СТИСЛІ ВІДПОВІДІ НА ПИТАННЯ ДЛЯ ДЕРЖАВНОЇ АТЕСТАЦІЇ

З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

«МІКРОПРОЦЕСОРНІ УПРАВЛЯЮЧІ СИСТЕМИ»

1. Загальна структура мікропроцесорної управляючої системи.

Как и всякая система автоматического управления (регулирования) микропроцессорная управляющая система состоит из:

• объекта управления;

• датчиков состояния объекта и окружающей среды;

• решающего устройства;

• исполнительных механизмов (оборудования).

Рассмотрим подробнее состав решающего устройства, выполненного на базе микропроцессоров (микроконтроллеров):

• цифровые входы с защитой, согласованием по уровню сигнала и, возможно, гальванической (как правило, оптической) развязкой;

• входы аналоговых сигналов датчиков с цепями защиты и иногда масштабирования (усиления);

• цифровые интерфейсы (разъёмы, цепи защиты и согласования уровней при необходимости) для связи с интеллектуальными датчиками;

• микроконтроллер (с БИС расширения при необходимости) или система на кристалле куда входят:

- счётчик команд;

- дешифратор команд с шинами адреса и данных программной памяти;

- память программы;

- арифметически-логическое устройство;

- операционные регистры;

- несколько типов памяти данных (оперативная, полупостоянная) с шинами адреса и данных;

- таймеры;

- аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи;

- порты ввода/вывода (общего назначения);

- контроллеры цифровых интерфейсов (I²C, SPI, LIN, RS-485 и др.);

• цифровые выходы логические, транзисторные и тиристорные ключи, электромагнитные реле с цепями защиты и, возможно, гальванической развязки;

• аналоговые выходы по току и напряжению и ШИМ выходы для управления исполнительным оборудованием;

• цифровые интерфейсы связи с интеллектуальным исполнительным оборудованием;

• интерфейс связи (обычно цифровой) с верхними уровнями системы автоматизации судна;

• местная панель управления, включающая кнопки, переключатели дискретные а возможно и знакосинтезирующие и графические индикаторы.

2. Нейманівська й гарвардська архітектури засобів обчислювальної техніки їхньої особливості й області застосування.

Архитектура фон Неймана — широко известный принцип совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. Вычислительные системы такого рода часто обозначают термином «машина фон Неймана», они основаны на следующих принципах:

• Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

• Принцип адресуемости памяти. Основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

• Принцип последовательного программного управления. Предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

• Принцип жесткости архитектуры. Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.

Такая архитектура реализуется в микропроцессорах, которые используются в вычислительных средствах общего назначения от комплексов рекордной производительности до ноутбуков.

Совместное использование шины для памяти программ и памяти данных приводит к узкому месту архитектуры фон Неймана, а именно ограничению пропускной способности между процессором и памятью по сравнению с объёмом памяти. Из-за того, что память программ и память данных не могут быть доступны в одно и то же время, пропускная способность является значительно меньшей, чем скорость, с которой процессор может работать.

Гарвардская архитектура — архитектура ЭВМ, отличительными признаками которой являются:

1. Хранилище инструкций и хранилище данных представляют собой разные физические устройства.

2. Канал инструкций и канал данных также физически разделены.

В Гарвардской архитектуре характеристики устройств памяти для инструкций и памяти для данных не требуется иметь общими. В частности, ширина слова, тайминги, технология реализации и структура адресов памяти могут различаться. В некоторых системах инструкции могут храниться в памяти только для чтения, в то время как для сохранения данных обычно требуется память с возможностью чтения и записи. В некоторых системах требуется значительно больше памяти для инструкций, чем памяти для данных, поскольку данные обычно могут подгружатся с внешней или более медленной памяти. Такая потребность увеличивает битность (ширину) шины адреса памяти инструкций по сравнению с шиной адреса памяти данных.

Гарвардская архитектура используется в ПЛК и микроконтроллерах, таких, как Microchip PIC, Atmel AVR, Intel 4004, Intel 8051 и обеспечивает большее быстродействие и лучшее соответствие специфике решаемых задач.