Основы микропроцессорных систем (63544)

Посмотреть архив целиком

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ


КАФЕДРА РЭС







РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ:


«Основы микропроцессорных систем»













МИНСК, 2009


Развитие микроэлектроники в начале 1970-х г.г. привело к появлению микропроцессоров (МП) – новой разновидности больших интегральных схем (БИС), представляющих собой универсальные по назначению, функционально законченные устройства, по своим функциям и структуре напоминающие упрощённый вариант процессоров обычных ЭВМ, но имеющие несравнимо меньшие размеры. Микропроцессоры относятся к классу микросхем, особенностью которых является возможность программного управления работой БИС с помощью определённого набора команд.

Микропроцессор – это функционально законченное универсальное программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управление им, выполненное на одной или нескольких БИС.

Микропроцессорная БИС (МП БИС) – интегральная микросхема, выполняющая функцию МП или его части. По существу, это БИС с процессорной организацией, разработанной для построения микропроцессорных систем.

Микропроцессорный комплект (МПК) – это совокупность МП и других БИС и СБИС, совместимых по конструкторско-технологическому исполнению и предназначенных для совместного применения при построении МП, микроЭВМ и других вычислительных средств. (чипсет).

Логическая организация (архитектура) микропроцессоров ориентирована на достижение универсальности применения, высокой производительности и технологичности. Универсальность МП определяется возможностью их разнообразного использования и обеспечивается программным управлением микропроцессором, позволяющим производить программную настройку МП на реализацию определённых функций, магистрально-модульным принципом построения, а также специальными аппаратно-логическими средствами: сверхоперативной регистровой памятью, многоуровневой системой прерываний, прямым доступом к памяти, программно-настраиваемыми схемами управления вводом-выводом и т.п.

Относительно высокая производительность МП достигается использованием для их построения быстродействующих БИС и СБИС и специальных архитектурных решений, таких, как стековая память, разнообразные способы адресации, гибкая система команд и др.

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

Микропроцессоры при больших вычислительных и логических возможностях, высокой универсальности и гибкости характеризуется низкой стоимостью, уникально малыми размерами, высокой надёжностью. Благодаря указанным особенностям МП служат системными элементами, на основе которых создаются различные универсальные и специализированные микропроцессорные системы, микроЭВМ, программируемые микроконтроллеры, непосредственно встраиваемые в приборы, машины, технологические установки, и позволяющие достигнуть значительного повышения уровня автоматизации технологических процессов, экономии энергии, сырья, материалов, повышения производительности и качества труда.

Достоинством МП по сравнению с большими процессорами является то, что мощности последних разделяются между многими пользователями (задачами), в то время как МП предназначен для использования одним пользователем (задачей). В результате значительно упрощается программное обеспечение. В больших ЭВМ программные средства поддержки их функционирования (прежде всего операционная система) требуют больших накладных расходов в добавление к значительным затратам на аппаратные средства. Такого рода затраты значительно меньше или практически отсутствуют в микропроцессорных системах. Достоинства МП ещё больше возрастают по мере увеличения их разрядности и быстродействия. Существующие МП во многих отношениях превосходят процессоры обычных и мини-ЭВМ, которые выпускались 10 лет назад. Поэтому префикс “микро” следует интерпретировать с точки зрения размеров и стоимости МП и МП-систем, а не их возможностей.

МП характеризуется большим числом параметров, так как он, с одной стороны, функционально является сложным программно-управляемым цифровым процессором, т.е. устройством ЭВМ, а с другой – интегральной схемой или схемами с высокой степенью интеграции элементов, т.е. электронным прибором.

В общем случае МП могут быть классифицированы по различным характеристикам основными из которых являются:

1) тип микроэлектронной технологии, используемой при изготовлении МП БИС.

По технологической реализации различают:

р-МПД–технологии (первые виды МП), n-МДП–технологии, КМДП–технологии, TTL–технологии, ЭСЛ–технологии, И2Л–технологии. За исключением р-МПД–технологии и ограниченного применения TTL–технологии, все остальные эффективно применяются в настоящее время при изготовлении БИС и СБИС.

2) число кристаллов, образующих МП (однокристальные и многокристальные).

Однокристальные МП имеют фиксированную разрядность без возможности её наращивания, а также фиксированную систему команд, так как соответствующие командам микропрограммы “зашиты” внутри кристалла. Многокристальные МП имеют возможность наращивания разрядности за счёт последовательного соединения однотипных микропроцессорных элементов (секций), реализованных в виде отдельных БИС.

Отличительной особенностью многокристальных МП по сравнению с однокристальными является также то, что в них отсутствует фиксированная система команд. Пользователь имеет возможность создавать собственную систему команд.

Однако проектирование вычислительных устройств на основе многокристальных МП отличается большей сложностью.

3) тип корпуса (их порядка двух десятков);

4) разрядность. Разрядность МП показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт).

Разрядность МП во многом определяет уровень сложности задач, которые могут решаться с помощью конкретного комплекта МП.

Малоразрядные МП применяются в устройствах с двоично-десятичной системой счисления и невысоким быстродействием обработки данных (калькуляторах, кассовых аппаратах, измерителях параметров и т.д.).

Восьми- и шестнадцати разрядные МП обладают существенными вычислительными возможностями и находят применение при обработке алфавитно-цифровой информации, в системах связи, станках с ЧПУ и др.

Микропроцессоры высокой разрядности (32 и выше) позволяют создавать более компактные программы с минимумом команд, что резко снижает стоимость отладки программ, которая может достигать 50…70% стоимости всех технических средств микропроцессорного комплекса.

5) быстродействие (тактовая частота, время выполнения команд). Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. Чем выше частота тактов, тем больше команд может исполнить МП в единицу времени, тем выше его производительность.

Производительность МП определяется временем решения ряда тестовых задач и зависит от быстродействия выполнения простых операций, разрядности, числа регистров общего назначения, структуры схем ввода-вывода и других факторов.

6) ёмкость адресуемой памяти. (объём).

Она характеризует информационные возможности МП-комплекса (к настоящему времени достигает десятков Гбайт) и с учётом широкой номенклатуры периферийных устройств, подключаемых к МП в составе комплекса (блоки ОЗУ большой ёмкости, накопители на гибких магнитных дисках, CD, принтеры, сканеры и т.д.), организация адресации памяти является одной из важнейших проблем проектирования МП-комплекса.

7) тип управляющего устройства;

8) система команд (число команд, способы адресации).

В процессе работы МП обслуживает данные, находящиеся в его регистрах (внутренних ячейках), в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора. Часть данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть данных – как адресные данные, а часть – как команды. Совокупность всех возможных команд, которые может выполнить МП над данными, образует так называемую систему команд МП. МП, относящиеся к одному семейству, имеют одинаковые или близкие системы команд. МП, относящиеся к разным семействам, различаются по системам команд и невзаимозаменяемые.

Различают МП с расширенной и сокращенной системой команд. Чем шире набор системных команд МП, тем длиннее формальная запись команды (в байтах), тем выше средняя продолжительность исполнения одной команды, измеренная в тактах работы МП. Так, например, система команд процессоров Intel Pentium в настоящее время насчитывает более тысячи различных команд. Такие процессоры называют процессорами с раширенной системой командCISC-процессорами (CISCComplex Instruction Set Computer).

В противоположность CISC-процессорам в середине 80-х годов появились процессоры архитектуры RISC (Reduced Instruction Set Computer) – процессоры с сокращенной системой команд.

При такой архитектуре количество команд в системе намного меньше, и каждая из них выполняется намного быстрее.

CISC-процессоры используют в универсальных вычислительных системах.

RISC-процессоры используют в специализированных вычислительных системах или устройствах, ориентированных на выполнение единообразных операций.

Компания AMD выпускает МП семейства AMDK6, в основе которых лежит внутренне ядро, выполненное по RISC-архитектуре, и внешняя структура выполненная по архитектуре CISC. Таким образом, появились МП совместимые с МП х86, но имеющие гибридную архитектуру.


Случайные файлы

Файл
162962.rtf
38618.rtf
34405.rtf
166479.rtf
95190.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.