Глава 1. Микропроцессоры

1.1. Назначение микропроцессоров

Основной причиной появления микропроцессоров (МП) явилось стремление разработчиков к повышению степени интеграции на полупроводниковом кристалле при одновременном сокращении числа типов больших заказных интегральных схем (БИС). В результате этого появились универсальные БИС с программируемым поведением, ставшие основой построения МП, заменивших собой сотни типов заказных БИС с фиксированной логикой, характеризуемых высокой стоимостью и длительным сроком разработки. По существу МП представляет собой функционально законченное программно-управляемое устройство цифровой обработки данных, выполненное в виде одной или нескольких микропроцессорных БИС. МП служат основой для создания различных универсальных и специализированных микро-ЭВМ, микропроцессорных информационно-управляющих систем, программируемых контроллеров, разнообразных микропроцессорных устройств и систем контроля, управления и обработки данных. Под микропроцессорной системой (МПС) обычно понимают любую вычислительную, контрольно-измерительную или управляющую систему, обрабатывающим элементом которой является МП.

В одних случаях применение МП приводит к простой замене традиционной элементной базы на более совершенную, в других - создает принципиально новые возможности. Например, при разработке децентрализованных или распределенных комплексов управления технологическим процессом, когда местная обработка данных осуществляется автономными микроконтроллерами или микро-ЭВМ, а центральный процессор берет на себя только задачи координации. С появлением МП стало целесообразным использование средств ВТ в совершенно новых областях, где ранее они были неприемлемы по соображениям стоимости, надежности, размеров и потреблении энергии.

Построение средств автоматического регулирования для распределенных систем управления на базе МП облегчает резервирование и самодиагностику системы, обеспечивает уплотнение каналов связи и энергонезависимость (сохранение информации при случайном отключении сети), а также наглядное представление информации о состоянии системы.

Применение МП в контрольно-измерительной технике позволяет улучшить технико-экономические характеристики приборов, повышает точность быстродействия измерений и обработку результатов. При этом аппаратная логика заменяется программированием (за исключением сверхбыстродействующих приборов), что снижает стоимость аппаратуры и упрощает ее проектирование. МП позволяют широко использовать программные методы коррекции, за счет чего уменьшаются систематические погрешности многих приборов, а также нашли применение в цифровых вольтметрах, самописцах, генераторах сигналов, осциллографах, хроматографах, графопостроителях, медицинских приборах и т. д.

МП нашли самое разнообразное применение в вычислительной технике. Они изменили структуру и архитектуру традиционных ЭВМ. В настоящее время серийно выпускаются микро-, мини- и средние ЭВМ с широким использованием МП. При этом роль МП не ограничивается реализацией стандартных вычислительных средств. Предполагается широкое использование специализированных МП (сопроцессоров) для реализации некоторой части математического обеспечения (МО) ЭВМ, в частности, для реализации большинства элементарных функций [1-3] и функций операционных систем, интерпретаторов с языком высокого уровня. Получают развитие микропроцессорные ЭВМ, построенные на принципах параллельной обработки информации, перестраиваемой структурой и конструктивной однородности, обеспечивающие высокую производительность и живучесть.

Эффективное применение находит МП в периферийных устройствах вычислительных систем, особенно в устройствах управления внешними устройствами (ВУ) - контроллерах печатающих устройств, накопителей на магнитных лентах и дисках, в терминалах и т. д.

Широкое применение МП находят также в торговой и бытовой аппаратуре - автоматизированных электронных весах, в контрольно-расчетных терминалах для магазинов и торговых центров, в игральных автоматах, системах управления двигателями автомобилей, электроприборах бытовой аппаратуры и т. д. Для торгового бытового оборудования требуется невысокое быстродействие МП и малая их стоимость. Поэтому здесь обычно применяют наиболее дешевые МП общего назначения.