УВВ
МППамять (пзу, озу)
Ввод/
вывод
Далее мы рассмотрим отдельные элементы более подробно.
Микропроцессорные средства
Микропроцессоры.
В своей сути это устройство, которое отвечает за выполнение арифметических, логических операций, а также операций управления. В основном реализуется в виде одной микросхемы. Первые микропроцессоры появились в 1970-х годах и применялись в электронных калькуляторах, в них использоваласьдвоично-десятичнаяарифметика 4-битныхслов. Вскоре их сталивстраиватьи в принтеры, терминалы и различнуюавтоматику. В середине 1970-х годов появились первые бытовыемикрокомпьютеры, которые были построены на 8-битных микропроцессорах с 16-битной адресацией.
Долгое время центральные процессоры создавались из отдельных микросхем малой и средней интеграции. Вскоре удалось поместить целый процессор на одном чипе с большой интеграции, что позволило значительно снизить его стоимость. В настоящее время один или несколько микропроцессоров используются в качестве вычислительного элемента во всём, от мельчайших встраиваемых системи мобильных устройств до огромныхсуперкомпьютеров.
В его состав входит:
Арифметико-логическое устройство – выполнение арифметических и логических операций
Устройство управления, которое координирует взаимодействие всех частей системы
Память – хранение, запись, выдача используемой информации
Интерфейсная система
Микроконтроллер
Представляют собой универсальные устройства, которые практически всегда используются не сами по себе, а в составе более сложных устройств.
С появлением однокристальных ЭВМ началась эра компьютерной автоматизации. В результате был введен термин «контроллер» - управляющее устройство. В 1971 году был выдан первый патент на микро-ЭВМ – размещение на одном кристалле процессора, памяти и устройства I/O. Уже в 1976 году фирма INTEL выпустила «первый» микроконтроллер i8048.
При проектировании микроконтроллера нужно соблюдать баланс между размерами и стоимостью, а также гибкостью и производительностью. Т.к. это соотношение может различаться очень сильно, то существует огромное количество типов микроконтроллеров, которые отличаются архитектурой процессорного модуля, размерами и типом встроенной памяти, набором периферийных устройств и т.д.
Кроме ОЗУ и встроенной энергонезависимую память для хранения программы и данных, микроконтроллер может содержать в себе периферию. Ниже приведен неполный список:
Цифровые порты
Интерфейсы ввода/вывода
Разные преобразователи
Компараторы
Таймеры
Контроллеры для оконечных устройств (дисплей, двигатели)
Тактовый генератор и таймеры
В основном системная шина микроконтроллера скрыта от пользователя внутри микросхемы. Устройства на микроконтроллерах обычно предназначены для решения одной задачи.
Интегрированные процессоры Процессоры обработки сигналов
Это специализированный микропроцессор, который предназначен для цифровой обработки сигналов.
В 1980 году компания Bell Labs представила однокристальный ЦСП Mac 4. Чуть позже Texas Instruments выпустил TMS32010, который стал стандартом де-факто. Ниже приведены его ТХ:
АЛУ: 5 млн. операций в секунду
Память: ОЗУ – до 256 слов, ПЗУ – до 4К слов
Внешняя шина: разрядность 16 бит, адресуемое пространство 4К слов, 50 Мбит/сек
В последующих поколениях происходило улучшение разрядности, скорости, аппаратной поддержки операций, ввод кэш-памяти.
Современные ЦСП характеризируются следующими параметрами:
Тактовая частота — 1 ГГц и выше;
Многоядерность;
Наличие двухуровневого кэша;
Встроенные контроллеры прямого доступа к памяти;
Быстродействие выше нескольких тысяч MIPS MFLOPS;
Выполнение до 8 параллельных инструкций за такт;
Совместимость со стандартными шинами
Основные аппаратные функции:
Умножители
Сдвигатели (предсдвигателей и постсдвигателей)
Устройства генерации адреса
Аппаратная организация циклов
АЛУ
Регистры
Особенности:
Наличие встроенная оперативная память
Наличие ПЗУ
Аппаратное ускорение вычислительных инструкций, например операции умножения
Поддержка векторно-конвейерной обработки
Известное время выполнения команд
Сложный набор регистров и инструкций
Ограниченный набор периферийных устройств