ВСТУП

Мікропроцесорна система являє собою систему обробки інформації і керування, реалізовану на основі сучасної елементної бази (ВІС і НВІС) і принципу програмного керування. Для побудови мікропроцесорної системи потрібно обмежений набір апаратних ресурсів, а реалізація функцій системи поклаається на програмне забезпечення. Таким чином, мікропроцесорні системи — це цифрові системи обробки інформації і керування, функціональні можливості яких визначаються програмним забезпеченням, а взаємозв'язок із зовнішнім середовищем забезпечується зовнішніми пристроями (ЗоП). 

Мікропроцесор (МП) – програмно-керований пристрій, що здійснює процесс обробки цифрової інформації і управління ним; побудований на одній або декількох великих інтегральних схемах (ВІС).

 Процесор мікро-ЕОМ обробляє інформацію трьох типів — дані, адреси і команди програми. Над даними виконуються арифметичні і логічні операції, які реалізовуються процесором. Обробка адрес визначається способом зберігання і доступу до даних і команд і також заснована на виконанні арифметичних операцій. Обробка команд полягає у перетворенні коду команди в послідовність керуючих впливів (мікрооперацій) відповідно до алгоритму виконання команди. Кожна мікрооперація (чи їх сукупність — мікрокоманда) виконується у фіксовані інтервали часу (такти), а вся сукупність виконання команди протягом повного циклу (командного циклу) утворить мікропрограму.  Мікропроцесори ефективно вбудовуються в дисплеї, екранні пульти і термінали, де на них покладені функції редагування даних, управління, генерації символів і збереження і відтворення зображень.

Мікропроцесори і мікро-ЕОМ беруть на себе функції попередньої обробки інформації зовнішніх пристроїв, перетворення форматів даних, контролерів електромеханічних зовнішніх пристроїв.

Мікропроцесори в апаратурі зв'язку дають можливість проводити контроль помилок, кодування - декодування інформації і управляти приймальними пристроями.

Мікропроцесори та мікроконтролери встановлюються для регулювання середовища в домашніх акваріумах і великих водоймах. Вони здійснюють контроль pH середовища, температури, густини, вмісту кисню, управляють освітленням, підігрівом, рівнем води, дозуванням корму і біологічних добавок, виробляють фільтрацію і аерацію і т.д.

Мікропроцесорні засоби вирішують складну технічну проблему розробки різних систем збору і обробки інформації, де загальні функції зводяться до передачі безлічі сигналів в один центр для оцінки та прийняття рішення.

Узагальнюючи розглянуті приклади використання мікропроцесорів, можна виділити чотири основних напрямки в застосуванні мікропроцесорів і мікропроцесорних систем:

1) вбудовані системи контролю та управління;

2) локальні системи накопичення та обробки інформації;

3) розподілені системи управління складними об'єктами;

4) розподілені високопродуктивні системи паралельних обчислень.[1]

1 Розробка структурної схеми мікропроцесорної системи

1.1 Опис загальної архітектури мікропроцесорної системи

Існує декілька типів архітектури мікропроцесорних систем. Це архітектура з загальною, єдиною шиною для даних і команд фон Нейманівська архітектура і архітектура з роздільними шинами даних і команд або гарвардська архітектура.

Архітектурою процесора називається комплекс його апаратних і програмних засобів, що надаються користувачеві. У це загальне поняття входить набір програмно-доступних регістрів і виконавчих (операційних) пристроїв, система основних команд і способів адресації, обсяг і структура адресованої пам'яті, види і способи обробки переривань.

Відповідно, у першій архітектурі у складі системи в цьому випадку присутня одна загальна пам'ять, як для даних, так і для команд.

А друга архітектура припускає наявність у системі окремої пам'яті для даних і окремої пам'яті для команд. Обмін процесора з кожним із двох типів пам'яті відбувається по своїй шині.

Архітектура з роздільними шинами даних і команд складніша, вона змушує процесор працювати одночасно з двома потоками кодів, обслуговувати обмін двома шинами одночасно. Програма може розміщуватися тільки в пам'яті команд, дані - тільки в пам'яті даних. Така вузька спеціалізація обмежує коло задач, які розв'язуються системою, тому що не дає можливості гнучкого перерозподілу пам'яті. Пам'ять даних і пам'ять команд у цьому випадку мають порівняно невеликий об'єм, тому застосування систем з даною архітектурою обмежується переважно не надто складними задачами. Перевага двошинної архітектури у першу чергу,у швидкодії.

Справа в тому, що при єдиній шині команд і даних процесор змушений по одній цій шині приймати дані (з пам'яті або пристрою вводу/виводу) і передавати дані (у пам'ять або в пристрій вводу/виводу), а також читати команди з пам'яті. Природно, одночасно ці пересилання кодів магістралями відбуватися не можуть, вони повинні відбуватися по черзі. Сучасні процесори здатні поєднати в часі виконання команд і проведення циклів обміну системною шиною. Використання конвеєрних технологій і швидкої кеш-пам'яті дозволяє їм прискорити процес взаємодії з порівняно повільною системною пам'яттю. Підвищення тактової частоти й удосконалення структури процесорів дають можливість скоротити час виконання команд. Але подальше збільшення швидкодії системи можливе тільки при поєднанні пересилання даних і читання команд, тобто при переході до архітектури з двома шинами.

У випадку двох-шинної архітектури обмін двома шинами може бути незалежним, паралельним у часі. Відповідно, структури шин (кількість розрядів коду адреси і коду даних, порядок і швидкість обміну інформацією і т.д.) можуть бути обрані оптимально для тієї задачі, яка виконується кожною шиною. Тому за інших рівних умов перехід на двох-шинну архітектуру прискорює роботу мікропроцесорної системи, хоча і вимагає додаткових витрат на апаратуру, ускладнення структури процесора. Пам'ять даних у цьому випадку має свій розподіл адрес, а пам'ять команд - свій.

Найпростіші переваги двох шинної архітектури реалізуються усередині однієї мікросхеми. У цьому випадку можна також істотно зменшити вплив недоліків цієї архітектури. Тому основне її застосування - у мікро-контролерах, від яких не потрібно рішення надто складних задач, але зате необхідна максимальна швидкодія при заданій тактовій частоті. [2]