Микропроцессоры

Микроконтроллеры, микропроцессоры и сигнальные процессоры. Термины и определения.

Вся схемотехника разделяется на две большие области: аналоговую и цифровую Аналоговая характеризуется максимальным быстродействием, малым потреблением энергии и малой стабильностью параметров. Цифровая обладает прекрасной повторяемостью параметров.

По мере развития цифровых микросхем их быстродействие возросло, но для решения задачи приходится использовать много микросхем с различными функциями, что увеличивает стоимость и габариты устройства. Такое устройство обладает жесткой функциональностью (логикой) и для каждой новой задачи его надо проектировать и изготавливать заново. Это процесс длительный, дорогостоящий, требующий высокой квалификации исполнителей. А если решаемая задача вдруг изменяется, то вся аппаратура должна быть полностью заменена.

Использование специальных БИС в схемах с жесткой логикой позволяет уменьшить габариты устройства, но стоимость его снижается только при крупносерийном производстве. Для среднего и малого объёмов производства такое решение неприемлемо.

Ещё одним решением уменьшения габаритов и стоимости устройства является применение программируемых логических схем (ПЛИС). Это направление активно развивается в настоящее время, но оно не входит в рамки рассмотрения данного курса.

Третий способ решения поставленной задачи заключается в том, что можно заставить одно устройство последовательно решать различные задачи, изменяя свои функции и даже структуру во времени. Это микропроцессоры. В одном процессоре можно реализовать несколько устройств одновременно.

Микропроцессор (МП) - это программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненное на одной или нескольких интегральных схемах с высокой степенью интеграции электронных элементов.

Микропроцессор отличается от других микросхем, тем, что выполняемая им функция в текущий момент времени зависит от поступившей команды программы. Программа представляет собой последовательный перечень инструкций, выполняя которые микропроцессор осуществляет поставленную задачу, например, обработку цифровой информации, которая определяется общим термином - данные.

И данные, и команды программы хранятся и передаются в микропроцессор из другого устройства, которое называется память. (Рис.1). ПАМЯТЬ - функциональная часть микропроцессорной системы, предназначенная для записи, хранения и выдачи цифровой информации.

Данные могут также поступать в микропроцессорную систему с различных датчиков или клавиатур, манипуляторов, и передаваться на управляемые или информационные устройства. Все вышеназванные устройства называются общим термином внешние или периферийные устройства (ВУ, ПУ). Для подключения внешних устройств к МП-системе используются устройства ввода-вывода информации (УВВ), через которые микропроцессор обменивается данными с внешними устройствами. УСТРОЙСТВА ВВОДА/ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ (УВВ) - совокупность контроллеров внешних устройств для ввода информации в микропроцессорную систему и вывода ее пользователю или в качестве управляющих сигналов.

И память и устройства ввода-вывода представляют собой также специальные цифровые микросхемы. Обычно микропроцессор занимается обменом с внешними устройствами, но возможен способ прямого обмена памяти и УВВ посредством дополнительного контроллера прямого доступа к памяти (ПДП).

Рис. 1 Структура микропроцессорной системы

Цифровые электронные устройства, которые на первых порах решали, в основном, задачи автоматизации вычислений получили названия электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Микропроцессоры разрабатывались как основная составляющая часть таких устройств и ЭВМ на основе микропроцессора стали называть микро-ЭВМ – или компьютер. Если основная задача компьютера – управление, то его называют контроллером.

Компьютеры по назначению подразделяются на:

ПЕРСОНАЛЬНЫЕ (PC) - многофункциональные компьютеры универсального применения, как правило имеющие графический дисплей, клавиатуру и устройства ввода программ и данных с магнитных или оптических дисков;

УПРАВЛЯЮЩИЕ - мощные компьютеры (контроллеры), оснащенные устройствами сопряжения с объектом управления, специализированными пультами и индикаторными панелями, предназначенные для построения систем управления сложными объектами или процессами: поточными линиями, транспортными потоками, гаражным оборудованием, измерительно-диагностическими комплексами для транспортных средств и т.д.;

ВСТРОЕННЫЕ УПРАВЛЯЮЩИЕ - компактные одноплатные или даже однокристальные (микроконтроллеры) микропроцессорные устройства, которые, как правило, не имеют клавиатуры и дисплея, но могут иметь специальный пульт управления с индикацией, предназначенные для решения локальных задач управления объектами или согласования объектов с управляющими или персональными компьютерами;

БОРТОВЫЕ - разновидность компьютеров и контроллеров, которые встраиваются в подвижные объекты, запитываясь от их электросети, и служат для сбора и обработки информации о системах и узлах этих объектов и управления ими - контроллеры управления двигателем и ходовой частью, информационно-диагностические системы, управление электропотребителями, охранные системы, маршрутные компьютеры и навигационные системы.

Микропроцессоры разделяются по следующим признакам:

по быстродействию, которое определяется такими показателями, как тактовая частота, разрядность, число ядер и длина команд.

Разрядность микропроцессора -это число бит информации, которое микропроцессор способен обработать за один шаг. В настоящее время появились многоядерные микропроцессоры (несколько процессоров на одном кристалле), у которых под разрядностью подразумевается разрядность одного ядра.

8 и 16 разрядные - применяются в качестве однозадачных локальных контроллеров;

32 и 64 – разрядные – в инженерных универсальных компьютерах и управляющих в реальном времени многофункциональных контроллерах.

В 80-х годах делались попытки создавать секционные микропроцессоры, состоящие из нескольких микросхем – 2-х или 4-х разрядных секций. Соединяя секции различным образом можно было наращивать быстродействие, разрядность и менять систему команд микропроцессора с помощью микрокомандного уровня программирования. Но сложность, высокая стоимость устройств на таких процессорах, а также нестандартная система команд приближали их к параметрам устройств на жесткой логике, поэтому, на сегодняшний день в основном, используются однокристальные микропроцессоры и микроконтроллеры.

Дата добавления: 2013-12-13