3.1.2. Микропроцессоры. Основные определения

Микропроцессор — это обрабатывающее и управляющее устройство, выполненное с использованием технологии БИС (часто на одном кристалле) и обладающее способностью выполнять под программным управлением обработку информации, включая ввод и вывод информации, принятие решений, арифметические и логические операции.

Основными узлами микропроцессора являются: арифметико-логическое устройство (АЛУ), где выполняются арифметические и логические операции; регистры, где хранятся адреса команд, данные; устройство управления, вырабатывающее сиг­налы управления системой.

Первый микропроцессор появился в 1974 г., а сейчас уже известно более 100 типов микропроцессорных комплектов. Улучшение большинства характеристик микропроцессоров связано с технологией изготовления. Поэтому классификация микропроцессоров по технологии изготовления следующая:

на основе р-канальной МДП технологии; на основе п-канальной МДП технологии;

на основе биполярной технологии.

Каждая технология характеризуется быстродействием: 10—20 мкс, 2—5 мкс, 100—300 нс.

Кроме этого, микропроцессоры классифицируются по способу управления: схемное и микропрограммное, по системе ввода-вывода: встроенная и автономная.

Характеристики и свойства микропроцессоров:

— малая разрядность слова: 2, 4, 8, 12 или 16 бит;

— ограниченная мощность набора команд (обычно требуется 2—5 команд для выполнения операции, эквивалентной одной команде мини-ЭВМ);

— программно-управляемый ввод-вывод;

— низкая стоимость микро-ЭВМ (1—5 % стоимости мини-ЭВМ);

— малое потребление энергии, небольшая масса;

— способность перестраивать свою логическую структуру, т. е. программируемость выполняемых микропроцессором функций.

Благодаря таким свойствам, микропроцессоры будут широко применяться как для средств вычислительной техники, так и в устройствах управления вместо устройств с жесткой структурой.

Применение микро-ЭВМ, построенных на базе микропроцессоров, объясняется тем, что у них, как и в мини-ЭВМ, мощная система команд, большое число регистров, многоуровневая система прерываний и т. д. Эти микро-ЭВМ уже находят применение в системах связи, медицине, навигации и других системах. Но микро-ЭВМ уступают мини-ЭВМ по разрядности (малая разрядность) и по быстродействию (в 2—3 раза меньше).

Однако замена микропроцессорами, микро-ЭВМ устройств с жесткой структурой дает ряд преимуществ.

Во-первых, как уже указывалось, можно легко изменять логику функционирования путем изменения программы в запоминающем устройстве без каких-либо переделок монтажа и печатных плат. Это позволяет легко вносить в процесс отладки изменения в уже изготовленную систему, создавать множество систем.

Во-вторых, системы на основе микропроцессоров имеют меньшую стоимость, более надежны, меньше тратится времени на их разработку.

Перечисленные преимущества систем на основе микропроцессоров предопределили их использование вместо устройств с жесткой структурой. Предполагается 60—12 % всех микропроцессоров использовать в системах управления технологическими процессами, в цифровых измерительных приборах, в бытовой аппаратуре, в вычислительной технике.