Лекционный курс модуль Вводный

1. Цели и задачи курса

Предметом дисциплины являются микропроцессоры (МП) и микропроцессорные семейства БИС (аппаратные средства).

За 30 лет своего существования МП из скромных приборов превратились в поражающие своим многообразием кристаллы, применяемые практически повсеместно - от бытовых приборов до суперкомпьютеров. Сегодня всеобщее внимание приковано к МП, предназначенным для использования в персональных компьютерах (ПК), ведь именно благодаря ним фирма Intel, некогда небольшая компания, стала крупнейшим в мире производителем полупроводниковых приборов.

Расширение сферы применения МП неизбежно привело к специализации кристаллов в зависимости от решаемых задач. Как правило, в универсальные центральные процессоры (ЦП), помимо кэш-памяти и шинных интерфейсов, интегрируется не так много специальных блоков. Но устройства для выполнения операций с плавающей точкой и управления памятью стали для них стандартными компонентами.

В микроконтроллерах (МК), напротив, последние два модуля обычно отсутствуют, зато достаточно полно реализованы некоторые периферийные средства. Такое техническое решение преследует одну цель - свести к минимуму стоимость системы. Это приводит к еще большей специализации кристаллов и росту числа их классов, отличающихся не только набором команд и производительностью, но и составом периферийного оборудования, размещенного на чипе.

Наибольшей специализацией отличаются процессоры цифровой обработки сигналов (Digital Signal Processor, DSP). Рассчитанные на обработку в реальном времени аналоговых сигналов, преобразованных в цифровую форму, они имеют уникальную систему команд и ряд особенностей архитектуры, которые обеспечивают очень высокую производительность применительно к узкому кругу задач. Помимо классических DSP, в последнее время выпускаются специализированные микропроцессоры нового типа, получившие название медиа-процессоров. Они предназначены для обработки аудиосигналов, графики, видеоизображений, а также для решения ряда коммуникационных задач в мультимедиа ПК.

В настоящее время продается гораздо больше типов МП, чем можно было бы рассмотреть, хотя бы кратко, в одном курсе. Рынок предлагает порядка 50 типов кристаллов с различными системами команд, подтвердившими свою жизнеспособность, сотни различных реализаций и тысячи модификаций, незначительно отличающихся друг от друга.

Целью дисциплины является изучение основ организации и функционирования различных типов микропроцессоров и микропроцессорных БИС (МП БИС) и их программирования (программирование на уровне машинных команд, а не изучение языка программирования низкого уровня – Ассемблера – как такового).

Несмотря на то, что рынок ПК характеризуется ярко выраженной тенденцией к быстрой смене поколений МП (кристаллы устаревают в течение буквально двух-трех лет), многие ЦП оказались удивительными долгожителями. В свое время ПК совершили переход от 8-разрядных систем к 16-разрядным. Сегодня на рынке господствуют модели с длиной информационного слова в 32 разряда, а многие современные рабочие станции и серверы собраны на 64-разрядных кристаллах. Однако сегодня даже 4-разрядные кристаллы еще далеко не сошли со сцены, не говоря о 8-разрядных, которые по объемам продаж (в натуральном выражении) лидируют на рынке встраиваемых контроллеров. Благодаря успеху ПК доминирующее положение (по объему продаж) занимают процессоры с системой команд x86 фирмы Intel. Среди микроконтроллеров прочно разместились МК фирм Motorola, Hitachi и некоторых других. Среди DSP процессоров лидирующее положение занимают приборы фирмы Texas Instruments.

В курсе рассматриваются универсальные 8- и 16-разрядные МП и МК фирм Intel, Motorola и Zilog, их архитектура, функционирование и взаимодействие с внешними устройствами.

В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

• принципы организации, основы построения и функционирования различных типов микропроцессоров и микропроцессорных БИС;

• принципы организации микропроцессорных систем;

• основы программирования микропроцессоров.

ЗАМЕЧАНИЕ. Несмотря на то, что в курсе рассматриваются конкретные МП БИС, в то же время не стоит задача дать технически исчерпывающие описания отдельных микросхем. Изучение данного курса не освобождает от необходимости использования более подробной технической документации при проектировании систем на базе этих микросхем.