Микропроцессорная техника: Микропроцессорная техника: характеристики, функции и применение

Микропроцессорная техника: характеристики, функции и применение

За несколько десятков лет развития микропроцессор проделал путь от объекта применения в узкоспециализированных областях к товару широкой эксплуатации. Сегодня в том или ином виде данные устройства вместе с контроллерами применяются практически в любой сфере производства. В широком смысле микропроцессорная техника обеспечивает процессы управления и автоматизации, но в рамках этого направления формируются и утверждаются все новые области развития высокотехнологичных устройств вплоть до появления признаков искусственного интеллекта.

Общее представление о микропроцессорах

Для управления или контроля определенными процессами требуется соответствующая поддержка программного обеспечения на реальной технической базе. В этом качестве выступает одна или набор микросхем на базовых матричных кристаллах. Для практических нужд почти всегда используются модули chip-set, то есть наборы микросхем, которые связаны общей системой питания, сигналами, форматами информационной обработки и так далее. В научной интерпретации, как отмечается в теоретических основах микропроцессорной техники, такие устройства представляют собой место (основная память) для хранения операндов и команд в закодированном виде. Непосредственное управление реализуется на более высоком уровне, но также через интегральные схемы микропроцессора. Для этого используют контроллеры.

Говорить о контроллерах можно только применительно к микрокомпьютерам или микро-ЭВМ, состоящим из микропроцессоров. Собственно, это и есть рабочая техника, в принципе способная выполнять те или иные операции или команды в рамках заданного алгоритма. Как отмечается в учебнике по микропроцессорной технике Ливенцова С. Н., под микроконтроллером следует понимать компьютер, ориентированный на выполнение логических операций в рамках управления оборудованием. Он базируется на тех же схемах, но с ограниченным вычислительным ресурсом. Задача микроконтроллера в большей степени заключается в реализации ответственных, но простых процедур без сложных схем. Впрочем, технологически примитивными такие устройства тоже нельзя назвать, так как на современных производствах микроконтроллеры могут одновременно управлять сотнями и даже тысячами операций одновременно, учитывая и косвенные параметры их выполнения. В целом логическая структура микроконтроллера проектируется с расчетом на мощность, универсальность и надежность.

Архитектура

Разработчики микропроцессорных устройств имеют дело с набором функциональных компонентов, которые в итоге образуют единый рабочий комплекс. Даже простая модель микрокомпьютера предусматривает использование целого ряда элементов, обеспечивающих выполнение поставленных перед машиной задач. Способ взаимодействия между этими компонентами, а также средства коммуникации с входными и выходными сигналами во многом и определяют архитектуру микропроцессора. Что касается самого понятия архитектуры, то оно выражается разными определениями. Это может быть набор технико-физических и эксплуатационных параметров, среди которых число регистров памяти, разрядность, быстродействие и так далее. Но, в соответствии с теоретическими основами микропроцессорной техники, под архитектурой в данном случае следует понимать логическую организацию функций, реализуемых в процессе взаимосвязанной работы аппаратной и программной начинки. Более конкретно архитектура микропроцессора отражает следующее:

• Совокупность физических элементов, которые образуют микропроцессор, а также связи между его функциональными блоками.
• Форматы и способы предоставления информации.
• Каналы обращения к доступным для использования модулям структуры с параметрами их дальнейшего применения.
• Операции, которые может выполнять конкретный микропроцессор.
• Характеристики управляющих команд, которые вырабатывает или принимает устройство.
• Реакции на сигналы извне.

Внешние интерфейсы

Микропроцессор крайне редко рассматривается как изолированная система для выполнения односложных команд в статичном формате. Встречаются устройства, обрабатывающие один сигнал по заданной схеме, но чаще всего микропроцессорная техника работает с большим количеством коммуникационных связей от источников, которые и сами не являются линейными в плане обрабатываемых команд. Для организации взаимодействия со сторонней аппаратурой и источниками данных предусматриваются специальные форматы соединения – интерфейсы. Но для начала следует определить, с чем именно выполняется коммуникация. Как правило, в этом качестве выступают управляемые устройства, то есть на них от микропроцессора подается команда, а в режиме обратной связи могут поступать данные о статусе исполнительного органа.

Что касается внешних интерфейсов, то они служат не просто для возможности взаимодействия определенного исполнительного механизма, но и для его интеграции в структуру управляющего комплекса. Применительно к сложной компьютерной и микропроцессорной технике это может быть целая совокупность аппаратно-программных средств, тесно связанных с контроллером. Более того, микроконтроллеры зачастую и объединяют в себе функции обработки и подачи команд с задачами обеспечения коммуникации между микропроцессорами и внешними устройствами.

Характеристики микропроцессора

К основным характеристикам микропроцессорных устройств можно отнести следующие:

• Тактовая частота. Временной период, в течение которого происходит переключение компонентов вычислительной машины.
• Разрядность. Число максимально возможных для одновременной обработки двоичных разрядов.
• Архитектура. Конфигурация размещения и способы взаимодействия рабочих элементов микропроцессора.

О характере эксплуатационного процесса можно судить и по критериям регулярности с магистральностью. В первом случае речь идет о том, насколько в конкретной единице вычислительной микропроцессорной техники реализуем принцип закономерной повторяемости. Иными словами, каков условный процент дублирующих друг друга связей и рабочих элементов. Регулярность может применяться и в целом к структуре организации схемы в рамках одной системы обработки данных.

Магистральность же указывает на способ обмена данными между внутренними модулями системы, затрагивая также характер упорядочения связей. Объединяя принципы магистральности и регулярности, можно выработать стратегию создания унифицированных под определенный стандарт микропроцессоров. Такой подход имеет преимущество в виде облегчения коммуникационной организации на разных уровнях в плане взаимодействия через интерфейсы. С другой стороны, стандартизация не позволяет расширять возможности системы и повышать ее устойчивость перед внешними нагрузками.

Память в микропроцессорной технике

Хранение информации организуется с помощью специальных запоминающих устройств, выполненных из полупроводников. Это касается внутренней памяти, но также могут применяться внешние оптические и магнитные носители. Также элементы хранения данных на основе полупроводниковых материалов можно представить в качестве интегральных схем, которые включаются в состав микропроцессора. Такие ячейки памяти используются не только для хранения программ, но и для обслуживания памяти центрального процессора с контроллерами.

Если глубже рассматривать структурную основу запоминающих устройств, то на первый план выйдут схемы из металла, диэлектрика и полупроводника из кремния. В качестве диэлектриков используются компоненты из металла, оксида и полупроводника. Уровень интеграции запоминающего устройства определяется целевыми задачами и характеристиками аппаратной части. В цифровой микропроцессорной технике с обеспечением функции видеопамяти к универсальным требованиям надежной интеграции и соответствия электротехническим параметрам также добавляется помехоустойчивость, стабильность работы, быстродействие и так далее. Оптимальным решением с точки зрения критериев быстродействия и универсальности по интеграции являются биполярные цифровые микросхемы, которые в зависимости от текущих задач могут также использоваться в качестве триггера, процессора или инвертора.

Функции

Спектр функций в значительной степени основывается на задачах, которые микропроцессор будет решать в рамках того или иного технологического процесса. Универсальный набор функций в обобщенном варианте можно представить так:

• Чтение данных.
• Обработка данных.
• Обмен информацией с внутренней памятью, модулями или внешними подключенными устройствами.
• Запись данных.
• Ввод и вывод данных.

Значение каждой из вышеназванных операций определяется контекстом общей системы, в которой используется устройство. К примеру, в рамках арифметическо-логических операций электронная и микропроцессорная техника в результате обработки входной информации может представлять новую информацию, которая, в свою очередь, станет поводом для того или иного командного сигнала. Также стоит отметить внутренний функционал, за счет которого регулируются рабочие параметры самого процессора, контроллера, питания, исполнительных устройств и прочих модулей, работающих в рамках управляющей системы.

Производители устройств

У истоков создания микропроцессорных устройств стояли инженеры компании Intel, выпустившие целую линейку 8-разрядных микроконтроллеров на платформе MCS-51, которые в некоторых сферах применяются и сегодня. Также многие другие изготовители использовали семейство x51 для собственных проектов уже в рамках развития новых поколений электроники и микропроцессорной техники, в числе представителей которой значатся и отечественные разработки наподобие однокристальной ЭВМ К1816ВЕ51.

Выйдя в сегмент более сложных процессоров, фирма Intel уступила место микроконтроллеров другим компаниям, в числе которых оказались Analog Device и Atmel. Принципиально новый взгляд на архитектуру микропроцессоров предлагают фирмы Zilog, Microchip, NEC и др. На сегодняшний день в контексте развития микропроцессорной техники можно рассматривать линейки x51, AVR и PIC как наиболее успешные. Если же говорить о тенденциях разработки, то в наши дни на первое место выходят требования к расширению спектра задач внутреннего управления, компактности и низкому энергопотреблению. Иными словами, микроконтроллеры становятся меньше и рациональнее с точки зрения обслуживания, но при этом наращивают мощностный потенциал.

Обслуживание техники на базе микропроцессора

В соответствии с нормативными положениями, микропроцессорные системы обслуживаются бригадами рабочих во главе с электромехаником. Среди основных задач техобслуживания в данной сфере можно назвать следующие:

• Фиксация сбоев в процессе работы системы и их анализ с определением причин нарушения.
• Предупреждение отказов устройства и его компонентов за счет назначенного регламентного обслуживания.
• Устранение отказов устройства путем ремонта поврежденных элементов или их замены на исправные аналогичные детали.
• Производство своевременного ремонта компонентов системы.

Непосредственно обслуживание микропроцессорной техники может быть комплексным или мелкооперационным. В первом случае объединяется перечень технических операций независимо от их трудоемкости и уровня сложности. При мелкооперационном подходе акцент делается на индивидуализации каждой операции, то есть отдельные ремонтные или обслуживающие действия производятся в изолированном с точки зрения организации формате в соответствии с технологической картой. Недостатки данного метода связаны с высокими затратами на рабочий процесс, что в рамках масштабной системы может быть экономически неоправданным. С другой стороны, мелкооперационное обслуживание повышает качество технической поддержки аппаратуры, минимизируя риски ее дальнейшего выхода из строя вместе с отдельными компонентами.

Применение микропроцессорной техники

Перед широким внедрением микропроцессоров в разных сферах промышленности, бытового и народного хозяйства стоит все меньше барьеров. Это вновь обуславливается оптимизацией данных устройств, их удешевлением и ростом потребности в элементах автоматизации. К областям наиболее распространенного использования таких устройств можно отнести:

• Промышленность. Микропроцессоры используются в управлении рабочими операциями, координации машин, систем контроля и сбора производственных показателей.
• Торговля. В данной сфере эксплуатация микропроцессорной техники связана не только с вычислительными операциями, но и с обслуживанием логистических моделей при управлении товарами, запасами, а также информационными потоками.
• Системы безопасности. Электроника в современных комплексах охраны и сигнализации задает высокие требования к автоматизации и интеллектуальному контролю, что и позволяют обеспечивать микропроцессоры новых поколений.
• Связь. Разумеется, и коммуникационные технологии не могут обходиться без программируемых контролеров, обслуживающих мультиплексоры, дистанционные терминалы и схемы коммутации.

Несколько слов в заключение

Широкая аудитория потребителей не в полной мере может представить себе даже сегодняшние возможности микропроцессорной техники, но производители не стоят на месте и уже сейчас продумывают перспективные направления развития данной продукции. Например, все еще исправно поддерживается правило компьютерной индустрии, согласно которому каждые два года в схемах процессоров будет уменьшаться количество транзисторов. Но не только конструкционной оптимизацией могут похвастаться современные микропроцессоры. Специалисты также прогнозируют множество инноваций в части организации новой схемотехники, которая облегчит технологический подход к разработке процессоров и снизит их базовую стоимость.

Электронный научный архив УрФУ: Микропроцессорная техника: учебник

Please use this identifier to cite or link to this item:
http://hdl.handle.net/10995/56773

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

НОУ ИНТУИТ | Лекция | Философия микропроцессорной техники

Аннотация: В этой лекции рассказывается о базовой терминологии микропроцессорной техники, о принципах организации микропроцессорных систем, о структуре связей, режимах работы и об основных типах микропроцессорных систем.

В этой главе рассматриваются базовые концепции, которые лежат в основе любой микропроцессорной системы — от простейшего микроконтроллера до сложного компьютера. Именно в этом смысле здесь используется термин «философия».

Для начала несколько основных определений.

• Электронная система — в данном случае это любой электронный узел, блок, прибор или комплекс, производящий обработку информации.
• Задача — это набор функций, выполнение которых требуется от электронной системы.
• Быстродействие — это показатель скорости выполнения электронной системой ее функций.
• Гибкость — это способность системы подстраиваться под различные задачи.
• Избыточность — это показатель степени соответствия возможностей системы решаемой данной системой задаче.
• Интерфейс — соглашение об обмене информацией, правила обмена информацией, подразумевающие электрическую, логическую и конструктивную совместимость устройств, участвующих в обмене. Другое название — сопряжение.

Микропроцессорная система может рассматриваться как частный случай электронной системы, предназначенной для обработки входных сигналов и выдачи выходных сигналов (рис. 1.1). В качестве входных и выходных сигналов при этом могут использоваться аналоговые сигналы, одиночные цифровые сигналы, цифровые коды, последовательности цифровых кодов. Внутри системы может производиться хранение, накопление сигналов (или информации), но суть от этого не меняется. Если система цифровая (а микропроцессорные системы относятся к разряду цифровых), то входные аналоговые сигналы преобразуются в последовательности кодов выборок с помощью АЦП, а выходные аналоговые сигналы формируются из последовательности кодов выборок с помощью ЦАП. Обработка и хранение информации производятся в цифровом виде.

Характерная особенность традиционной цифровой системы состоит в том, что алгоритмы обработки и хранения информации в ней жестко связаны со схемотехникой системы. То есть изменение этих алгоритмов возможно только путем изменения структуры системы, замены электронных узлов, входящих в систему, и/или связей между ними. Например, если нам нужна дополнительная операция суммирования, то необходимо добавить в структуру системы лишний сумматор. Или если нужна дополнительная функция хранения кода в течение одного такта, то мы должны добавить в структуру еще один регистр. Естественно, это практически невозможно сделать в процессе эксплуатации, обязательно нужен новый производственный цикл проектирования, изготовления, отладки всей системы. Именно поэтому традиционная цифровая система часто называется системой на «жесткой логике».

Рис.
1.1.
Электронная система.

Любая система на «жесткой логике» обязательно представляет собой специализированную систему, настроенную исключительно на одну задачу или (реже) на несколько близких, заранее известных задач. Это имеет свои бесспорные преимущества.

Во-первых, специализированная система (в отличие от универсальной) никогда не имеет аппаратурной избыточности, то есть каждый ее элемент обязательно работает в полную силу (конечно, если эта система грамотно спроектирована).

Во-вторых, именно специализированная система может обеспечить максимально высокое быстродействие, так как скорость выполнения алгоритмов обработки информации определяется в ней только быстродействием отдельных логических элементов и выбранной схемой путей прохождения информации. А именно логические элементы всегда обладают максимальным на данный момент быстродействием.

Но в то же время большим недостатком цифровой системы на «жесткой логике» является то, что для каждой новой задачи ее 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. В нашем быстро меняющемся мире это довольно расточительно.

Путь преодоления этого недостатка довольно очевиден: надо построить такую систему, которая могла бы легко адаптироваться под любую задачу, перестраиваться с одного алгоритма работы на другой без изменения аппаратуры. И задавать тот или иной алгоритм мы тогда могли бы путем ввода в систему некой дополнительной управляющей информации, программы работы системы (рис. 1.2). Тогда система станет универсальной, или программируемой, не жесткой, а гибкой. Именно это и обеспечивает микропроцессорная система.

Рис.
1.2.
Программируемая (она же универсальная) электронная система.

Но любая универсальность обязательно приводит к избыточности. Ведь решение максимально трудной задачи требует гораздо больше средств, чем решение максимально простой задачи. Поэтому сложность универсальной системы должна быть такой, чтобы обеспечивать решение самой трудной задачи, а при решении простой задачи система будет работать далеко не в полную силу, будет использовать не все свои ресурсы. И чем проще решаемая задача, тем больше избыточность, и тем менее оправданной становится универсальность. Избыточность ведет к увеличению стоимости системы, снижению ее надежности, увеличению потребляемой мощности и т.д.

Кроме того, универсальность, как правило, приводит к существенному снижению быстродействия. Оптимизировать универсальную систему так, чтобы каждая новая задача решалась максимально быстро, попросту невозможно. Общее правило таково: чем больше универсальность, гибкость, тем меньше быстродействие. Более того, для универсальных систем не существует таких задач (пусть даже и самых простых), которые бы они решали с максимально возможным быстродействием. За все приходится платить.

Таким образом, можно сделать следующий вывод. Системы на «жесткой логике» хороши там, где решаемая задача не меняется длительное время, где требуется самое высокое быстродействие, где алгоритмы обработки информации предельно просты. А универсальные, программируемые системы хороши там, где часто меняются решаемые задачи, где высокое быстродействие не слишком важно, где алгоритмы обработки информации сложные. То есть любая система хороша на своем месте.

Однако за последние десятилетия быстродействие универсальных ( микропроцессорных ) систем сильно выросло (на несколько порядков). К тому же большой объем выпуска микросхем для этих систем привел к резкому снижению их стоимости. В результате область применения систем на «жесткой логике» резко сузилась. Более того, высокими темпами развиваются сейчас программируемые системы, предназначенные для решения одной задачи или нескольких близких задач. Они удачно совмещают в себе как достоинства систем на «жесткой логике», так и программируемых систем, обеспечивая сочетание достаточно высокого быстродействия и необходимой гибкости. Так что вытеснение «жесткой логики» продолжается.

1.1. Что такое микропроцессор?

Ядром любой микропроцессорной системы является микропроцессор или просто процессор (от английского processor). Перевести на русский язык это слово правильнее всего как «обработчик», так как именно микропроцессор — это тот узел, блок, который производит всю обработку информации внутри микропроцессорной системы . Остальные узлы выполняют всего лишь вспомогательные функции: хранение информации (в том числе и управляющей информации, то есть программы), связи с внешними устройствами, связи с пользователем и т.д. Процессор заменяет практически всю «жесткую логику», которая понадобилась бы в случае традиционной цифровой системы. Он выполняет арифметические функции (сложение, умножение и т.д.), логические функции (сдвиг, сравнение, маскирование кодов и т.д.), временное хранение кодов (во внутренних регистрах), пересылку кодов между узлами микропроцессорной системы и многое другое. Количество таких элементарных операций,
выполняемых процессором, может достигать нескольких сотен. Процессор можно сравнить с мозгом системы.

Но при этом надо учитывать, что все свои операции процессор выполняет последовательно, то есть одну за другой, по очереди. Конечно, существуют процессоры с параллельным выполнением некоторых операций, встречаются также микропроцессорные системы, в которых несколько процессоров работают над одной задачей параллельно, но это редкие исключения. С одной стороны, последовательное выполнение операций — несомненное достоинство, так как позволяет с помощью всего одного процессора выполнять любые, самые сложные алгоритмы обработки информации. Но, с другой стороны, последовательное выполнение операций приводит к тому, что время выполнения алгоритма зависит от его сложности. Простые алгоритмы выполняются быстрее сложных. То есть микропроцессорная система способна сделать все, но работает она не слишком быстро, ведь все информационные потоки приходится пропускать через один-единственный узел — микропроцессор (рис. 1.3). В традиционной цифровой системе можно легко организовать

параллельную обработку всех потоков информации, правда, ценой усложнения схемы.

Рис.
1.3.
Информационные потоки в микропроцессорной системе.

Итак, микропроцессор способен выполнять множество операций. Но откуда он узнает, какую операцию ему надо выполнять в данный момент? Именно это определяется управляющей информацией, программой. Программа представляет собой набор команд (инструкций), то есть цифровых кодов, расшифровав которые, процессор узнает, что ему надо делать. Программа от начала и до конца составляется человеком, программистом, а процессор выступает в роли послушного исполнителя этой программы, никакой инициативы он не проявляет (если, конечно, исправен). Поэтому сравнение процессора с мозгом не слишком корректно. Он всего лишь исполнитель того алгоритма, который заранее составил для него человек. Любое отклонение от этого алгоритма может быть вызвано только неисправностью процессора или каких-нибудь других узлов микропроцессорной системы.

Все команды, выполняемые процессором, образуют систему команд процессора. Структура и объем системы команд процессора определяют его быстродействие, гибкость, удобство использования. Всего команд у процессора может быть от нескольких десятков до нескольких сотен. Система команд может быть рассчитана на узкий круг решаемых задач (у специализированных процессоров) или на максимально широкий круг задач (у универсальных процессоров). Коды команд могут иметь различное количество разрядов (занимать от одного до нескольких байт). Каждая команда имеет свое время выполнения, поэтому время выполнения всей программы зависит не только от количества команд в программе, но и от того, какие именно команды используются.

Для выполнения команд в структуру процессора входят внутренние регистры, арифметико-логическое устройство (АЛУ, ALU — Arithmetic Logic Unit) , мультиплексоры, буферы, регистры и другие узлы. Работа всех узлов синхронизируется общим внешним тактовым сигналом процессора. То есть процессор представляет собой довольно сложное цифровое устройство (рис. 1.4).

Рис.
1.4.
Пример структуры простейшего процессора.

Впрочем, для разработчика микропроцессорных систем информация о тонкостях внутренней структуры процессора не слишком важна. Разработчик должен рассматривать процессор как «черный ящик», который в ответ на входные и управляющие коды производит ту или иную операцию и выдает выходные сигналы. Разработчику необходимо знать систему команд, режимы работы процессора, а также правила взаимодействия процессора с внешним миром или, как их еще называют, протоколы обмена информацией. О внутренней структуре процессора надо знать только то, что необходимо для выбора той или иной команды, того или иного режима работы.

НОУ ИНТУИТ | Основы микропроцессорной техники

Форма обучения:

дистанционная

Стоимость самостоятельного обучения:

бесплатно

Доступ:

свободный

Документ об окончании:

Уровень:

Для всех

Длительность:

20:20:00

Выпускников:

2061

Качество курса:

4.44 | 4.22

Разъясняются основные понятия микропроцессорной техники, рассматриваются принципы функционирования микропроцессорных систем, предлагаются методы проектирования микропроцессорных систем на основе микроконтроллеров.

Микропроцессорная техника — наиболее быстро развивающаяся область электроники, для успешного овладения которой необходимо с самого начала усвоить современные принципы организации микропроцессорных систем. Освоение ключевых понятий микропроцессорной техники — это первая задача курса. Успех при этом может принести только комплексный подход к проектированию аппаратных и программных средств. Рассматриваются особенности систем различных уровней сложности и различного назначения, принципы архитектурных решений, способы и средства организации обмена информацией. Особое внимание уделено принципам организации персональных компьютеров как наиболее сложных и гибких микропроцессорных систем, позволяющих решать самые сложные задачи.

Вторая задача курса — обучение навыкам проектирования систем на основе микроконтроллеров, как наиболее распространенного типа микропроцессорных систем. Для ее решения приводятся описание микроконтроллеров семейства PIC, а также специальных программных средств проектирования, рассматриваются примеры решения задач проектирования нескольких устройств.

Предполагается, что большинство понятий, введенных в данном курсе, станет предметом более детального рассмотрения в других, специальных курсах.

ISBN: 978-5-9556-0082-6

Теги: bios, EEPROM, isa, sleep, WDT, алгоритмы, архитектуры, библиотеки, интерфейсы, кабели, клавиатура, логика, магистраль, микроконтроллер, микроконтроллеры, микропроцессорная система, микропроцессоры, память, ПДП, подгруппа, принтеры, процессоры, счетчик команд, шины

Дополнительные курсы

2 часа 30 минут

—

Философия микропроцессорной техники

В этой лекции рассказывается о базовой терминологии микропроцессорной техники, о принципах организации микропроцессорных систем, о структуре связей, режимах работы и об основных типах микропроцессорных систем.

—

Шины микропроцессорной системы и циклы обмена

В этой лекции речь идет об обмене информацией по шинам микропроцессорных систем, о циклах обмена информацией и их фазах, о принципах синхронизации обмена, принципах организации прерываний и ПДП.

—

Функции устройств магистрали

В этой лекции рассказывается о функциях основных устройств микропроцессорной системы: процессора, памяти, устройств ввода-вывода, о принципах их устройства и подключения к магистрали.

—

Адресация операндов

В этой лекции рассказывается о функциях основных узлов процессора, о методах адресации операндов и о регистрах процессора.

—

Система команд процессора

В этой лекции рассказывается об основных группах команд процессора, об особенностях выполнения различных команд, о методах организации подпрограмм.

—

Процессорное ядро и память микроконтроллеров

В этой лекции рассказывается о структуре процессорного ядра и особенностях системы команд микроконтроллеров, функциях и организации памяти программ и данных, об использовании стека и внешней памяти микроконтроллеров.

—

Вспомогательные аппаратные средства микроконтроллера

В этой лекции рассказывается о режимах пониженного энергопотребления микроконтроллера, а также о структуре и организации таких вспомогательных аппаратных средств как тактовые генераторы, схемы контроля напряжения питания, сторожевые таймеры и дополнительные модули микроконтроллера.

—

Аппаратные средства микроконтроллеров серии PIC

В этой лекции рассказывается об особенностях организации и параметрах популярных PIC-микроконтроллеров фирмы «Microchip», а также более подробно о составе, структуре и возможностях аппаратных средств микроконтроллеров подгруппы PIC16F8X.

—

Архитектура и процессоры персональных компьютеров

В этой лекции рассказывается об особенностях архитектуры персональных компьютеров семейства IBM PC, о процессорах, применяемых в персональных компьютерах, об их функциях, характеристиках, этапах их эволюции.

—

Системная магистраль ISA

В этой лекции рассказывается о характеристиках системной магистрали ISA, о назначении сигналов и протоколах обмена информацией на магистрали, а также о принципах распределения ресурсов ПК.

—

НОУ ИНТУИТ | Основы микропроцессорной техники

Форма обучения:

дистанционная

Стоимость самостоятельного обучения:

бесплатно

Доступ:

свободный

Документ об окончании:

Уровень:

Для всех

Длительность:

20:20:00

Выпускников:

2061

Качество курса:

4.44 | 4.22

Разъясняются основные понятия микропроцессорной техники, рассматриваются принципы функционирования микропроцессорных систем, предлагаются методы проектирования микропроцессорных систем на основе микроконтроллеров.

Микропроцессорная техника — наиболее быстро развивающаяся область электроники, для успешного овладения которой необходимо с самого начала усвоить современные принципы организации микропроцессорных систем. Освоение ключевых понятий микропроцессорной техники — это первая задача курса. Успех при этом может принести только комплексный подход к проектированию аппаратных и программных средств. Рассматриваются особенности систем различных уровней сложности и различного назначения, принципы архитектурных решений, способы и средства организации обмена информацией. Особое внимание уделено принципам организации персональных компьютеров как наиболее сложных и гибких микропроцессорных систем, позволяющих решать самые сложные задачи.

Вторая задача курса — обучение навыкам проектирования систем на основе микроконтроллеров, как наиболее распространенного типа микропроцессорных систем. Для ее решения приводятся описание микроконтроллеров семейства PIC, а также специальных программных средств проектирования, рассматриваются примеры решения задач проектирования нескольких устройств.

Предполагается, что большинство понятий, введенных в данном курсе, станет предметом более детального рассмотрения в других, специальных курсах.

ISBN: 978-5-9556-0082-6

Теги: bios, EEPROM, isa, sleep, WDT, алгоритмы, архитектуры, библиотеки, интерфейсы, кабели, клавиатура, логика, магистраль, микроконтроллер, микроконтроллеры, микропроцессорная система, микропроцессоры, память, ПДП, подгруппа, принтеры, процессоры, счетчик команд, шины

Дополнительные курсы

2 часа 30 минут

—

Философия микропроцессорной техники

В этой лекции рассказывается о базовой терминологии микропроцессорной техники, о принципах организации микропроцессорных систем, о структуре связей, режимах работы и об основных типах микропроцессорных систем.

—

Шины микропроцессорной системы и циклы обмена

В этой лекции речь идет об обмене информацией по шинам микропроцессорных систем, о циклах обмена информацией и их фазах, о принципах синхронизации обмена, принципах организации прерываний и ПДП.

—

Функции устройств магистрали

В этой лекции рассказывается о функциях основных устройств микропроцессорной системы: процессора, памяти, устройств ввода-вывода, о принципах их устройства и подключения к магистрали.

—

Адресация операндов

В этой лекции рассказывается о функциях основных узлов процессора, о методах адресации операндов и о регистрах процессора.

—

Система команд процессора

В этой лекции рассказывается об основных группах команд процессора, об особенностях выполнения различных команд, о методах организации подпрограмм.

—

Процессорное ядро и память микроконтроллеров

В этой лекции рассказывается о структуре процессорного ядра и особенностях системы команд микроконтроллеров, функциях и организации памяти программ и данных, об использовании стека и внешней памяти микроконтроллеров.

—

Вспомогательные аппаратные средства микроконтроллера

В этой лекции рассказывается о режимах пониженного энергопотребления микроконтроллера, а также о структуре и организации таких вспомогательных аппаратных средств как тактовые генераторы, схемы контроля напряжения питания, сторожевые таймеры и дополнительные модули микроконтроллера.

—

Аппаратные средства микроконтроллеров серии PIC

В этой лекции рассказывается об особенностях организации и параметрах популярных PIC-микроконтроллеров фирмы «Microchip», а также более подробно о составе, структуре и возможностях аппаратных средств микроконтроллеров подгруппы PIC16F8X.

—

Архитектура и процессоры персональных компьютеров

В этой лекции рассказывается об особенностях архитектуры персональных компьютеров семейства IBM PC, о процессорах, применяемых в персональных компьютерах, об их функциях, характеристиках, этапах их эволюции.

—

Системная магистраль ISA

В этой лекции рассказывается о характеристиках системной магистрали ISA, о назначении сигналов и протоколах обмена информацией на магистрали, а также о принципах распределения ресурсов ПК.

—

НОУ ИНТУИТ | Лекция | Философия микропроцессорной техники

Аннотация: В этой лекции рассказывается о базовой терминологии микропроцессорной техники, о принципах организации микропроцессорных систем, о структуре связей, режимах работы и об основных типах микропроцессорных систем.

В этой главе рассматриваются базовые концепции, которые лежат в основе любой микропроцессорной системы — от простейшего микроконтроллера до сложного компьютера. Именно в этом смысле здесь используется термин «философия».

Для начала несколько основных определений.

• Электронная система — в данном случае это любой электронный узел, блок, прибор или комплекс, производящий обработку информации.
• Задача — это набор функций, выполнение которых требуется от электронной системы.
• Быстродействие — это показатель скорости выполнения электронной системой ее функций.
• Гибкость — это способность системы подстраиваться под различные задачи.
• Избыточность — это показатель степени соответствия возможностей системы решаемой данной системой задаче.
• Интерфейс — соглашение об обмене информацией, правила обмена информацией, подразумевающие электрическую, логическую и конструктивную совместимость устройств, участвующих в обмене. Другое название — сопряжение.

Микропроцессорная система может рассматриваться как частный случай электронной системы, предназначенной для обработки входных сигналов и выдачи выходных сигналов (рис. 1.1). В качестве входных и выходных сигналов при этом могут использоваться аналоговые сигналы, одиночные цифровые сигналы, цифровые коды, последовательности цифровых кодов. Внутри системы может производиться хранение, накопление сигналов (или информации), но суть от этого не меняется. Если система цифровая (а микропроцессорные системы относятся к разряду цифровых), то входные аналоговые сигналы преобразуются в последовательности кодов выборок с помощью АЦП, а выходные аналоговые сигналы формируются из последовательности кодов выборок с помощью ЦАП. Обработка и хранение информации производятся в цифровом виде.

Характерная особенность традиционной цифровой системы состоит в том, что алгоритмы обработки и хранения информации в ней жестко связаны со схемотехникой системы. То есть изменение этих алгоритмов возможно только путем изменения структуры системы, замены электронных узлов, входящих в систему, и/или связей между ними. Например, если нам нужна дополнительная операция суммирования, то необходимо добавить в структуру системы лишний сумматор. Или если нужна дополнительная функция хранения кода в течение одного такта, то мы должны добавить в структуру еще один регистр. Естественно, это практически невозможно сделать в процессе эксплуатации, обязательно нужен новый производственный цикл проектирования, изготовления, отладки всей системы. Именно поэтому традиционная цифровая система часто называется системой на «жесткой логике».

Рис.
1.1.
Электронная система.

Любая система на «жесткой логике» обязательно представляет собой специализированную систему, настроенную исключительно на одну задачу или (реже) на несколько близких, заранее известных задач. Это имеет свои бесспорные преимущества.

Во-первых, специализированная система (в отличие от универсальной) никогда не имеет аппаратурной избыточности, то есть каждый ее элемент обязательно работает в полную силу (конечно, если эта система грамотно спроектирована).

Во-вторых, именно специализированная система может обеспечить максимально высокое быстродействие, так как скорость выполнения алгоритмов обработки информации определяется в ней только быстродействием отдельных логических элементов и выбранной схемой путей прохождения информации. А именно логические элементы всегда обладают максимальным на данный момент быстродействием.

Но в то же время большим недостатком цифровой системы на «жесткой логике» является то, что для каждой новой задачи ее 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. В нашем быстро меняющемся мире это довольно расточительно.

Путь преодоления этого недостатка довольно очевиден: надо построить такую систему, которая могла бы легко адаптироваться под любую задачу, перестраиваться с одного алгоритма работы на другой без изменения аппаратуры. И задавать тот или иной алгоритм мы тогда могли бы путем ввода в систему некой дополнительной управляющей информации, программы работы системы (рис. 1.2). Тогда система станет универсальной, или программируемой, не жесткой, а гибкой. Именно это и обеспечивает микропроцессорная система.

Рис.
1.2.
Программируемая (она же универсальная) электронная система.

Но любая универсальность обязательно приводит к избыточности. Ведь решение максимально трудной задачи требует гораздо больше средств, чем решение максимально простой задачи. Поэтому сложность универсальной системы должна быть такой, чтобы обеспечивать решение самой трудной задачи, а при решении простой задачи система будет работать далеко не в полную силу, будет использовать не все свои ресурсы. И чем проще решаемая задача, тем больше избыточность, и тем менее оправданной становится универсальность. Избыточность ведет к увеличению стоимости системы, снижению ее надежности, увеличению потребляемой мощности и т.д.

Кроме того, универсальность, как правило, приводит к существенному снижению быстродействия. Оптимизировать универсальную систему так, чтобы каждая новая задача решалась максимально быстро, попросту невозможно. Общее правило таково: чем больше универсальность, гибкость, тем меньше быстродействие. Более того, для универсальных систем не существует таких задач (пусть даже и самых простых), которые бы они решали с максимально возможным быстродействием. За все приходится платить.

Таким образом, можно сделать следующий вывод. Системы на «жесткой логике» хороши там, где решаемая задача не меняется длительное время, где требуется самое высокое быстродействие, где алгоритмы обработки информации предельно просты. А универсальные, программируемые системы хороши там, где часто меняются решаемые задачи, где высокое быстродействие не слишком важно, где алгоритмы обработки информации сложные. То есть любая система хороша на своем месте.

Однако за последние десятилетия быстродействие универсальных ( микропроцессорных ) систем сильно выросло (на несколько порядков). К тому же большой объем выпуска микросхем для этих систем привел к резкому снижению их стоимости. В результате область применения систем на «жесткой логике» резко сузилась. Более того, высокими темпами развиваются сейчас программируемые системы, предназначенные для решения одной задачи или нескольких близких задач. Они удачно совмещают в себе как достоинства систем на «жесткой логике», так и программируемых систем, обеспечивая сочетание достаточно высокого быстродействия и необходимой гибкости. Так что вытеснение «жесткой логики» продолжается.

1.1. Что такое микропроцессор?

Ядром любой микропроцессорной системы является микропроцессор или просто процессор (от английского processor). Перевести на русский язык это слово правильнее всего как «обработчик», так как именно микропроцессор — это тот узел, блок, который производит всю обработку информации внутри микропроцессорной системы . Остальные узлы выполняют всего лишь вспомогательные функции: хранение информации (в том числе и управляющей информации, то есть программы), связи с внешними устройствами, связи с пользователем и т.д. Процессор заменяет практически всю «жесткую логику», которая понадобилась бы в случае традиционной цифровой системы. Он выполняет арифметические функции (сложение, умножение и т.д.), логические функции (сдвиг, сравнение, маскирование кодов и т.д.), временное хранение кодов (во внутренних регистрах), пересылку кодов между узлами микропроцессорной системы и многое другое. Количество таких элементарных операций,
выполняемых процессором, может достигать нескольких сотен. Процессор можно сравнить с мозгом системы.

Но при этом надо учитывать, что все свои операции процессор выполняет последовательно, то есть одну за другой, по очереди. Конечно, существуют процессоры с параллельным выполнением некоторых операций, встречаются также микропроцессорные системы, в которых несколько процессоров работают над одной задачей параллельно, но это редкие исключения. С одной стороны, последовательное выполнение операций — несомненное достоинство, так как позволяет с помощью всего одного процессора выполнять любые, самые сложные алгоритмы обработки информации. Но, с другой стороны, последовательное выполнение операций приводит к тому, что время выполнения алгоритма зависит от его сложности. Простые алгоритмы выполняются быстрее сложных. То есть микропроцессорная система способна сделать все, но работает она не слишком быстро, ведь все информационные потоки приходится пропускать через один-единственный узел — микропроцессор (рис. 1.3). В традиционной цифровой системе можно легко организовать

параллельную обработку всех потоков информации, правда, ценой усложнения схемы.

Рис.
1.3.
Информационные потоки в микропроцессорной системе.

Итак, микропроцессор способен выполнять множество операций. Но откуда он узнает, какую операцию ему надо выполнять в данный момент? Именно это определяется управляющей информацией, программой. Программа представляет собой набор команд (инструкций), то есть цифровых кодов, расшифровав которые, процессор узнает, что ему надо делать. Программа от начала и до конца составляется человеком, программистом, а процессор выступает в роли послушного исполнителя этой программы, никакой инициативы он не проявляет (если, конечно, исправен). Поэтому сравнение процессора с мозгом не слишком корректно. Он всего лишь исполнитель того алгоритма, который заранее составил для него человек. Любое отклонение от этого алгоритма может быть вызвано только неисправностью процессора или каких-нибудь других узлов микропроцессорной системы.

Все команды, выполняемые процессором, образуют систему команд процессора. Структура и объем системы команд процессора определяют его быстродействие, гибкость, удобство использования. Всего команд у процессора может быть от нескольких десятков до нескольких сотен. Система команд может быть рассчитана на узкий круг решаемых задач (у специализированных процессоров) или на максимально широкий круг задач (у универсальных процессоров). Коды команд могут иметь различное количество разрядов (занимать от одного до нескольких байт). Каждая команда имеет свое время выполнения, поэтому время выполнения всей программы зависит не только от количества команд в программе, но и от того, какие именно команды используются.

Для выполнения команд в структуру процессора входят внутренние регистры, арифметико-логическое устройство (АЛУ, ALU — Arithmetic Logic Unit) , мультиплексоры, буферы, регистры и другие узлы. Работа всех узлов синхронизируется общим внешним тактовым сигналом процессора. То есть процессор представляет собой довольно сложное цифровое устройство (рис. 1.4).

Рис.
1.4.
Пример структуры простейшего процессора.

Впрочем, для разработчика микропроцессорных систем информация о тонкостях внутренней структуры процессора не слишком важна. Разработчик должен рассматривать процессор как «черный ящик», который в ответ на входные и управляющие коды производит ту или иную операцию и выдает выходные сигналы. Разработчику необходимо знать систему команд, режимы работы процессора, а также правила взаимодействия процессора с внешним миром или, как их еще называют, протоколы обмена информацией. О внутренней структуре процессора надо знать только то, что необходимо для выбора той или иной команды, того или иного режима работы.

Микропроцессорная техника — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Микропроцессорная техника

Cтраница 1

Микропроцессорная техника переживает период бурного развития, появляются новые комплекты микропроцессорных схем, развивается аппаратурное и программное обеспечение, разрабатываются устройства для отладки микропроцессорных устройств управления. Устройства управления, созданные на основе МП, все шире применяются в промышленности, на транспорте, в энергетике. И, наконец, МП является мощным устройством для обработки информации и его возможности очень велики, но не все задачи, которые могут быть реализованы на основе микроЭВМ, нуждаются в таком решении: современная микроэлектроника располагает чрезвычайно разнообразным набором ИМС, в том числе высокого уровня интеграции, которые позволяют решать весьма сложные задачи. Поэтому выбор решения устройства управления на базе программируемого автомата или автомата с жесткой логикой должен проводиться на основе технико-экономического сопоставления вариантов.
 [1]

Микропроцессорная техника получает все большее применение в приборостроении. Применение микропроцессоров ( МП) преобразует измерительные приборы в интеллектуальные устройства, способные производить необходимую математическую обработку измерителыной информации и представлять ее в наиболее удобном для восприятия виде.
 [2]

Микропроцессорная техника применяется в измерительных приборах для измерения электрических и неэлектрических величин как с целью расширения функций приборов, придания им новых свойств, превращения их в системные комплексы, так и с целью улучшения характеристик отдельных узлов и прибора в целом.
 [3]

Микропроцессорная техника может широко использоваться не только в системах управления, но и при создании различных измерительных преобразователей. Замена аналоговых методов обработки сигналов цифровыми значительно повышает точность измерения и расширяет функциональные возможности измерительного средства. Действительно, замена самой неприятной с точки зрения точности обработки сигнала операции аналогового интегрирования на цифровое повышает точность измерения в несколько раз, так как определяется только точностью работы АЦП. Дальнейшая математическая обработка измеренных промежуточных величин вообще не вносит реальной погрешности в результат окончательного измерения.
 [4]

Микропроцессорная техника может быть представлена элементами ( устройствами) с несколькими входами, на которые поступают двоичные входные сигналы, и несколькими выходами, с которых снимаются двоичные выходные сигналы.
 [5]

Микропроцессорная техника быстро развивается — помимо огромного количественного роста промышленного выпуска микропроцессорных средств наблюдается интенсивное расширение их логических возможностей. Это расширение идет, с одной стороны, путем создания и пополнения наборов микропроцессорных схем, с другой стороны, путем развития архитектуры самих микропроцессоров.
 [6]

Микропроцессорная техника переживает период бурного развития, появляются новые комплекты микропроцессорных схем, развивается аппаратурное и программное обеспечение, разрабатываются устройства для отладки микропроцессорных устройств управления. Устройства управления, созданные на основе МП, все шире применяются в промышленности, на транспорте, в энергетике. И, наконец, МП является мощным устройством для обработки информации и его возможности очень велики, но не все задачи, которые могут быть реализованы на основе микроЭВМ, нуждаются в таком решении: современная микроэлектроника располагает чрезвычайно разнообразным набором ИМС, в том числе высокого уровня интеграции, которые позволяют решать весьма сложные задачи. Поэтому выбор решения устройства управления на базе программируемого автомата или автомата с жесткой логикой должен проводиться на основе технико-экономического сопоставления вариантов.
 [7]

Микропроцессорная техника позволяет заменить схемы управления с жесткой логикой программируемыми устройствами, дающими возможность легко перестраивать программу работы различных машин и агрегатов.
 [8]

Микропроцессорная техника позволяет, наконец, ЭВМ выйти из ее изоляции как и

Как работают микропроцессоры | HowStuffWorks

Чтобы понять, как работает микропроцессор, полезно заглянуть внутрь и узнать о логике, использованной для его создания. В процессе вы также можете узнать о языке ассемблера — родном языке микропроцессора — и о многих вещах, которые инженеры могут сделать для повышения скорости процессора.

Микропроцессор выполняет набор машинных инструкций, которые говорят процессору, что делать.В соответствии с инструкциями микропроцессор выполняет три основных действия:

Объявление

• Используя свой ALU (арифметический / логический блок), микропроцессор может выполнять математические операции, такие как сложение, вычитание, умножение и деление. Современные микропроцессоры содержат законченные процессоры с плавающей запятой, которые могут выполнять чрезвычайно сложные операции с большими числами с плавающей запятой.
• Микропроцессор может перемещать данные из одной ячейки памяти в другую.
• Микропроцессор может принимать решения и переходить к новому набору инструкций на основе этих решений.

Микропроцессор может выполнять очень сложные задачи, но это три его основных действия. На следующей диаграмме показан чрезвычайно простой микропроцессор, способный выполнять эти три функции:

Это примерно так же просто, как и микропроцессор. У этого микропроцессора:

• Адресная шина (может быть 8, 16 или 32 бит), которая отправляет адрес в память
• A шина данных (может быть 8, 16 или 32 бит), которая может отправлять данные в память или получить данные из памяти
• Линия RD (чтение) и WR (запись), чтобы сообщить памяти, хочет ли она установить или получить адресное место.
• A линия , которая позволяет последовательности тактовых импульсов процессор
• Строка сброса , которая сбрасывает счетчик программы на ноль (или что-то еще) и перезапускает выполнение

Предположим, что в этом примере ширина шины адреса и данных составляет 8 бит.

Вот компоненты этого простого микропроцессора:

• Регистры A, B и C — это просто защелки, сделанные из триггеров. (Подробности см. В разделе «Защелки, запускаемые фронтом» в Как работает логическая логика.)
• Защелка адреса такая же, как регистры A, B и C.
• Программный счетчик — это защелка с дополнительной возможностью увеличения на 1, когда будет сказано сделать это, а также сбросить на ноль, когда будет сказано сделать это.
• ALU может быть таким же простым, как 8-битный сумматор (подробности см. В разделе, посвященном сумматорам в статье Как работает логическая логика), или он может складывать, вычитать, умножать и делить 8-битные значения.Предположим здесь второе.
• Тестовый регистр представляет собой специальную защелку, которая может хранить значения из сравнений, выполняемых в ALU. ALU обычно может сравнивать два числа и определять, равны ли они, больше ли одно, чем другое, и т. Д. Тестовый регистр также обычно может содержать бит переноса из последней ступени сумматора. Он сохраняет эти значения в триггерах, а затем декодер команд может использовать эти значения для принятия решений.
• На диаграмме шесть квадратов, помеченных как «3 состояния».Это буферов с тремя состояниями . Буфер с тремя состояниями может передавать 1, 0 или по существу отключать свой выход (представьте переключатель, который полностью отключает выходную линию от провода, к которому направляется выход). Буфер с тремя состояниями позволяет нескольким выходам подключаться к проводу, но только один из них фактически выводит на линию 1 или 0.
• Регистр команд и декодер команд отвечают за управление всеми другими компонентами.

Хотя они не показаны на этой диаграмме, там будут управляющие линии от декодера команд, которые:

• Указывает регистру A фиксировать значение, которое в данный момент находится на шине данных
• Сообщает регистру B фиксировать значение, которое в данный момент находится на шине данных
• Сообщает регистру C фиксировать значение, которое в настоящее время выводится ALU
• Сообщает программе регистр счетчика для фиксации текущего значения на шине данных
• Указать регистру адреса для фиксации текущего значения на шине данных
• Указать регистру команд, чтобы он зафиксировал текущее значение на шине данных
• Сообщает счетчику программы, чтобы он увеличивал значение
• Укажите, что программный счетчик сбросил на ноль
• Активируйте любой из шести буферов с тремя состояниями (шесть отдельных строк)
• Сообщите ALU, какую операцию выполнить
• Сообщите регистру тестирования, чтобы он зафиксировал тестовые биты ALU
• Активировать Линия RD
• Активировать линию WR

В декодер команд поступают биты из тестового регистра и линии синхронизации, а также биты из регистра команд.

.

микропроцессор | Определение и факты

Микропроцессор , миниатюрное электронное устройство любого типа, содержащее арифметические, логические и управляющие схемы, необходимые для выполнения функций центрального процессора цифрового компьютера. Фактически, этот вид интегральной схемы может интерпретировать и выполнять программные инструкции, а также обрабатывать арифметические операции.

микропроцессор Ядро микропроцессора Intel 80486DX2 с изображением кристалла. Мэтт Бритт

Британская викторина

Компьютеры и технологии: Викторина

Что означает сокращение FTP?

В начале 1970-х годов была введена крупномасштабная интеграция (LSI), которая позволила упаковать тысячи транзисторов, диодов и резисторов на кремниевый кристалл меньше нуля.Квадрат 2 дюйма (5 мм) — привел к разработке микропроцессора. Первым микропроцессором был Intel 4004, представленный в 1971 году. В начале 1980-х годов очень крупномасштабная интеграция (СБИС) значительно увеличила плотность схем микропроцессоров. В 2010-х годах одна схема СБИС содержала миллиарды электронных компонентов на микросхеме, идентичной по размеру схеме БИС. (Подробнее об истории микропроцессоров, см. компьютер: Микропроцессор.)

Производство недорогих микропроцессоров позволило компьютерным инженерам разработать микрокомпьютеры.Такие компьютерные системы невелики, но обладают достаточной вычислительной мощностью для выполнения многих деловых, промышленных и научных задач. Микропроцессор также позволил разработать так называемые интеллектуальные терминалы, такие как банкоматы и торговые терминалы, используемые в розничных магазинах. Микропроцессор также обеспечивает автоматическое управление промышленными роботами, геодезическими приборами и различным больничным оборудованием. Это привело к компьютеризации широкого спектра потребительских товаров, включая программируемые микроволновые печи, телевизоры и электронные игры.Кроме того, некоторые автомобили оснащены системой зажигания и подачи топлива с микропроцессорным управлением, предназначенной для повышения производительности и экономии топлива.

.

Evolution of Microprocessor — Типы и приложения

Микропроцессор — это не что иное, как ЦП, и это важный компонент компьютера. Это кремниевый чип, состоящий из миллионов транзисторов и других электронных компонентов, которые обрабатывают миллионы инструкций в секунду. Микропроцессор — это универсальный чип, который объединен с памятью и специализированными чипами и предварительно запрограммирован программным обеспечением. Он принимает цифровые данные как i / p и обрабатывает их в соответствии с инструкциями, хранящимися в памяти.Микропроцессор имеет множество функций, таких как функции хранения данных, взаимодействие с различными другими устройствами и другие функции, связанные со временем. Но основная функция — отправлять и получать данные, чтобы компьютер работал нормально. В этой статье обсуждаются типы и эволюция микропроцессоров. Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать об истории микропроцессоров и поколении микропроцессоров

Микропроцессор

Развитие микропроцессоров

Микропроцессор стал более важной частью многих гаджетов.Развитие микропроцессоров было разделено на пять поколений, таких как первое, второе, третье, четвертое и пятое поколение, и характеристики этих поколений обсуждаются ниже.

Развитие микропроцессоров

Микропроцессоры первого поколения

Микропроцессоры первого поколения были представлены в 1971-1972 годах. Команды этих микропроцессоров обрабатывались последовательно, они считывали инструкцию, декодировали и затем выполняли ее.Когда инструкция микропроцессора была завершена, микропроцессор обновляет указатель инструкции и выбирает следующую инструкцию, выполняя эту последовательную операцию для каждой инструкции по очереди.

Микропроцессоры второго поколения

В 1970 году небольшое количество транзисторов было доступно на интегральных схемах микропроцессоров второго поколения. Примерами микропроцессоров второго поколения являются 16-разрядная арифметическая обработка 7 конвейерных команд, микропроцессор Motorola MC68000.Эти процессоры представлены в 1979 году, и процессор Intel 8080 является еще одним примером микропроцессора. Второе поколение микропроцессоров определяется перекрывающимися выборками, декодированием и выполнением шагов. Когда первое поколение обрабатывается в исполнительном блоке, вторая инструкция декодируется, и выбирается третья инструкция.

Разница между микропроцессорами первого поколения и микропроцессорами второго поколения заключалась в основном в использовании новых полупроводниковых технологий для производства микросхем.Результатом этой технологии стало пятикратное увеличение инструкций, скорости, выполнения и более высокой плотности микросхем.

Микропроцессоры третьего поколения

Микропроцессоры третьего поколения были представлены в 1978 году и обозначены как Intel 8086 и Zilog Z8000. Это были 16-битные процессоры с производительностью мини-компьютеров. Эти типы микропроцессоров отличались от микропроцессоров предыдущих поколений тем, что все основные производители рабочих станций начали разрабатывать свои собственные микропроцессорные архитектуры на базе ISC.

Микропроцессоры четвертого поколения

По мере того, как многие отрасли промышленности перешли с коммерческих микропроцессоров на собственные разработки, микропроцессоры четвертого поколения отличаются выдающимся дизайном с миллионом транзисторов. Передовые микропроцессоры, такие как Motorola 88100 и Intel 80960CA, могут выдавать и удалять более одной инструкции за такт.

Микропроцессоры пятого поколения

Микропроцессоры пятого поколения использовали развязанную суперскалярную обработку, и их конструкция вскоре превысила 10 миллионов транзисторов.В пятом поколении ПК — это крупномасштабный бизнес с низкой маржой, завоеванный одним микропроцессором.

Типы микропроцессоров

Микропроцессоры подразделяются на пять типов, а именно: микропроцессоры с комплексным набором команд CISC, микропроцессор с сокращенным набором команд RISC, специализированные интегральные схемы ASIC, суперскалярные процессоры, микропроцессоры цифровых сигналов DSP.

Типы микропроцессоров

Микропроцессоры с комплексным набором команд

Краткий срок микропроцессоров со сложным набором команд — это CISM, и они классифицируют микропроцессоры, в которых заказы могут выполняться вместе с другими низкоуровневыми действиями.Эти типы процессоров выполняют различные задачи, такие как загрузка, выгрузка, вызов данных на карту памяти и вызов данных с карты памяти. Помимо этих задач, он также выполняет сложные математические вычисления в одной команде.

Микропроцессор с сокращенным набором команд

Краткий срок использования микропроцессора с сокращенным набором команд — RISC. Эти типы процессоров сделаны в соответствии с функцией, в которой микропроцессор может выполнять мелкие задачи в определенных командах.Таким образом, эти процессоры выполняют больше команд с большей скоростью.

Суперскалярные микропроцессоры

Суперскалярный процессор копирует аппаратное обеспечение процессора для одновременного выполнения различных задач. Эти процессоры могут использоваться для ALU или умножителей. У них разные рабочие блоки, и эти процессоры могут выполнять более одной команды, непрерывно передавая несколько инструкций дополнительным рабочим блокам внутри процессора.

Специализированная интегральная схема

Краткое определение прикладного интегрального процессора — это ASIC.Эти процессоры используются для определенных целей, включая контроль выбросов в автомобилях или компьютер персонального цифрового помощника. Этот тип процессора сделан с соответствующими спецификациями, но, помимо них, он также может быть изготовлен с готовыми шестеренками.

Цифровые сигнальные мультипроцессоры

Цифровые сигнальные процессоры также называются DSP, эти процессоры используются для кодирования и декодирования видео или для преобразования цифро-аналогового (цифрового в аналоговый) и аналого-цифрового (аналогового в цифровой).Им нужен микропроцессор, который отлично справляется с математическими вычислениями. Чипы этого процессора используются в RADAR, домашних кинотеатрах, SONAR, аудиосистемах, телевизионных приставках и мобильных телефонах.

Есть много компаний, таких как Intel, Motorola, DEC (Digital Equipment Corporation), TI (Texas Instruments) связаны со многими микропроцессорами, такими как микропроцессоры 8085, ASIC, CISM, RISC, DSP и микропроцессоры 8086, такие как Intel

Преимущества и недостатки микропроцессоров

Преимущества микропроцессоров

• Высокая скорость обработки
• Интеллект был доведен до системы
• Гибкие.
• Компактный размер.
• Простота обслуживания
• Сложная математика

Некоторые из недостатков микропроцессора заключаются в том, что он может перегреваться, а ограничение микропроцессора влияет на размер данных.

Применения микропроцессоров в основном включают контроллеры в бытовой технике, оборудование беспроводной связи, офисные публикации и автоматизацию, бытовые электронные товары, калькуляторы, системы бухгалтерского учета, видеоигры, промышленные контроллеры и системы сбора данных

Применения микропроцессора

Это все о типах и эволюции микропроцессоров.Наличие микропроцессора с низким энергопотреблением, низкой стоимостью, небольшим весом и вычислительными возможностями делает его полезным в различных приложениях. В настоящее время микропроцессорные системы используются в автоматических тестируемых продуктах, системах управления сигналами движения, инструкциях, регулировании скорости двигателей и т. Д. Кроме того, любые сомнения относительно этой статьи или электронных и электрических проектов, пожалуйста, дайте свои комментарии в поле для комментариев. Вот вам вопрос, какой стек используется в микропроцессоре 8085?

Не пропустите: узнайте разницу между микропроцессором и микроконтроллером.

Фото:

.Эссе по технологии микропроцессоров

— 8893 слов

ОТДЕЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ
ИНЖЕНЕРНЫЙ КОЛЛЕДЖ,
THIRUVANANTHAPURAM

ЯЗЫК СБОРКИ ПРОГРАММИРОВАНИЕ
ЛАБОРАТОРИЯ — РУКОВОДСТВО

2005

ИНДЕКС
СОДЕРЖАНИЕ

СТРАНИЦА №

1. Микропроцессор 8085
1.1 Введение
1.2 8085 Внутренняя архитектура
1.3 Схема контактов 8085
1.4 8085 Режимы адресации

1
1
1
6
11

2.Учебный комплект по микропроцессору 8085
2.1 Введение
2.2 Технические характеристики STS -85 VLC
2.2.1 Технические характеристики оборудования
2.2.2 Описание программного обеспечения

12
12
12
13
15

3. Краткое описание набора команд 8085

20

4. Ввод программы и процедура выполнения

24

5. Пример программы

25

6. 8085 Инструкции и мнемонические коды

26

7 .Лабораторные упражнения
7.1 Вычесть два 8-битных числа
7.2 Разделить два 8-битных числа
7.3 Проверка палиндрома
7.4 Сортировка по возрастанию
7.5 Сортировка по убыванию
7.6 Сложить два 16-битных числа
7.7 Преобразование числа BCD в двоичное число
7.8 Преобразование двоичного числа в двоично-десятичный
7.9 Сложить десять 8-битных чисел
7.10 Умножение двух 8-битных чисел
7.11 Наибольшее из десяти 8-битных чисел
7.12 Наименьшее из десяти 8-битных чисел
7.13 Прокрутка набора данных в памяти

28
28
29
30
32
34
36
38
40
41
43
45
47
49

1. МИКРОПРОЦЕССОР 8085
1.1 Введение
Микропроцессор 8085 был произведен Intel в середине 1970-х годов. Он был двоично совместим с микропроцессором 8080, но требовал меньшего количества поддерживающего оборудования, что приводило к более дешевым микропроцессорным системам.Это микропроцессор общего назначения, способный адресовать 64 КБ памяти. Устройство имеет 40 контактов, требует источника питания +5 В и может работать с однофазной частотой 3 МГц. Он также имеет отдельное адресное пространство для 256 портов ввода / вывода. Набор команд обратно совместим со своим предшественником 8080, хотя они не совместимы по выводам.

1.2 Внутренняя архитектура 8085 (Рис. 1)

8085 имеет 16-битную адресную шину, которая позволяет адресовать 64 КБ памяти, шину данных шириной 8 бит и шины управления, по которым передаются важные сигналы для различных операций.Он также имеет встроенный массив регистров, который обычно обозначается A (накопитель), B, C, D, E, H и L. Другими специальными регистрами являются 16-битный счетчик программ (PC), указатель стека (SP ) и 8-битный флаговый регистр F. Микропроцессор имеет три маскируемых прерывания (RST 7.5, RST 6.5 и RST 5.5), одно немаскируемое прерывание (TRAP) и одно прерывание, обслуживаемое извне (INTR). Прерывания RST n.5 относятся к фактическим контактам на процессоре, что позволило простым системам избежать затрат на отдельную микросхему контроллера прерываний.

Блок управления
Генерирует сигналы в микропроцессоре для выполнения инструкции, которая была декодирована. В действительности вызывает открытие или закрытие определенных соединений между блоками процессора, так что данные идут туда, где они требуются, и так, чтобы выполнялись операции ALU.

Арифметико-логический блок
АЛУ выполняет фактические числовые и логические операции, такие как «сложение», «вычитание», «И», «ИЛИ» и т. Д. Использует данные из памяти и из накопителя для выполнения арифметических операций и всегда сохраняет результат работы в аккумуляторе.

Регистры
Микропроцессор 8085 включает в себя шесть регистров, один накопитель и один флаговый регистр, как показано на рисунке 1. Кроме того, он имеет два 16-битных регистра: указатель стека и счетчик программ. 8085 имеет шесть регистров общего назначения для хранения 8-битных данных; они обозначены как B, C, D, E, H и L, как показано на рисунке 1. Их можно объединить в пары регистров — BC, DE и HL — для выполнения некоторых 16-битных операций. Программист может использовать эти регистры для хранения или копирования данных в регистры с помощью инструкций копирования данных.

Аккумулятор
Аккумулятор — это 8-битный регистр, который является частью арифметико-логического устройства (ALU). Этот регистр используется для хранения 8-битных данных и для выполнения арифметических и логических операций. Результат операции сохраняется в аккумуляторе. Аккумулятор также идентифицируется как регистр A.

Регистры флагов
ALU включает пять триггеров, которые устанавливаются или сбрасываются после …

Продолжить чтение

Присоединяйтесь к StudyMode, чтобы прочитать полный документ

.