7 Микропроцессоры

Современная технология изготовления микросхем позволяет выполнить весьма сложные электронные устройства в виде одной или нескольких микросхем. Подобные устройства основаны на работе арифметико-логического устройства (АЛУ), которое выполняется в ви­де самостоятельной микросхемы либо входит в состав других более сложных микросхем. АЛУ позволяет произво­дить арифметические и логические операции над n-разрядными входными кодами (n обычно 4, 8 или 16).

Несмотря на разнообразие операции, выполняемых АЛУ его функций весьма ограничены: устройство выполняет только операции над двумя переменными, отсутствуют арифметические операции умножения и деления и т. п. Преодоление этой ограниченности достигнуто микропроцессорах.

Микропроцессор (МП) — это информационное устройство (микросхема), обладающее способностью выполнять по определенной программе, задаваемой управляющими сигналами, обработку информации, включая ввод и вывод информации, принятие решений, арифметические и логические операции. Работа микропроцессора основана на последовательном выполнении в арифметико-логическом устройстве ряда операций в соответствии с программой.

На основе МП выполняются микроконтроллеры - устройства, содержащие МП, запоминающие устройства (ЗУ), органы управления и средства связи с периферийными устройства­ми (интерфейс). Если микроконтроллер предназначен для управления некоторым объектом или процессом, то он дол­жен быть снабжен средствами сопряжения с этим объек­том (процессом): датчиками и ис­полнительными устройствами. Совокупность микроконтроллера и средств сопряжения называют микропроцессорной систе­мой.

Структурная схема микроконтроллера приведена на рис. 7.1.

Она содержит устройства ввода УВв и вывода УВыв, пор­ты ввода и вывода, центральный микропроцессор МП с АЛУ, устройством управления и регистрами общего на­значения, а также запоминающее устройство ЗУ. В каче­стве УВв могут быть использованы следующие устройства: накопителя на жестких магнитных дисках, аналого-цифровой преобразователь и т. п. В качестве УВыв могут использоваться следующие устройства: дисплей; принтер; устройство управления объектом и т. д. Порты ввода и вывода предназначены для кратковременного хранения информации в процессе ввода и вы­вода и переключения каналов. Запоминающие устройства подразделяются на постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) и оперативные запоминающие устройства (ОЗУ), последние выполняются на параллельных регист­рах.

Данные с УВв поступают в Порт ввода. Сигналы управ­ления выбирают необходимый порт, обеспечивают запись данных и временное хранение в порте, а затем обеспечива­ют их передачу в магистраль данных (совокупность m про­водящих линий, обеспечивающих передачу n-разрядного кодового слова). Поскольку технологические трудности не позволяют осуществить связь всех узлов микроконтроллера друг с другом по принципу «каждый с каждым», так как для это­го потребовалось бы огромное количество линий и выводов, применяют магистральную организацию связей, при которой все элементы микроЭВМ подключаются к единой магистра­ли. Для передачи информации между элементами исполь­зуются МА — магистраль адресов; МД — магистраль дан­ных; МУ—магистраль сигналов управления. В восьмираз­рядной системе МД выполняется 8-разрядной, МА—16-разрядной. Для того чтобы все элементы могли подклю­читься к магистрали, используют специальные буферные усилители, которые могут находиться в одном из трех со­стояний: 1) передача данных в магистраль; 2) прием дан­ных из магистрали; 3) отключение от магистрали. Сигна­лами управления можно отдельные элементы поставить в режим передачи сигналов в магистраль, другие—в ре­жим приема информации, оставшиеся элементы—отклю­чить.

Для того, чтобы работа МП была независимой от быстродействия УВв, в процессе выполнения программы данные и программа записываются в основную память микроЭВМ. Кроме того, в ОЗУ хранятся промежуточные и окончатель­но результаты работы МП.

Устройство управления (УУ), которое входит в состав АЛУ, с помощью генератора тактовых сигналов ГТС обеспечивает требуемую последовательность выполнения операций.

Контрольные вопросы:

1. Структура и назначение микропроцессора.

2. Структура и назначение микроконтроллера.

Литература: [5, 8].