Цели изучения
•Введение основных понятий и терминов, используемых в микропроцессорной технике.
Определение основных компонентов и функций микропроцессоров.
•Определение основных архитектур микропроцессоров.
Микропроцессорные системы. Лекция 1. Основные понятия МП-техники
Основные понятия и термины |
|
1/4 |
|
|
|
•Микропроцессор (МП) – это микросхема, выполняющая арифметические и логические операции над данными и осуществляющая программное управление вычислительным процессом.
• |
Микропроцессорная техника |
(МПТ) |
включает |
||
|
технические и программные средства, используемые для |
||||
|
построения |
различных |
микропроцессорных |
систем, |
|
|
устройств и микро ЭВМ. |
|
|
|
|
|
Микро ЭВМ – это цифровая ЭВМ, выполненная на |
||||
|
микропроцессорных БИС и имеющая компактные размеры. |
||||
|
Простейшая микро ЭВМ состоит из пяти частей: устройства |
||||
|
ввода, |
устройства |
управления, |
арифметико- |
|
|
логического устройства, памяти и устройства вывода. |
||||
•Многочисленные типы микропроцессоров характеризуются различными архитектурными решениями и функциональными возможностями. Микропроцессорная техника стремительно и много направленно развивается и совершенствуется, интегрируя новейшие достижения микроэлектроники и схемотехники.
Основные понятия и термины |
2/4 |
•Микропроцессорный комплект (МПК), или семейство микропроцессорных БИС представляет собой набор взаимно совместимых микросхем, позволяющих разработку микро ЭВМ, микропроцессорных систем (МПС).
•Микропроцессорное устройство (МПУ) представляет собой функционально и конструктивно законченное изделие, состоящее из нескольких микросхем, в состав которых входит микропроцессор; оно предназначено для выполнения определенного набора функций: получения, обработки, передачи, преобразования информации и управления этими процессами.
• |
Микроконтроллер |
(МК) |
представляет собой |
||
|
однокристальную |
микро- |
ЭВМ |
с |
небольшими |
вычислительными ресурсами и упрощенной системой команд, ориентированной на выполнение процедур логического управления различным оборудованием, или, в общем случае, системой команд, ориентированной на удобное выполнение определенного типа задач.
Основные понятия и термины |
3/4 |
•Логическая организация микропроцессоров и МПС направлена на достижение универсальности применения, высокой производительности вычислений. Логическую организацию МП и МПС называют их архитектурой.
•Микропроцессорной системой (МПС) обычно называют функционально законченное изделие, состоящее из одного или нескольких микропроцессорных устройств, выполненных на микропроцессорах или микроконтроллерах.
•Встроенной системой управления называют систему управления, конструктивно интегрированную в оборудование: станок, робот, стиральную машину, принтер, автомобиль и т.д.
•Индустриальные компьютеры имеют развитый набор стандартных устройств сопряжения с объектом (УСО) и являются универсальными средствами управления для широкого круга объектов.
Основные понятия и термины |
|
4/4 |
•Промышленные контроллеры в отличие от однокристальных микроконтроллеров содержат средства адаптации языка программирования к конкретной области применения и средства объединения их в системы.
•Универсальные МП предназначаются для применения в вычислительных системах, персональных ЭВМ, рабочих станциях, серверах и суперЭВМ.
•Цифровые сигнальные процессоры (ЦСП) ориентированы на обработку в реальном времени цифровых потоков, образованных путем оцифровывания аналоговых сигналов.
•Производители МП и МК выпускают их в виде семейств, имеющих общее процессорное ядро, взаимодействующее с периферийными устройствами различной номенклатуры.
Классификация микропроцессоров
•Микропроцессоры в соответствии с их архитектурными и структурными вариантами реализации делятся на классы:
-принстонская архитектура, которую часто называют
архитектурой Фон-Неймана,
-гарвардская архитектура,
-CISC (Complex Instruction Set Computer)- архитектура процессоров, выполняющих большой набор разноформатных команд,
-RISC (Reduced Instruction Set Computer)- архитектура использующая малый набор команд фиксированного формата,
-VLIW (Very Large Instruction Word) - архитектура с использованием очень длинных команд.
Архитектура Фон-Неймана
•Характеризуется использованием общей оперативной
памяти для хранения программ, данных, а также для организации стека. Для обращения к этой памяти используется общая системная шина, по которой в процессор поступают и команды, и данные.
•Достоинства:
-наличие общей памяти позволяет оперативно перераспределять ее объем для хранения команд, данных
истека в зависимости от решаемых задач,
-использование общей шины для передачи команд и данных значительно упрощает отладку, тестирование и текущий контроль функционирования системы, повышает ее надежность.
•Недостатки:
-последовательность выборки команд и данных по общей системной шине ограничивает производительность микропроцессорной системы.
Концепция фон-неймановской ЭВМ Четыре принципа: 
•Двоичное кодирование.
•Программное управление.
•Однородность памяти.
•Адресность
Принцип двоичного кодирования
•Вся информация (команды и данные) кодируются двоичными цифрами 0 и 1 и имеет свой формат.
•В форматах данных выделяют битовые поля знака и значащих разрядов.
•В формате команды выделяют поле кода операции и поле адреса.
•Поле адреса содержит: адрес операнда или результата; в командах изменения порядка вычисления – адрес следующей команды;
вкомандах ввода/вывода адрес устройства.
Формат 3-х адресной команды
|
Код |
|
Адрес |
|
Адрес |
|
Адрес |
|
|
операци |
|
ОР1 |
|
ОР2 |
|
ОР2 |
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Недостатком такого МП является большая длина кода команды
Формат 1-но адресной команды
Код Адрес операци ОР1
и
Достоинства: короткая длина команды и простая схема декодирования.
Пример, ADD M ; (А) + (ячейки М) = (А).
Здесь в команде указывается только адрес ячейки памяти, т.е. адрес ОР2, а источником первого операнда и приемником результата является регистр-аккумулятор