2.5. Классификация мпс

МПС классифицируются согласно уровням интеграции компонентов, из которых они построены, и возможностям решения различных задач. МиниЭВМ является большой машиной, электрическая схема которой размещается на многих платах. Эти машины обладают высоким быстродействием и производительностью и используются в качестве главных компьютеров в больших системах управления или для решения крупных задач. МикроЭВМ представляет собой небольшую недорогую систему, используемую в системах управления на низком уровне или как персональный компьютер. Процессоры микроЭВМ строятся на основе больших интегральных схем называемых микропроцессорами.

Микропроцессор это одна или несколько цифровых интегральных схем предназначенных для построения процессоров МПС.

Термин «микропроцессор» подчеркивает размеры схем, но не их возможности. Современные микропроцессоры обладают параметрами сравнимыми с параметрами больших компьютеров в недавнем прошлом.

Множество выпускаемых промышленностью универсальных микропроцессоров можно разделить по конструктивному признаку на две разновидности:

• однокристальные микропроцессоры с фиксированной длиной (разрядностью) слова и определенной системой команд (термины поясняются в следующем разделе);

• многокристальные (секционированные) микропроцессоры с наращиваемой разрядностью слова и микропрограммным управлением. Они составляются из двух и более БИС.

Внутренняя логическая организация однокристальных микропроцессоров в значительной степени подобна организации ЭВМ общего назначения. Это дает возможность при разработке микропроцессорной системы на основе однокристального микропроцессора опираться на методы проектирования и использования обычных микропроцессоров.

Структура многокристального микропроцессора, микропрограммное управление позволяют достичь гибкости в его применении, улучшить характеристики и сравнительно простыми средствами организовать распараллеливание отдельных машинных операций, что повышает производительность микроЭВМ, выполняемых на таких микропроцессорах.

Особую ветвь в микропроцессорной технике составляют в настоящее время однокристальные микроЭВМ (в зарубежной литературе они называются микроконтроллерами).

Микроконтроллер это законченная микроЭВМ, реализованная в виде единой микросхемы включающей процессор, память, различные устройства ввода/вывода и интерфейсы внешних устройств.

Так как реализовать составные части микроЭВМ в одной микросхеме в полном объеме затруднительно, большинство микроконтроллеров имеют меньшие возможности чем микропроцессоры общего назначения. Микроконтроллеры первоначально использовались во встроенных управляющих системах, в которых компьютер встраивается непосредственно в такие продукты как двигатели автомобиля, бытовая техника, оборудование связи, промышленные управляющие системы.

Контрольные вопросы.

1. Нарисовать блок-схему микропроцессорной системы и объяснить назначение основных составных частей

2. Что такое "цикл выполнения команды"?

3. Перечислите действия которые выполняются в командном цикле.

4. Какие части системы участвуют в выполнении каждого шага командного цикла?

5. Что такое "архитектура" микропроцессорной системы?

6. Объяснить разницу между Фон Неймановской и Гарвардской архитектурой.

7. По каким признакам классифицируют вычислительные системы?

ЛЕКЦИЯ 3. Архитектура однокристальных микропроцессоров

3.1. Параметры микропроцессоров и общая характеристика их архитектуры

3.2. Функциональная схема и набор интерфейсных сигналов

3.3. Программная модель и система команд

3.4. Формат команды, способы адресации операндов

3.1. Параметры микропроцессоров и характеристика их архитектуры

Функциональные возможности микропроцессоров различны и определяются многими техническими характеристиками. К основным из них, которыми пользуются при сопоставлении и выборе микропроцессоров, можно отнести:

• Технология изготовления: р-канальная МОП (р-МОП), n-канальная МОП (n-МОП), комплементарная МОП (к-МОП), биполярная ТТЛ, ТТЛ с диодами Шотки (ТТЛДШ), инжекционной интегральной логики (И²Л), эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ). Информация о технологии изготовления дает представление о потреблении энергии и среднем быстродействии микропроцессора.

• Разрядность (4; 8; 16; 32; 64) — длина информационного слова, которое может быть одновременно обработано микропроцессором. Она может быть фиксированной или наращиваемой (у многокристальных микропроцессоров).

• Емкость адресуемой памяти. Характеризует возможности микропроцессора по взаимодействию с запоминающим устройством и определяется количеством ячеек памяти, которые может адресовать процессор. Емкость адресуемой памяти однозначно связана с разрядностью шины адреса микропроцессора.

• Быстродействие. В справочниках наиболее часто его характеризуют продолжительностью выполнения одной операции (или числом операций «регистр-регистр» в секунду), а также тактовой частотой синхронизации микропроцессора и продолжительностью цикла простой команды.

• Мощность потребления.

• Питающие напряжения (число уровней, номиналы).

• Конструктивные данные: габаритные размеры корпуса, число выводов.

• Условия эксплуатации (интервал рабочих температур, относительная влажность воздуха, допускаемые вибрационные нагрузки и т.п.).

• Надежность.

• Стоимость.

Кроме технических характеристик на возможность использования того или иного микропроцессора влияет его архитектура. Архитектура характеризует аппаратные средства данного микропроцессора и индивидуальна для каждого. Однако можно выделить общие моменты присущие архитектурам различных микропроцессоров. Составляющие части архитектуры микропроцессора можно разделить на 2 группы. Первая группа будет определять схемотехнику построения процессора и всей системы в целом на основе микропроцессора. В эту группу можно включить функциональную схему микропроцессора, набор управляющих сигналов с которыми оперирует микропроцессор. Во вторую группу отнесем аппаратные части архитектуры, определяющие программное обеспечение микропроцессорной системы. Это программная модель микропроцессора, его система команд, формат команды, способы адресации операндов, типы данных, с которыми может работать микропроцессор.