Самостійна робота № 15

Тема : Мікропроцесорні комплекти

Мікропроцесор (МП) — пристрій, який здійснює приймання, оброблення і видачу інформації. Конструктивно МП містить одну або кілька інтегральних схем і виконує дії за програмою, записаною в пам'яті.

Мікропроцесорна система — обчислювальна, контрольно-вимірювальна або керуюча система, в якій основним пристроєм обробки інформації є МП. Мікропроцесорна система складається з набору великих інтегрованих схем (ВІС).

Мультимікропроцесорна, або мультипроцесорна, система — система, яка утворюється об'єднанням деякої кількості універсальних або спеціалізованих МП, завдяки чому забезпечується паралельна обробка інформації і роздільне керування.

Мікропроцесорний комплект (МПК) — сукупність інтегральних схем, сумісних за електричними, інформаційними та конструктивними параметрами і призначених для побудови електронно-обчислювальної апаратури й мікропроцесорних систем керування. Типовий склад МПК: ВІС МП (один чи кілька корпусів інтегральних схем); ВІС оперативних запам'ятовувальних пристроїв (ОЗП); ВІС постійних запам'ятовувальних пристроїв (ПЗП); інтерфейси, або контролери, зовнішніх пристроїв; службові ВІС (тактовий генератор, регістри, шинні формувачі, контролери та арбітри шин).

Все різноманіття МП зручно розділити на два типи:

- однокристальні МП з фіксованою розрядністю слова та фіксованою системою команд і, як правило, пристроєм управління зі "схемною" логікою;

- багатокристальні (секційні) мікропрограмовані МП із змінною розрядністю слова і з фіксованим набором мікрооперацій.

Однокристальні МП виконуються з використанням різних МОП-технологій мікроелектроніки, що дозволяють розміщувати на одному кристалі велике число елементарних схем, МОП-транзисторів дякуючи їх унікально малим розмірам і невеликій потужності розсіювання. МОП-структури перших поколінь істотно поступалися в швидкодії біполярним структурам.

Біполярні ВІС (наприклад, з малопотужними ТТЛ-схемами з діодами Шотки) володіли в порівнянні з МОП-ВІС набагато більшою швидкодією, але значно меншою густиною упаковки компонентів на кристалі.

З'явився другий тип МП - багатокристальний біполярний МП, заснований на конструктивному принципі ФУНКЦІОНАЛЬНО-РОЗРЯДНОГО СЛОВА, що пропонує реалізацію на кристалі малорозрядної (2-4 розряди) мікропроцесорної секції (пошарові). В цьому випадку для забезпечення обробки слів заданої розрядності мікропроцесор складається з відповідної кількості однакових кристалів (мікропроцесорних секцій, "слів") об'єднаних мікропрограмним блоком управління, реалізованим на окремих кристалах.

Для внутрішнього опису функціонування МП необхідно охарактеризувати:

- формат оброблюваних даних і команд;

- тип і гнучкість команд;

- способи адресації даних;

- кількість внутрішніх регістрів загального призначення;

- організацію і адресацію стека;

- параметри віртуальної пам'яті;

- інформаційний об’єм пам'яті.

МП також розрізняють:

- по числу ВІС в МП;

- по призначенню;

- по виду оброблюваних вхідних сигналів;

- по організації структури МП схем.

По характеру роботи в часі МП поділяють на синхронні і асинхронні.

Синхронні МП - це МП, в яких початок і кінець виконання операцій задається пристроєм управління ПУ.

Асинхронні МП дозволяють початок виконання кожної наступної операції визначити по сигналу фактичного закінчення виконання попередньої операції.

По організації структури МП системи розрізняють:

- одно магістральні мікро-ЕОМ;

- багато магістральні мікро-ЕОМ.

У одно магістральних мікро-ЕОМ всі пристрої мають однаковий інтерфейс і підключені до єдиної інформаційної магістралі, по якій передаються коди даних, адреси і управляючих сигналів.

У багато магістральних мікро-ЕОМ пристрої групами підключаються до своєї інформаційної магістралі.

По кількості виконуваних програм розрізняють: однопрограмні і багатопрограмні МП.

У однопрограмному МП перехід і виконання наступної програми відбувається після завершення поточної програми.

Багатопрограмний МП дозволяє виконувати одночасно декілька програм.

Основою будь-якої мікропроцесорної системи є МП.

Мікросистемам, побудованим па основі мікропроцесорних комплектів (МПК) молодшого покоління, властива більш проста архітектура, що було важливе для інтегральної технології минулого десятиріччя. Проте обчислювальні можливості і швидкодія цих систем, як правило, були низькі. Удосконалення технологічних прийомів дозволило збільшити ступінь інтеграції апаратури і перейти до складної 16-розрядної архітектури з віртуальною пам'яттю, що забезпечує паралельну обробку багатьох задач в реальному масштабі часу.

Мікросистема (МС) складається з побудованого на базі МПК центрального процесора (ЦП), основної пам'яті для зберігання програм і даних, а також підсистеми уведення-виведення для зв'язку МПС із зовнішньою апаратурою. Задача управління МС покладається на ЦП, який пов'язаний з пам'яттю і підсистемою ВВ через канали пам'яті і ВВ відповідно. Центральний процесор прочитує з пам'яті МС команди, які утворюють програму, і декодує їх. Відповідно до результату декодування команд він здійснює вибірку даних з пам'яті МС і портів введення, обробляє їх і пересилає назад в пам'ять або порти виводу підсистеми ВВ. Існує також можливість ВВ даних з пам'яті на зовнішні пристрої і назад, минаючи ЦП. В такому випадку обмін даними виконується через канал прямого доступу до пам'яті (ПДП), управління яким покладається на підсистему ВВ. Іноді виділяються ресурси підтримки режиму реального часу, в найпростішому випадку що розділяються процесором і підсистемою ВВ.

Кожний рівень організації мікро-ЕОМ і будь-яка її складова частина мають достатньо складну внутрішню структуру, деталізація якої приводить до появи різних типів структур і обчислювальних середовищ. Відповідно до принципу програмного управління, що використовується в МС, їх організація в значній мірі визначається методологією побудови великих обчислювальних систем. Проте через особливості виробництва МПК БІС і їх вживання організація МС придбала ряд рис, не властивих великим ЕОМ.