1. Общие положения

1. Микропроцессор и его архитектура.

Микропроцессор (МП) – программно управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управлением процессом обработки, выполненное в виде БИС, одной или нескольких.

Микропроцессор можно рассматривать как:

1. Средство вычислительной техники (характеризуются архитектурой);

2. Изделие электронной промышленности.

Характеристики архитектуры:

Архитектура– совокупность аппаратно-программных свойств, предоставляемых пользователю:

• Система команд;

• Типы и форматы данных;

• Режимы адресации;

• Количество и распределение регистров;

• Организация взаимодействия с оперативной памятью и внешними устройствами;

• Система прерываний.

2. Типы МП БИС

CISC– с полным набором команд;

RISC – с сокращенным набором команд;

DSP– цифровая обработка сигналов.

Универсальные микропроцессоры

Универсальные микропроцессоры получаются при реализации всех аппаратных частей процессора виде одной БИС¹. Ориентированы на использование в инженерно-технических задачах². Система команд носит универсальный характер, имеет законченную архитектуру, т.е. предназначен для выполнения расчетных задач.

Однокристальные микроконтроллеры (ОМК)

Представитель:

MCS-51 (Intel) или МК-51(семейство 1816-НАШ)

Однокристальные микроконтроллеры (ОМК)– приборы, конструктивно выполненные в виде одной БИС и включают в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации (сотовый телефон, пульт, стиральная машина).

Секционированный МП

Строится на несколько БИС. Пример – Intel 3000.

Организация:

1. Каждая БИС содержит законченный процессор небольшой разрядности

2. Микропрограммное управление – построение процессора произвольной разрядности с произвольной системой команд (записав микропрограмму в систему микропрограмм)

3. БИС, реализующих отдельные функциональные части процессора.

3. Универсальные микропроцессоры и их основные характеристики.

Универсальные микропроцессоры получаются при реализации всех аппаратных частей процессора виде одной БИС³. Ориентированы на использование в инженерно-технических задачах⁴. Система команд носит универсальный характер, имеет законченную архитектуру, т.е. предназначен для выполнения расчетных задач.

Характеристики универсальных микропроцессоров:

1. Разрядность обрабатываемых данных (64 разряда – разрядность АЛУ, MAXслово)

2. Объем адресуемой ОП (разрядность шины адреса 2³²=4Gb=>2⁶⁴)

3. Частота синхронизации (сейчас где-то 4ГГц), в рамках одной архитектуры.

4. Производительность (устанавливается на смеси (специальных тестах)) – зависит от области применения.

5. Количество регистров

6. Система команд

7. Режимы адресации

8. Наличие и совместимость чипсетов

Характеристики микроархитектуры:

1. Количество параллельно выполняемых команд

2. Количество ступеней в конвейере

4. Однокристальные микроконтроллеры: особенности архитектуры, основные характеристики, область применения.

MCS-51 (Intel) или МК-51(семейство 1816-НАШ)

Однокристальные микроконтроллеры (ОМК)– приборы, конструктивно выполненные в виде одной БИС и включают в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации (сотовый телефон, пульт, стиральная машина).

Состав однокристальных микроконтроллеров:

1. Арифметико-логический блок

2. ЗУ команд

3. ОЗУ данных

4. Внутренний генератор тактовых сигналов

5. программируемое устройство связи с внешней средой (контроллер прерываний; таймер; счетчик; параллельные порты; последовательные порты)

Однокристальный микроконтроллер характеризуется:

1. физическим и логическим разделением памяти программ и памяти данных (гарвардская архитектура) [физически разделены и обращение к ним по-разному]

2. упрощенный и ориентированный на задачу управления системой набор команд (нет плавающей арифметики, но много команд битовой обработки [кнопка нажата или нет])

3. простейшие режимы адресации команд и данных

Параметры однокристального микроконтроллера

1. разрядность (сейчас у БИС где-то 8-16 разрядов))

2. объем внутренней памяти команд и данных (4Кбайт/128байт 4Кбайт=2000 команд)

3. возможность и приделы расширения памяти за счет внешнего ЗУ (в МК-51=MAX64Кбайт)

4. тактовая частота

• внешняя (МК-51 =12МГц (тактового цикла))

• внутренняя (МК-51 = 1МГц)

5. Аппаратная поддержка связи с внешними устройствами (характеристики системы прерываний; количество и назначение таймеров-счетчиков (сторожевой таймер))

2. Однокристальные микроконтроллеры

1. Структура микроконтроллера типа МК-51. Основные функциональные блоки и их назначение.

АЛБ – арифметико-логический блок

б.АЛУ– битовое АЛУ (только логика)

АКК– аккумулятор

д.АКК– дополнительный аккумулятор (B)

PSW– регистр слова состояния программы (Пр. 0, перенос, …)

Тактовый генератор– внешняя синхронизация

• (max) [частота синхронизации]

• (max) [внутренняя частота]

• Период – (микросекунда 1/16 = 1^-6= 1мкс)

ПЗУ программимеет объект 4Кбайт, в некоторых моделях может отсутствовать.

ОЗУ– 128байт.

ПЗУ и ОЗУ могут расширяться с подключением внешней памяти, до 64Кбайт каждое.

8-и разрядные параллельные порты: P0÷P3можно настроить на вывод и ввод информации, такая настройка возможна для конкретных линий каждого порта. У каждого порта есть буфер-защелка, который служит маской для ввода вывода информации. При сбросе все порты устанавливаются на ВХОД (ВВОД [буфер-защелка = 1])

Таймеры/Счетчики– предназначены для отчета временных интервалов и подсчета внешних событий.

• В режиме «ТАЙМЕР»– значение «Таймер/Счетчик» увеличивается в каждом машинном цикле, при переполнении выставляется флаг запроса прерываний (MAX= 256мкс = 1/16 сек.)

• В режиме «СЧЕТЧИК»– «Таймер/Счетчик» подсчитывает количество импульсов, поступающих по внешнему входу Ti (T0 или T1)

Один фронт за 2 машинных цикла

Контроллер прерыванийпозволяет маскировать как все прерывания, так и отдельные запросы, а также распределять запросы по уровню прерывания, по двум уровням (высокий и низкий) приоритетов.

Порт P3чаще используется в режиме альтернативных функций.

2. Организация памяти программ и памяти данных.