ВСТУП
Тема реферату В«Однокристальний мікропроцесорні пристрої. Архітектура та види мікроЕОМ і мікроконтролерів В»з дисципліниВ« Однокристальний мікроЕОМ та мікроконтролери В».
Створення мікропроцесора (МП) як універсального компоненту, який став зв'язуючою ланкою БІС і НВІС різного призначення, дозволило забезпечити функціональну повноту виробів електронної промисловості великої ступеня інтеграції. МП надав властивість універсальності всієї сукупності сучасного покоління виробів електронної техніки надвеликої ступеня інтеграції, що забезпечує низьку вартість систем управління. Він став провідником електроніки в усі сфери народного господарства, науки та побуту.
Основною причиною якісно нового етапу в розвитку автономних засобів обчислювальної техніки (СВТ) послужили успіхи електронної промисловості в збільшенні роздільної здатності формування елементів на напівпровідниковому кристалі. Роздільна здатність в кілька сотень нанометрів і менше дозволила розташувати функціональні вузли ЕОМ на кристалі ВІС або НВІС, що призвело до створення однокристальних мікроЕОМ (ОМЕВМ) і однокристальних мікроконтролерів (ОМК).
Наслідком універсальності МП-систем є їх висока гнучкість - можливість швидкої перенастроювання при необхідності навіть значних змін алгоритмів управління. Перенастроювання здійснюється програмним шляхом без істотних виробничих витрат.
МП дозволяють легко реалізувати принципи відкритих систем, функціональні можливості яких можуть нарощуватися у міру необхідності або при появі нових технічних засобів. Області застосування ОМЕВМ і ОМК класифікують за складом функцій, виконуваних ними при управлінні технологічними процесами, устаткуванням, пристроями та їх параметрами і даними.
Завдання автоматизації процесів різного роду сполучені з проблемою автоматичного введення інформації в ЕОМ, для вирішення якої розроблена аналогова та аналого-цифрова база.
Фактично, це процесори аналогового сигналу, комплексно виконують автоматичні операції збору, вимірювань, попередньої обробки, підготовки і введення в ЕОМ кодованої вимірювальної інформації. Такі процесори можуть бути об'єднані з інтегральними первинними вимірювальними перетворювачами (Датчиками).
Доцільність застосування МП-пристрою визначається ефективністю при його включенні в проект. Універсальних рекомендацій тут немає, і рішення приймає сам розробник. Але в цілому використання МП-пристрою виправдано в наступних випадках [1]:
а) число корпусів інтегральних схем (ІС) малої і середньої ступені інтеграції, необхідну для рішення задачі, перевищує 30-50 шт.;
б) проектоване пристрій повинен бути багатофункціональним;
в) проектований модуль повинен взаємодіяти з великою кількістю вхідних і вихідних пристроїв;
д) потрібно запам'ятати великий обсяг даних або велике число логічних станів;
е) при виконанні алгоритмів, пов'язаних з обчисленнями;
ж) при необхідності виконання додаткових забезпечують функцій (самокалібрування, самодіагностика і т.п.);
і) необхідно виконувати статистичну обробку даних в процесі роботи;
к) проміжні результати роботи пристрою повинні визначатися по ходу роботи і вказаний;
л) необхідність виконувати різні функціональні перетворення;
м) великий об'єм оброблюваних даних і потрібна велика продуктивність при їх обробці.
У сучасній техніці використовуються як ОМЕВМ, так і ОМК.
ОМЕВМ - види обчислювальних пристроїв, що представляють собою комплекс технічних засобів та програмного забезпечення (ПО), здатний реалізувати алгоритм, оформлений в вигляді програми, що зберігається в пам'яті, і орієнтований на реалізацію процесів переробки інформації у взаємодії з людиною-користувачем [2]. Як універсальна БІС вони почали виготовлятися в 70-ті роки минулого сторіччя, і на кристалі розташовувалися процесор, пам'ять (ОЗУ і ПЗУ), схеми сполучення з пристроями вводу-виводу (контролери) і тактовий генератор.
ОМЕВМ дозволили замінити схеми жорсткої логіки на програмовані схеми. Ці вироби мають низьку вартість за наявності на кристалі функціонально повного набору пристроїв. ОМЕВМ об'єднує на одному напівпровідниковому кристалі як сам МП, так і ряд додаткових пристроїв, що забезпечують його функціонування в системі управління: оперативну і програмну пам'ять, генератор синхроімпульсів, різноманітні пристрої введення і виведення інформації та ін Такі БІС відносять до області В«система на кристаліВ» (System-on-a-Chip, SoC).
Системи на кристалі споживають менше енергії, коштують дешевше і працюють надійніше, ніж набори мікросхем з тією ж функціональністю. Менша кількість корпусів спрощує монтаж. Тим не менш, створення однієї дуже великої і складної системи на кристалі може виявитися більш дорогим процесом, ніж серії з маленьких, через складності розробки та налагодження а також зниження відсотка придатних виробів.
ОМК - пристрій переробки інформації, орієнтоване на роботу з деякої штучної системою [2]. Велике число портів - особливість контролерів: так, БІС 580ВМ80А має 256 портів вводу-виводу. У пам'яті контролера може зберігатися велика кількість програм, але їх кількість завжди обмежена і самі програми відомі заздалегідь. Вони вводяться в контроллер в процесі проектування або БІС, або влаштування на його основі. Що зберігається в пам'яті комплект програм оновлюється у виняткових випадках: використовуються ПЗУ для постійних програм і ППЗУ для мінливого ПО [3].
Також у контролерів немає операційної системи, немає внутрішнього системного ПО (або воно представлене дуже слабо). Всі режими роботи контролера відомі заздалегідь і тому потреба в системному ПО відсутня. ОМК зазвичай працюють в реальному масштабі часу, що досягається застосуванням БІС швидкодіючих серій і відсутністю системного ПЗ (наприклад, БІС серії 1804 мають тривалість циклу 150 нс).
ОМЕВМ і ОМК мають велике число подібних рис, але мікроконтролер - це пристрій переробки інформації (здатне реалізувати алгоритм), орієнтоване на спільну роботу з деякою штучною системою (Машиною, приладом, і т.п.). У повсякденній практиці термін В«мікроконтролерВ» витіснив термін В«однокристальна мікроЕОМВ».
однокристальних Мікропроцесорних пристроїв. АРХІТЕКТУРА І ВИДИ мікроЕОМ І МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ
Архітектура процесорів
Під архітектурою мікропроцесорною системою розуміють структуру, побудова та принципи організації апаратних і програмних засобів, що розглядаються не зсередини - з точки зору розробника БІС, а зовні - з погляду користувача. Відмінності в архітектурі можуть істотно позначитися на продуктивність і БІС при виконанні різних завдань.
В першу чергу архітектура оцінюється по системі команд, на яку вона орієнтована. Процесори RISC (Reduced Instruction Set Computer) - це пристрої з скороченою системою команд. Тут набір виконуваних команд скорочений до мінімуму. Розробник повинен комбінувати команди, щоб реалізувати складніші операції.
Процесори CISC (Complex Instruction Set Computers) - Це пристрої з повною (складної) системою команд. Виконують великий набір команд з розвиненими можливостями адресації (безпосередня, індексний, і т.д.). Це дає можливість вибрати найбільш відповідну команду для виконання необхідної операції.
Можливість рівноправного використання всіх регістрів процесора називається симетричністю процесора (В«ортогональнихВ»). Це забезпечує додаткову гнучкість при виконанні ряду операцій (наприклад, умовних переходів). У СISC-процесорах умовний перехід зазвичай реалізується у відповідності з певним значенням біта (прапора) в регістрі стану. У RISC-процесорі умовний перехід може відбуватися при певному значенні біта, який знаходиться в будь-якому місці пам'яті, що значно спрощує операції з прапорами.
