Микропроцессоры и микропроцессорные системы 311 Лариса Юрьевна Вадова

Микропроцессоры и МП системы 2

История развития микропроцессоров 2

Классификация микропроцессоров 3

Архитектура микроконтроллера i8051 (КР1816ВЕ51) 5

Базовая архитектура 5

Организация памяти 6

Система команд 7

Способы адресации 8

Команды пересылки данных 8

Арифметические команды 9

Команды работы с битами 11

Команды условного перехода 12

Команды безусловного перехода 12

Команда проверки условия 12

Команда организации цикла 13

Команды обмена 13

Команды сдвига 13

Стеки 13

Параллельные порты ввода-вывода 13

Логические команды 14

Система прерываний 15

Микропроцессоры и мп системы

Микропроцессор – это программно управляемое устройство построенное на одной или нескольких интегральных схемах (БИС) и предназначенное для цифровой обработки данных

БИС – интегральная схема, объединяющая дискретные электронные элементы (транзисторы, резисторы, диоды) в более сложные электронные компоненты. Изготавливается на кремниевой пластине, которая монтируется в корпусе со множеством выводов для того, чтобы можно было встраивать в систему. Такая ИС называется чипом или кристаллом

Диаграмма использования микропроцессоров

Вычислительная техника 15%

Управление производством 15%

Контрольно-измерительная техника 15%

Связь 11,5%

Авиация и космос 11,5%

Военная техника

Транспорт

Медицина

Бытовая техника

Учебное оборудование

Прочее

История развития микропроцессоров Поколения микропроцессоров:

• Первое поколение

  • 1971г Intel i4004 i8008

    • 4-х разрядный

    • 2 300 транзисторов

    • Шина адреса и шина данных – совмещенные

    • Тактовая частота 108 кГц 60 000 операций в секунду

    • 46 комманд

    • Узкоспециализированный (только калькулятор)

    • Размер 3*4 мм

• Второе поколение

  • 1974г Intel 8080

    • 8 разрядный

    • Перепрограммируемый

    • Тактовая частота 2 МГц

    • 3 200 транзисторов

  • Zilog Z80

  • Motorolla M8000

  • КР580ИК80

• Третье поколение

  • 1978г Intel i8086

    • 16 разрядный

    • Тактовая частота 5 МГц

    • 29 000 транзисторов

  • Intel i80286 i80386 – Первые ПК

    • 16 разрядные процессоры

    • Шина адреса и шина данных раздельно

    • Тактовая частота 12 МГц

    • Количество транзисторов 134 000

• Четвертое поколение

  • 1989 г Intel i80486

    • 16-32 разрядный

    • 1 200 000 транзисторов

    • Встроенный сопроцессор

    • Встроенная кэш-память 8КБ

    • Тактовая частота 25 МГц

• Пятое поколение

  • 1993г Intel Pentium P5

    • 32 разрядный

    • Кэш память 16КБ

    • 3 000 000 транзисторов

    • Кэш 2 уровня

    • 2-х конвейерная архитектура

• Шестое поколение

  • 1995г Pentium PRO

    • В одном корпусе микропроцессора было установлено 2 кристалла: ядро и вторичный кэш

    • Тактовая частота 200 МГц

    • 5 500 000 транзисторов

    • Появилась виртуальная память размером 64ТБ

• Седьмое, восьмое поколение (серверные)

  • 1999г Xeon

  • Pentium 4

    • Кэш память 256КБ

    • Тактовая частота 2 ГГц

Молекулярные микропроцессоры

В отличие от обычных микропроцессоров вместо кремниевых транзисторов используются молекулы. Ученые калифорнийского университета 1965 году заявили о создании молекулярных переключателей – молекулы химического соединения РОТАКСАН, которые могли переходить из одного устойчивого состояния в другое

Параметры молекулярных микропроцессоров:

• Размеры 10-50 нанометров

• Плотность записи 10_­­¹²бит/см²

• Быстродействие 10⁹-10¹²

• Энергопотребление 10^-8-10^-10Вт

Классификация микропроцессоров

Микропроцессоры классифицируют по следующим признакам:

• По назначению:

  • Универсальные микропроцессоры, предназначенные для широкого круга задач (перепрограммируемые)

  • Специализированные микропроцессоры, предназначенные для решения одной конкретной задачи

• По виду обрабатываемых входных сигналов:

  • Аналоговые

  • Цифровые

Сами микропроцессоры всегда цифровые, но обрабатывать они могут и аналоговые сигналы для этого в микропроцессор встраивают преобразователи АЦП на входе и ЦАП на выходе

• По количеству выполняемых программ:

  • Однопрограммные микропроцессоры – последовательное выполнение программ (следующая выполняется по завершению предыдущей)

  • Мультипрограммные микропроцессоры – одновременно выполняется до нескольких десятков программ

• По структурному признаку:

  • С фиксированной разрядностью

  • С наращиваемой разрядностью

• По виду алгоритма работы микропроцессора:

  • Микропроцессоры с жестким алгоритмом управления

  • Микропроцессоры с алгоритмом управления, реализуемым программным путем

• По разрядности обрабатываемой информации:

  • 8-и разрядные

  • 16-и разрядные

  • 32-х разрядные

  • 64-х разрядные

  • 128-и разрядные

• По характеру временной организации работ:

  • Синхронные, в которых начало и конец выполнения каждой операции задается устройством управления

  • Асинхронные, в которых следующая операция выполняется сразу после предыдущей

• По технологии изготовления:

  • Микропроцессоры, изготовленные по униполярной технологии Р-МОП n-МОП К МОП

  • Микропроцессоры, изготовленные биполярной технологии

  • Микропроцессоры, изготовленные поэммиторно связанная логика

• По составу функциональных блоков:

  • Однокристальные микропроцессоры – построены на одной БИС

  • Однокристальные микро-ЭВМ(микроконтроллеры) – микропроцессоры, построенные на одной БИС, но включают в себя систему ввода-вывода, контроллеры прерываний, таймеры, схемы памяти программы данных

  • Многокристальный микропроцессор, состоящий из нескольких БИС, образующих микропроцессорный комплекс

• По составу команд:

  • RISС (Reduced Instruct Set Computers) – процессоры с сокращенной системой команд. В них из за сокращенного набора команд разработчик должен комбинировать команды, чтобы реализовать более сложные операции. Быстро выполняются простые аппаратные команды

  • CISС (Complex Instruct Set Computers) – процессоры со сложной системой команд. Имеют большой набор аппаратно реализованных команд, но выполняются они медленнее из за сложности аппаратной реализации

• По типам архитектур:

  • Микропроцессоры с Принстонской (Фон-Нейманской) архитектурой. Имеет общую память для хранения программ и данных. Выборка следующей команды здесь происходит только после выполнения предыдущей

  • Микропроцессоры с Гарвардской архитектурой. Для хранения программ и данных использовались отдельные блоки. Выборка следующей команды могла происходить одновременно с предыдущей