1. Назначение и области применения микропроцессорных устройств.

Характерные особенности микропроцессорных информационно-управляющих систем, предназначенных для автоматизации технологических процессов:

1. наличие ограниченного набора четко сформулированных задач;

2. требования оптимизации структуры системы для конкретного применения;

3. работа в реальном масштабе времени, т.е. обеспечение минимального времени реакции на изменение внешних условий;

4. наличие развитой системы внешних устройств, их большое разнообразие;

5. существенное различие функциональных задач;

6. высокие требования по надежности с учетом большой продолжительности непрерывной работы;

7. сложные условия эксплуатации;

8. обеспечение автоматического режима работы или режима с участием оператора как элемента системы.

2. Представление информации в микропроцессорных системах. Непрерывные и дискретные сообщения. Использование аналоговых и дискретных сигналов. Последовательный и параллельный способ представления информации.

Любой процесс функционирования технического объекта или системы связан с передачей, приемом и переработкой информации. Информация — совокупность фактов, явлений, событий, представляющих интерес, подлежащих регистрации и обработке. Информация, представленная в виде, удобном для обработки, называется данными. Информация, вложенная и зафиксированная в некоторой материальной форме, называется сообщением. Сообщения делятся на: непрерывные (аналоговые); дискретные (цифровые).

Непрерывные сообщения могут принимать любые значения и изменяться в произвольные моменты времени. Данные сообщения естественным образом передают речь, музыку и изображения. Основным примером непрерывного сообщения является аналоговый сигнал, это сигнал, величина которого непрерывно изменяется во времени. Аналоговый сигнал обеспечивает передачу данных путем непрерывного изменения во времени амплитуды, частоты либо фазы. В соответствии с этим, он имеет бесконечное число значений. К аналоговым относятся и шумо-подобные сигналы.

Под дискретными сообщениями понимаются сообщения, параметры которых могут принимать лишь некоторое конечное число значений в определенном диапазоне. Основным примером дискретного сообщения является логический (цифровой) сигнал (1/0) или (+/-).

Использование аналоговых и дискретных сигналов. Для обработки аналоговых сигналов необходимо с требуемой степенью точности заменять непрерывные сообщения на цифровые путем квантования непрерывного сообщения по уровню и времени. Другими словами необходимо определить для сигналов максимальные границы по уровню (по величине) сигнала. Затем необходимо провести дискретизацию по времени.

Последовательный и параллельный способ представления информации

Цифровая информация может быть представлена последовательным и параллельными кодами. При последовательном коде каждый временной такт предназначен для отображения одного разряда кода слова.

Такт (clock tick) — промежуток времени, между последовательными сигналами синхронизации. Величина такта выбирается такой, чтобы во время его прохождения в рассматриваемом объекте заканчивались все переходные процессы, вызванные изменением входных сигналов. При параллельном коде все разряды кода слова представляются в одном временном такте, фиксируются отдельными элементами и проходят через отдельные линии, каждая из которых служит для представления и передачи только одного разряда.

При параллельной передаче информации код слова развертывается в пространстве, в отличие от последовательной, в которой развертывается во времени.

3) Микропроцессор. Определение. Состав и основные характеристики микропроцессоров. Микропроцессор (МП) — это программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации — ее перемещения, осуществления арифметических и логических операций по командам, которые он считывает из памяти.

Последовательность команд называется программой. Микропроцессор включает в себя:

1) арифметическо-логическое устройство (АЛУ), которое служит для выполнения арифметических и логических операций:  арифметической  операцией называют процедуру обработки данных, аргументы и результат которой являются числами (сложение, вычитание, умножение, деление и т.д.).Логической операцией именуют процедуру, осуществляющую построение сложного высказывания (операции И, ИЛИ, НЕ и т.д.). 2) регистры общего назначения (РОН), которые используются для хранения информации — сверхоперативного запоминающего устройства; Регистры предназначены для хранения операндов в процессе выполнения операций и функциональных схем, необходимых для выполнения преобразования операндов при передаче их с одного регистра на другой. Количество и назначение РОН в МП зависят от его архитектуры.3) аккумулятор — регистр, из которого берется одно из чисел, с которыми производятся арифметические или логические операции. В него помещается результат; 4)счетчик адреса команд, в котором хранится адрес ячейки памяти, в которой записан код текущей команды; 5) регистр флагов или условий в него помещаются сведения об особенностях результата выполнения арифметических или логических операций, например, нулевой результат, переполнение (перенос), четность и пр.; 6) регистр адреса стека, в котором записан адрес последний занятой под стек ячейки памяти; 7) блок управления шинами микропроцессорной системы, схемы формирующей сигналы на внешних шинах микропроцессора и, тем самым, управляющей микропроцессорной системой; 8)блок дешифрирования кодов команд. 9) Таймер — счетчик — предназначен для подсчета внутренних событий, для получения программно-управляемых временных задержек и для выполнения времязадающих функций МП.10) ОЗУ — служит для приема, хранения и выдачи информации, используемой в процессе выполнения программы.11)ПЗУ — служит для выдачи констант, необходимых при обработке данных в АЛУ.12)КЭШ память — хранит внутри МП копии тех команд операндов и данных, к которым производились последние обращения МП. Если МП необходимо считать данные, имеющиеся в КЭШ, то она их представляет, и нет необходимости обращаться к внешней памяти. В КЭШ помещаются результаты вычислений. 13) ША, ШД, ШУ (адреса, данных, управления) — группы линий, по которым передается однотипная информация. 14)Шинный интерфейс — выполняет функции согласования действий между внутренними устройствами МП и внешней системой, т.е. управляет потоками и форматами данных между МП и внешними устройствами.

В тех случаях, когда память и средства ввода/вывода размещаются на той же подложке интегральной схемы, что и микропроцессор, последний превращается в микроконтроллер. Более подробный анализ позволяет определить микроконтроллеры как устройства, имеющие память RAM или ROM вместо кэш-памяти, присутствующей обычно в большинстве периферийных устройств. В противоположность микроконтроллерам, микропроцессоры имеют устройство управления памятью и большой объем кэш-памяти. Иногда разница определяется производительностью или разрядностью.

Основные характеристики микропроцессора: 1) тактовой частотой, определяющей максимальное время выполнения переключения элементов;2) разрядностью, т.е. максимальным числом одновременно обрабатываемых двоичных разрядов. 3) архитектурой

Архитектура МП дает представление о функциональном поведении логической структуры и ее организации (взаимодействие отдельных узлов и блоков МП при выполнении тех или иных вычислительных операций), определяет особенности построения программных средств, описывает внутреннюю организацию потоков данных и управляющей информации.

Понятие архитектуры микропроцессора включает в себя систему команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы.