МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

УКРАЇНСЬКА ІНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГІЧНА АКАДЕМІЯ

МІКРОПРОЦЕСОРИ

В ПРИСТРОЯХ

РАДІОТЕХНІКИ

Конспект лекцій

для студентів спеціальності 8.010104.05

Затверджено

Методичною радою

Української інженерно-

педагогічної академії

Протокол №

від 2006 р.

Харків 2006

Мікропроцесори в пристроях радіотехніки: Конспект лекцій для студентів спеціальності 6.010104.05/ Упоряд. С.В. Хуторненко.- Харків: УІПА, 2006.- 31 с.

У даній розробці приведено короткий конспект лекцій по основним розділам програми.

Відповідальний за випуск докт.техн.наук, проф. Боличевцев О.Д.

Рецензент докт.техн.наук, проф. Качанов П.О.

Методичні вказівки затверджені на засіданні кафедри автоматики і радіоелектроніки, протокол № від 2006 р.

ВСТУП

Метою вивчення дисципліни "Мікропроцесори в пристроях радіотехніки" є формування в студентів знання загальної методології, а також конкретних методів проектування основних різновидів сучасних мікропроцесорних засобів.

Необхідно враховувати, що сучасне технічне устаткування припускає обов'язкове використання ЕОМ у професійній діяльності інженера, або конструктора технолога. Унікальність застосування МПС полягає насамперед у тім, що, не змінюючи як такий фізичний пристрій ЕОМ, її апаратуру, можна змусити комп'ютер виконувати самі різні функції, перетворюючи його або в систему автоматичного проектування складних пристроїв, або в навчальний пристрій, або в ігровий автомат.

Важливо пам'ятати, що головний зміст комп'ютерної революції полягає в якісно новому характері підвищення рівня автоматизації в більшості сфер виробничої діяльності, що дозволяє підвищити продуктивність праці, знизити собівартість продукції, що випускається, і значно скоротити ручні операції.

При створенні автоматизованих систем різного призначення в якості їхньої основи широко використовуються два класи засобів цифрової техніки:

а) пристрої з твердою структурою, виконані на базі цифрових логічних схем;

б) електронні обчислювальні машини (ЕОМ).

Пристрої з твердою структурою звичайно містять велике число інтегральних схем (ІС) малого і середнього ступеня інтеграції. Ці схеми встановлюються на платах, а їхні виводи з'єднуються відповідно до реалізованих функцій. Будь-яка зміна функцій вимагає зміни схеми (тобто перепайки з'єднань, заміни ІС), конструкції, перевірочних тестів. Тому головні недоліки пристроїв із твердою структурою - великий час проектування і виготовлення і труднощі внесення змін.

Системи на основі ЕОМ можуть легко перебудовуватися з реалізації однієї функції на іншу, для цього досить скласти і занести в пам'ять нову програму. При використанні серійних ЕОМ це значно скорочує терміни проектування, виготовлення і настроювання системи. Однак висока вартість ЕОМ часто робить економічно недоцільною розробку цифрових систем на основі цього підходу.

Успіхи напівпровідникової технології привели до появи великих інтегральних схем (ВІС) із щільністю розміщення компонентів до десятків тисяч транзисторів на кристалі. Використання ВІС дозволяє значно підвищити ефективність цифрових систем - збільшити їхню продуктивність і надійність, зменшити габарити, масу, споживану потужність. Таким чином з'являється можливість пристрої з твердою апаратною логікою виконувати на основі замовлених спеціалізованих ВІС. Але вартість замовлених ВІС, обумовлена обсягом їхнього випуску, є занадто високою для виготовлювачів ВІС. Тому, як правило, замовлені ВІС економічно невигідні ні для виготовлювачів ІС ні для виготовлювачів цифрових систем. Застосування замовлених ВІС може бути виправдане лише при дуже відповідальному призначенні цифрової системи або при високій її серійності, наприклад калькуляторів, електронних годинників.

Зазначені обставини привели до появи нового підходу до проектування цифрових систем - на основі програмованої логіки. Цей підхід передбачає використання при побудові систем стандартної універсальної ВІС (однієї чи декількох), що працюють під програмним керуванням, що одержала назву мікропроцесора (МП). Таким чином, якщо розроблювач систем на основі пристроїв із твердою структурою для реалізації необхідних функцій може користатися тільки апаратними засобами, то при побудові систем на основі програмованої логіки він одержує у своє розпорядження як апаратні, так і програмні засоби.

При вивченні дисципліни будемо використовувати наступні основні терміни і визначення (ДСТУ 2453) [1]:

ПРОЦЕСОР - функційна частина комп’ютера чи системи оброблення інформації, що інтерпретує і виконує команди.

МІКРОПРОЦЕСОР - процесор, складові частини якого мініміатюризовані та розміщені на одній чи декількох інтегральних мікросхемах.

АРИФМЕТИЧНИЙ (ЛОГІЧНИЙ) (АРИФМЕТИКО-ЛОГІЧНИЙ) ПРИСТРІЙ: АЛП – функційна частина процесора, що виконує арифметичні (логічні), (арифметико-логічні) операції.

ПРИСТРІЙ КЕРУВАННЯ – пристрій, призначений для виконання функцій керування системою оброблення інформації в цілому чи її окремих частин.

ПАМ’ЯТЬ – пристрій чи середовище, які можуть зберігати інформацію для подальшої її використання.

ПРИСТРІЙ ВВЕДЕННЯ (ВИВЕДЕННЯ) (ВВЕДЕННЯ - ВИВЕДЕННЯ) – функцій на частина обчислювальної системи, призначена для введення (виведення) (введення - виведення) даних.

ТАКТОВИЙ ГЕНЕРАТОР – пристрій, що формує періодичні, прецизійно поділені за частотою сигнали, використувані для синхронізації дій процесора чи для утворення переривань.

ГЕНЕРАТОР СИНХРОНІЗУВАЛЬНИХ СИГНАЛІВ – тактовий генератор, головною функцією якого є керування рештою тактових генераторів.

ЗАПАМ’ЯТОВУВАЛЬНИЙ ПРИСТРІЙ - функційна частина комп’ютера або система обробки інформації, призначена для зберігання та видання інформації.

ВНУТРІШНІЙ ЗАПАМ’ЯТОВУВАЛЬНИЙ ПРИСТРІЙ - запам’ятувальний пристрій, до якого процесор має доступ без використання каналів введення-виведення.

ЗОВНІШНІЙ ЗАПАМ’ЯТОВУВАЛЬНИЙ ПРИСТРІЙ - запам’ятувальний пристрій, до якого процесор має доступ через канали введення-виведення.

ОПЕРАТИВНИЙ ЗАПАМ’ЯТОВУВАЛЬНИЙ ПРИСТРІЙ – частина внутрішнього запам’ятувального пристрою, в яку команди та інші дані повинні бути поміщені для наступного виконання чи оброблення.

РЕГІСТР – сукупність тригерів, які використовуються для зберігання інформації в обчислювальній системі та забезпечують швидкий доступ до неї.

РЕГІСТР КОМАНДИ – регістр, призначений для зберігання команди, яка підлягає інтерпретації.

РЕГІСТР АДРЕСИ КОМАНДИ – регістр, що використовується для зберігання адреси команди, яка виконується наступною.

АКУМУЛЯТОР – регістр, в якому протягом виконання операції може розміщуватися один операнд, на місце якого потім запишеться результат операції.

СУМАТОР – функційний пристрій, у якому вихідні дані є сумою вхідних даних.

ПЕРЕРИВАННЯ – тимчасове припинення виконання процесу (такого, як виконання комп’ютерної програми), спричинене зовнішніми відносно цього процесу факторами.

МАШИННИЙ ТАКТ - період проходження синхросигналів.

Крім того у літературі зустрічаємо наступні (не стандартізовані ДСТУ) визначення:

ПРЯМИЙ ДОСТУП ДО ПАМЯ’ТІ – спосіб пересилання даних безпосередньо між оперативним запам’ятовувальним пристроєм і периферийним обладнанням, який не потребує оброблення даних пристоєм оброблення даних.

ПЕРЕРИВАННЯ – тимчасове припинення виконання процесу (такого як виконання комп’ютерної програми), спричинене зовнішніми відносно цього процесу факторами.

Мікропроцесорна ВІС - інтегральна мікросхема, що виконує функцію МП чи його частини (ВІС із процесорною організацією, розроблена для побудови мікропроцесорних систем).

Мікропроцесорний комплект (МПК) - сукупність мікропроцесорних і інших інтегральних мікросхем, сумісних по конструктивно-технологічному виконанню і призначених для спільного застосування при побудові МП, мікро-ЕОМ і інших засобів обчислювальної техніки.

Контролер - це мікро-ЕОМ із невеликими обчислювальними ресурсами, збідненою периферією і спрощеною системою команд орієнтована не на проведення обчислень, а на виконання процедур логічного керування різним устаткуванням. Контролери часто застосовують у якості вбудованих в різні верстати, машини, технологічні процеси.

Мікроконтролер - це мікропроцесорний пристрій орієнтований не на проведення обчислень, а на реалізацію заданої функції керування.

Мікро-ЕОМ - це обчислювальна чи керуюча система виконана на основі одного чи декількох МП оснащена ВІС постійної і оперативної пам'яті, ВІС керування введенням і виведенням інформації, а також необхідним периферійним устаткуванням (дисплей, друкувальний пристрій, нагромаджувачі на магнітних дисках і т.п.).

Міні-ЕОМ (мала ЕОМ) - малогабаритні ЕОМ загального застосування малої чи середньої продуктивності використовувані головним чином для вирішення нескладних інженерно-технічних задач. Спеціалізовані міні-ЕОМ використовуються в системах автоматичного керування.

Мікропроцесорна система (МП-система) - спеціалізована інформаційна чи керуюча система, побудована на основі мікропроцесорних засобів, тобто набору мікропроцесорних схем.