в него платы ввода-вывода MicroPC, а затем переносить готовое про­граммное обеспечение в контроллер, где в ПЗУ находится ядро операционной системы DOS 6.22. При этом можно использовать практически любое программное обеспечение и средства разра­ботки (например, DOS, Windows NT/95/98, QNX, Linux и др.), работающие на стандартной IBM PC платформе, или специаль­ные инструментальные пакеты и библиотеки (UltraLogik, RTKernel и др.). Номенклатура изделий очень широка, насчитывает не­сколько десятков наименований, и предназначена для самых раз­нообразных областей применения. Диапазон процессорных плат лежит от простых и недорогих до высокопроизводительных. На­пример, с одной стороны, это модули центрального процессора с 8-разрядной магистралью ISA и процессором 386SX/25 МГц, памятью ОЗУ 4 Мбайт, твердотельными дисками, с DOS 6.22 и CAMBASIC в ПЗУ, последовательными и параллельными пор­тами, поддержкой НГМД и EIDE НЖМД, с 48 каналами ввода- вывода, поддержкой сети, с другой стороны, это процессорный модуль с процессором Geode/200 МГц и ОЗУ 32 Мбайт.

В состав изделий входят многочисленные варианты плат пре ­образователей интерфейсов RS-232 в RS-422/485 с гальваниче­ской развязкой, модули ввода-вывода, например платы с 16-ю каналами 14-разрядных преобразователей АЦП-ЦАП, другие платы. Использование изделий упрощает наличие разнообраз­ных принадлежностей: блоков питания, соединительных кабе­лей, каркасов с 8-разрядной магистралью, шлейфов, клеммных плат, интерфейсных модулей, коммутаторов сигналов, панелей релейной коммутации, модемов, матричных клавиатур, индика­торных панелей и адаптеров и т. п. В этом формате выпускаются промышленные файл-серверы, одноплатные компьютеры для мобильных применений, специализированные процессоры с каналами АЦП и ЦАП.

Хотя в настоящий момент эти устройства испытывают силь­ную конкуренцию со стороны микроконтроллеров, широкая номенклатура плат, отработанные методы программирования делают их использование в ряде случаев оправданным.

Если изделия в формате MicroPC привлекают широкой но­менклатурой плат устройств ввода-вывода, то изделия фирмы Advantech представляют интерес как современные мощные ма­логабаритные компьютеры и контроллеры промышленного ис­полнения, как IBM PC совместимые одноплатные технологи­ческие контроллеры управляемых ОС РВ QNX.

В номенклатуру продукции фирмы Advantech, насчитываю­щую несколько сотен наименований продукции, входят про­мышленные компьютеры с шиной CompactPCI, позволяющие показать хорошие результаты в сфере обработки больших пото­ков данных, там, где имеется возможность полностью реализо­вать ее основное достоинство — высокую пропускную способ ность. Базовые конструктивы для изделий позволяют производить "горячую" замену модулей и охлаждающих вентиляторов, осна­щаются источником питания формата АТХ (возможно также использование резервных модулей питания) и системой конт­роля параметров функционирования системы, включая конт­роль исправности источника питания, температуры внутри кор­пуса, скорости вращения охлаждающих вентиляторов. Еще один продукт фирмы Advantech — так называемые панель­ные компьютеры. Их развитие идет в направлении увеличения размеров плоскопанельных дисплеев по диагонали (свыше 15 дюймов), а также перехода на более мощные процессоры. Про­изводится промышленный панельный компьютер IPPC-950, смонтированный на шасси из нержавеющей стали и оснащен­ного ярким 15-дюймовым TFT-дисплеем.

Следует отдельно упомянуть о целой группе компьютеров для встраиваемых применений (как в формате BiscuitPC. так и с шиной ISA), предлагаемой пользователям с предустанов­ленной операционной системой Windows СЕ v2.Q. Эта ОС, со­четающая стандартный интерфейс с возможностью загружать­ся и работать с твердотельного диска небольшого объема, подходит не только для портативных компьютеров класса palmtop, но и для оборудования информационных киосков, торговых терминалов и т. д. В ближайшее время ожидается вы­ход новой версии Windows СЕ v3.0, которая будет работать в режиме реального времени, что позволит использовать ее в системах управления.

К настоящему моменту фирма Advantech импортировала Windows СЕ в одноплатные компьютеры BiscuitPC на базе про­цессоров Pentium (РСМ-5862, РСМ-5820), в одноплатные ком­пьютеры половинного размера с шиной ISA (РСА-6154, РСА- 6145). При этом ОС находится на флэш-диске типа DiskOnChip 2000 фирмы М-Systems емкостью 12 или 16 Мбайт, половина которого отведена для программ пользователя.

Продолжая рассмотрение одноплатных компьютеров, можно отметить изделия фирмы Siemens, предназначенные для экстре­мальных условий работы в составе технологических систем. Это центральные блоки типа Ecooline (три варианта ЦПУ) для про­мышленных микрокомпьютеров с рабочей температурой до 75 °С. CPCI-/SMP16-CPU076 Basic Ecooline оснащен процессором на 400 МГц, версия Professional — на 650 МГц, и версия Superior — на 933 МГц. Новые ЦПУ используются в автоматах, в серийных и специальных станках, а также для встроенных систем автомати­зации. Оснащение платы памятью SDRAM на 128 Мбайт и Flash- Eprom на 1 Мбайт позволяет строить компактные системы шин Compact-PCI (CPCI), системы SMP16 или смешанные системы из CPCI и SMP16. В качестве операционных систем имеются Windows NT, ХР, а также MS-DOS, а для жестких требований работы в реальном режиме времени есть операционная система RMOS3. В распоряжении имеются разнообразные интерфейсы, например для управления двумя дисководами на гибких дисках и четырьмя жесткими платами EIDE, соответствующие интерфейсы для кла­виатуры/мыши (комбинированные), по два гнезда USB на лице­вой и тыльной стороне, два параллельных интерфейса RS232, а также выход Ethernet на 10/100 Мбит/с.

Другим примером современного мощного одноплатного ком­пьютера является низкопрофильный CPCI-786 (Motorola Computer Group). Он комплектуется двумя процессорами Pentium III с низ­ким энергопотреблением, разработан специально для систем, соответствующих спецификации PICMG 2.16 - CompactPCI Packet-Switching Backplanes (cPSB). Этот одноплатный компьютер предназначен как составная часть при построении систем для те­лекоммуникационных приложений — таких, как поддержка web- узлов, поисковые системы, хранение данных, и других интер­нет-ориентированных приложений.

Он представляет собой одноплатный компьютер для 64- бит- кош системного слота. Может работать в периферийных слотах как изолированный модуль (без связи с другими периферийны­ми модулями), так как шина CPCI модуля CPCI-786 изолиро­вана от кросс-платы). Компьютер имеет:

• два процессора Pentium III с низким энергопотреблением;

• один слот РМС, 64 бита для специфических адаптеров, требуемых приложением;

• 2 Гб оперативной памяти SDRAM с ЕСС (по заказу — до 4 Гб);

• флэш-память 32 Мб (интегрированный IDE флэш-диск);

• удаленное администрирование (P1CMG 2.9);

• соответствие полной спецификации Hot Swap (PICMG 2.1, R2.0);

• два порта 10/100 Мбит Ethernet;

• частоту системной шины 133 МГц;

• два порта USB;

• два порта СОМ;

• порт клавиатуры/мыши;

• удаленное администрирование (PICMG 2.9);

• защиту от перепадов напряжения и короткого замыкания по току;

• энергопотребление 40 Вт (max) для процессоров Pentium III с пониженным напряжением питания.

По спецзаказу может комплектоваться жестким диском (2.5", АТА100). Его рабочая температура: 0—55 °С.

Таким образом, в настоящее время имеется большое разно­образие микроконтроллеров и микро-ЭВМ различных фирм и стоимостной шкалы для использования в системах управле­ния малой и средней сложности.

2.4. Персональные вычислительные машины

и суперкомпьютеры

Персональные вычислительные машины (PC) для систем управления, как и любая УВМ, содержат системный блок и периферийное оборудование, отличающиеся большим разно­образием функциональных возможностей и конструкторского исполнения. Можно выделить следующие характерные компо­ненты системного блока: корпус; материнская плата; процессо­ры; сопроцессоры и ускорители; оперативная память (ОЗУ); флэш-память и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); контроллеры ввода-вывода; порты ввода-вывода; встроенные под­системы, в том числе графические; флоппи-контроллер; жест­кие диски (винчестер); устройства чтения оптических CD и DVD; сетевые и интерфейсные адаптеры; аналого-цифровые и циф- роаналоговые преобразователи; системы охлаждения (вентиля­торы); системы питания (блок питания и аккумулятор); инди­каторы состояния; выключатели и переключатели режимов.

Рассмотрим характеристики основных компонентов.

Материнская плата помещается в корпус системного блока и служит для размещения и коммутации основных модулей (бло­ков) системного блока. Ее параметры и характеристики суще­ственно влияют на надежность и производительность PC.

Процессоры являются основным элементом PC, отвечаю­щим за ее функционирование в соответствии с выполняемыми программами.

Центральной частью PC являются центральный процессор (ЦП), память, системная плата и периферийные устройства, включающие устройства хранения данных, ввода-вывода, ком­муникационные и прочие. Процессор, память и периферийные устройства взаимодействуют между собой с помощью шин и интерфейсов, аппаратных и программных. Процессор взаимо­действует с набором ячеек памяти и регистров устройств. Сиг­налы прерываний от ЦП могут вызвать изменения в последова­тельности исполняемых инструкций. Вместо прерываний возможен опрос состояния ЦП (полинг) в сочетании с преры­ваниями. В PC также можно выделить две глобальные категории архитектур процессоров — CISC и RISC.У PC, как и у МК CISC (Complete Instruction Set Computer), — это процессоры с полным (сложным) набором инструкций. Ре­гистры существенно неоднородны, имеется широкий набор ко­манд разной длины, что усложняет декодирование инструкций и на что расходуются аппаратные ресурсы. Это ведет к росту числа тактов, необходимых для выполнения инструкций. RISC (Reduced (Restricted) Instruction Set Computer) — это процессоры с сокращенной системой команд. Они имеют набор большо­го числа однородных регистров универсального назначения. Си­стема команд относительно простота, коды инструкций имеют четкую структуру, как правило, с фиксированной длиной. Ап­паратная реализация проста, легко конвейеризируется.

Рассмотрим организацию процессоров на примере семейства процессоров х86. Они имеют сложную адресацию и управление доступом к памяти. В реальном режиме адресация памяти в преде­лах 1 Мб через 16-битные регистры (РОН и сегментные регист­ры). Сегменты по 64К, перекрывающиеся, незащищенные, сво­рачивающиеся через нуль. Ввод-вывод 64 К. В защищенном режиме виртуальных адресов у него сложная система адресации памяти с защитой. Сегменты (до 64 К или 4Гб для 16/32-разрядных про­цессоров) управляются (положение, размер, права доступа) дес­крипторами через селекторы. Сегментная организация памяти (сег­мент — это логическая организационная единица) обеспечивает увеличение адресуемого пространства и перемещаемость кода и данных и ее защиту, а так же и виртуальность. У них плоская модель памяти, когда все сегментные регистры используют один и тот же селектор (сегмент). Для ввода-вывода используются от­дельные пространство и инструкции. Прерывания могут быть ап­паратные (маскируемые и немаскируемые), программные и внут­ренние. Форматы данных: целые (байт, слово, двойное) со знаком и без, строки, биты, битовые строки. Сегментная защита памяти обеспечивает проверку назначения (данные-код), прав доступа (RO, привилегии), выход за границы, изменение параметров сег­ментов без прав. Защита ввода-вывода осуществляется с помо­щью карты разрешения. Основа защиты — сегментация памяти, на которой можно строить и виртуальную память до 64 Тбайт (16 к сегментов по 4 Гбайт).

Дата добавления: 2015-04-29