Тема 16. Аппаратное обеспечение распределенных встроенных систем

16.1. Перспективы развития и области применения распределенных встроенных систем

Мы живем в эпоху бурно развивающейся информатизации общества. Возрастание сложности СБИС позволяет иметь в аппаратуре все большее число компонентов, схемотехнически реализовывать все более многообразные модули, выполняющие более сложные функции. При этом стоимость вычислительных мощностей снижается. Это дает возможность производителю значительно снизить издержки, а разработчику позволяет проектировать сравнительно дешевые устройства на современной цифровой элементной базе. В связи с этим в последнее время бурно развивается направление проектирования встроенных систем.

В своем непрерывном развитии рынок встроенных систем постоянно выдвигает все новые и более жесткие требования к появляющимся изделиям. Потребитель хочет получать быстродействующую, надежную и в то же время малогабаритную и малопотребляющую продукцию. Два этих противоречивых требования усугубляются тем, что устройства очень быстро стареют, время морального износа исчисляется иногда месяцами. Поэтому особое внимание уделяется постоянному сокращению времени выхода на рынок новых изделий. Сроки, отводимые на разработку, проектирование, верификацию и выпуск в серию новых интегральных схем, стремятся сокращать всеми силами, не забывая при этом предъявлять повышенные требования к их качеству и надежности.

В настоящее время практически все большие программные системы являются распределенными. Однако, популярность подхода к созданию распределенных систем на базе персональных компьютеров не всегда применима к встроенным системам, что связано с их особенностями. В таких системах вычислительное ядро встраивается непосредственно в устройство. При этом возникает потребность использования специализированных архитектур встроенных процессоров и определенной для каждого устройства аппаратной базы, что приводит к потере универсальности и снижению открытости системы. Как следствие, разработка распределенных встроенных систем требуют гораздо больше мотиваций для создания, а также больших усилий разработчиков. Несмотря на это, развитие этого класса систем также идет достаточно высокими темпами, и подчинятся тем же основным принципам. Главными факторами здесь являются бурное развитие микропроцессорной техники и сетевых технологий.

Широкое распространение таких архитектур как ARM, MIPS и др. приводит к тому, что все большее количество операционных систем осуществляют их поддержку. Таким образом, встроенные системы получают значительный потенциал для развития распределенных технологий.

Где же могут найти применение распределенные встроенные системы? Возможность их построения еще не означает полезность этого. Основная задача распределенных систем – облегчение доступа пользователей к удаленным ресурсам и регулирование их совместного использования, скрывая тот факт, что ресурсы разбросаны по сети. Существует множество причин для совместного использования ресурсов. Кроме очевидной экономичности, это облегчает кооперацию и обмен различной информацией.

16.2. Функциональная классификация микропроцессоров

Основной идеей построения распределенных систем является совместное использование некоторого количества процессоров.

Микропроцессором называется программно-управляемое устройство для обработки цифровой информации и управления процессом обработки, реализованное в виде интегральной микросхемы с большой или сверхбольшой степенью интеграции.

Основными направлениями развития микропроцессоров является увеличение их производительности и расширение функциональных возможностей, что достигается как повышением уровня микроэлектронной технологии, используемой для производства микропроцессоров, так и применением новых архитектурных и структурных вариантов их реализации.

Рисунок 5 – Функциональная классификация микропроцессоров

Несмотря на универсальность микропроцессоров с точки зрения обработки информации отдельные области применения требуют использования отдельных специфических вариантов структур и архитектур. Деление микропроцессоров по функциональному назначению показано на рис. Микропроцессоры можно разделить на два класса: микропроцессоры общего назначения (General Purpose Processors GPP) и специализированные микропроцессоры.