Микропроцессоры

Дисциплина «Микропроцессоры и микропроцессорные системы»

Литература

1. Кузин А.В., Жаворонков М.А. Микропроцессорная техника: учебник –

М.: ИЦ «Академия», 2011.

2. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004.

3. Бабич Н.П., Жуков И.А. Компьютерная схемотехника. Методы построения и

проектирования. Учебное пособие. – К.: «МК-Пресс», 2004.

4. Корнеев В.В., Киселёв А.В. Современные микропроцессоры. – СПб.:

БХВ-Петербург, 2003.

5. Горелик В.Ю., Ермаков А.Е., Ермакова О.П. Схемотехника ЭВМ:

Учеб. Пособие – М.: ГОУ «УМЦ по образованию на ЖД транспорте», 2007.

6. Келим Ю.М. Вычислительная техника: Учебное пособие для студ. Сред. проф.

образования – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 384 с.

7. Иванов Ю.И., Югай В.Л. Микропроцессорные устройства систем

управления: Учебное пособие. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. - 133 с.

8. Фрунзе А.В. Микроконтроллеры фирмы «Филипс» семейства х51. Т.1 – М.: ООО

«ИД СКИМЕН», 2004.

9. Тавернье К. PIC-микроконтроллеры. Практика применения: Пер. с фр. М.: ДМК

Пресс, 2003 (Серия «Справочник»).

10. Белов А.В. Разработка устройств на микроконтроллерах AVR: Шагаем от

«чайника» до профи. Книга + видеокурс. – СПб.: Наука и техника, 2013.

11. В.И. Юров Assembler. Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2011.

12. Левенталь Л., Сейвилл У. Программирование на языке ассемблера для

микропроцессоров 8080 и 8085/ Пер. с англ.А.А. Батнера М.: Радио и связь, 1987.

13. Тарасов И.Е. Разработка цифровых устройств на основе ПЛИС Xilinx с

применениием языка VHDL. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005.

14. Айфичер, Эммануил С., Джервис, Барри У. Цифровая обработка сигналов:

практический подход. : Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2004.

15. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д. Цифровая обработка сигналов: процессоры,

алгоритмы, средства проектирования. – СПб.: Политехника. 1999.

16. Партыка Т.Л., Попов И.И. Вычислительная техника: учебное пособие –

М.: ФОРУМ, 2010

17. Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Технические средства

информатизации: учебник. - М.: ФОРУМ, 2010

18. Партыка Т.Л., Попов И.И Периферийные устройства вычислительной техники:

учебное пособие – М.: ФОРУМ, 2009.

Раздел 1. Архитектура микропроцессоров 22 ч., 6 ч., пз.

Тема 1.1 История развития и классификация микропроцессоров.

История развития МП. Принципы построения первых процессорных ЭВМ. Внут-ренняя организация МП. Принципы фон Неймана: принцип последовательного выпол-нения команд; принцип разделения памяти; принцип адресности. Классическая архи-тектура ЭВМ. Классификация МП по технологии изготовления, областям применения, используемой архитектуре. (Архитектура: определение, виды Бабич, с. 330- 331).

1.1.1 Основные определения

Процессор – центральное устройство компьютера. Он предназначен для управления работой ЭВМ по заданной программе и обработки информации. Его возможности по решению названных задач определяются системой (набором) команд.

Микропроцессором (МП) называют построенное на БИС или CБИС программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки информации и управле-ния им. При этом структура цифрового устройства ЦУ, в состав которого входит МП, остается неизменной, что и определяет ее универсальность.

В микропроцессорной системе (МПС) организуется процесс выполнения заданной программы, и самые разные задачи решаются путем выполнения последовательности команд, входящих в систему команд МП. К числу МПС относятся вычислительные, контрольно-измерительные или управляющие системы, обрабатывающим элементом которых служит МП..

МПС можно разделить на микроЭВМ и микроконтроллеры (МК). МК – это специ-ализированные устройства с программой, зашитой в ПЗУ, решающие задачу управле-ения в реальном масштабе времени. МикроЭВМ – более универсальные устройства с развитыми средствами диалогового общения с человеком (клавиатура, дисплей

и т.п.), легко перестраиваемые на решение новых задач. Примером микроЭВМ явля-ется персональный компьютер, а МК – МПС современного автомобиля.

Структура МП – совокупность функциональных элементов и связей между ними.

Архитектура МП - его представление с точки зрения программиста, то есть набор команд, системы адресации, организации памяти. Набор команд задаёт набор компо-нентов процесссора и структуру соединений между ними, а функционирование про-цессора определяется тем, как компоненты взаимодействуют друг с другом.

1.1.2 История развития микропроцессоров

Первые процессоры выполнялись на дискретных транзисторах и ИМС малой и средней степени интеграции. Процессор состоял из печатных плат, устанавливаемых в блоки, ко-торые устанавливались в стойки. Соединялись платы и блоки между собой разъёмами и кабелями. Процессор имел значительный объём, значительное энергопотребление, требо-вал больших трудозатрат при разработке и производстве. Но зато такая технология поз-воляла изготовить процессор, оптимизированный под конкретную задачу и обеспечива-ющий наивысшее значение показателя производительность/стоимость. Первый МП создан на фирме Intel в 1971 году. Первый чип Intel 4004 работал на частоте 750 кГц,

1

содержал 2300 транзисторов, стоил около 200 долларов и выполнял 60 тысяч операций в секунду. В 2000 году микропроцессор Alpha 21264 фирмы DEC работал на частоте 700 МГц, содержал 15,2 миллиона транзисторов, стоил около 300 долларов и выполнял до 2 миллиардов операций в секунду. В 2003 году тактовая частота достигла 2 ГГц, число транзисторов – 50 миллионов, производительность – 7 миллиардов операций в секунду.

Первоначально однокристальные МП были однопроцессорными. Они позволяли об-рабатывать информацию в векторно-конвейерные и ассоциативные процесссорах по принципу Single Instruction – Multiple Data, SIMD (одна команда – множество данных).

Следующим шагом в развитии МП стала разработка однокристальных многопроцес-сорных систем, которые выполнены на нескольких более простых МП. На кристалле могут быть построены многопроцессорные системы с по принципу MIMD (Multple Instruction – Multiple Data), обрабатывающие одновременно много потоков данных мно-гими потоками команд. Такие системы могут функционировать при отказе части обо-рудования, в них суммарный объём схем управления часто значительно меньше, чем в однопроцессорной системе, меньше простои оборудования (в каждом такте из 10⁸ тран-зисторов МП и 10⁹ транзисторов памяти используется не более 10⁴-10⁵ транзисторов).