Огляд мікропроцесорів відомих фірм-виробників

Із множини різних типів мікропроцесорів найширше розробленими є дві великі родини .Одна базується на моделі 6800 фірми Motorola,друга – на моделі 8080 фірми Intel.В таблиці 3.1 приведені характеристики родини мікропроцесорів 6800(станом до 1980 року).Вони відрізняються кількістю команд ,одначе це зумовлено не використанням різних способів адресації , а використанням різних робочих регістрів. Мікропроцесор MD46802 є КМОП-модифікацією мікропроцесора 6802 і тому характеризується зниженим струмом споживання . Мікропроцесор 6809 має додаткові робочі регістри і тому володіє ефективнішим набором команд ніж базова модель 6800.

Мікропроцесор типу МС68000 відноситься до нового покоління мікропроцесорів. Він має 16-розрядну шину даних і забезпечує можливість роботи в 32-розрядному форматі . 24-розрядна адресна шина дозволяє адресувати пам’ять об’ємом 16 МБайт. Набір команд представляє собою комбінацію незначної кількості команд з чисельними способами адресації . При цьому забезпечується найбільша простота і ефективність програмування .

На сьогоднішній час родина МС68000 поповнилась кількома 32-розрядними МП найпопулярнішими з яких є такі типи:

МС68020- 4 ГБайти адресованої пам’яті;32-бітова адреса і дані;256 байтів кеш-пам’яті (надоперативної)для інструкцій;тактова частота-12,16,20,25 і 33 МГц .

МС68030: 4 ГБайти адресованої пам’яті;32-бітова адреса і дані;256 байтів кеш-пам’яті для інструкцій та даних;тактова частота-16,20,25 , 33,40 і 50 МГц .

МС68040: 4КБайтів кеш-пам’яті для інструкцій та даних;тактова частота-25 , 33 і 40 МГц .

Крім того для сумісної роботи з даними МП розроблені два математичні процесори МС68881 та МС68882 ,які мають 80-бітові регістри для роботи з числами з “плаваючою крапкою” , набір інструкцій для реалізації до 35 складних математичних операцій та масив більше 20 різних констант записаних у внутрішньому ПЗП процесора.

Таблиця 3.1-Характеристика родини МП типу 6800

Характеристика родини мікропроцесорів8080 американської фірми Intel(INTegral ELectronics) приведений в таблиці 3.2.Мікропроцесор базового типу 8080А (випущений в 1973 році) виготовлений за традиційною технологією і для його роботи необхідно три напруги живлення .Наступна модель 8085А має одне живлення (+5В) . Тактовий генератор і пристрій керування знаходиться в середині кристала . Цим він нагадує МП типу 6802. Мікропроцесор типу 8086 має 16-розрядну шину даних і 16-розрядну арифметику; в ньому передбачена апаратна реалізація операцій множення і ділення . Ступінь інтеграції-29000 транзисторів на кристалі. Мікропроцесор типу 8088 має такий же набір ко-

манд ,але оснащений 8-розрядною шиною даних.

В кінці 70-х років успішно працювала також фірма Zilog ,яка створила чіп Z80 ,який мав розширений набір команд у порівнянні з 8080А і робочі регістри розрядністю від 8 до 16 бітів ,що можна перемикати . Наступний МП Z8001 за своїми параметрами значно перевищує модель 8086 і близький до

моделі 68000 фірми Motorola .Одначе його структура команд складніша ніж в останнього .

Фірма NEC запропонувала свою так названу V-серію чіпів . Зокрема чіп V20 конструктивно сумісним з МП 8088 ,а V30 є аналогом 8086 з удосконаленим набором інструкцій.

Починаючи з 80-х років фірма Intel швидко пішла у відрив від своїх конкурентів створивши на основі МП 8086 цілу родину , яку називають 80х86.Найвдалішими є такі:

• 16-розрядний МП 80286 (1982 р.), який має 24-розрядну шину адреси з об’ємом адресованої пам’яті 16 МБайт (1 ГБайт в режимі віртуальної адресації) , частотою синхронізації 8...20 МГц та ступенем інтеграції 130000 транзисторів на кристалі.

• 32-розрядний МП 80386 (1985 р.),який дозволяє фізично адресувати простір пам’яті об’ємом в 4 ГБайти (64 ТБайти –при віртуальній адресації), працює на тактовій частоті 12 та 16 МГц , виготовлений за гібридною на основі n-МОП та КМОП технологією зі ступенем інтеграції 275000 транзисторів на кристалі.

• 32-розрядний МП 80486 (1989 р.)або і486,який має ступінь інтеграції 1.2 млн. транзисторів на кристалі , 8Кбайт внутрішньої кеш –пам’яті команд і даних , тактову частоту синхронізації 25 та 33 МГц , а при використанні Over Drіve процесора – 50-120 МГц.

• 32-розрядний МП Pentium (1993 р.),який має ступінь інтеграції 3.1 млн. транзисторів на чіпі , розширену 64- бітову шину даних , окрему 8 Кбайтову кеш - пам’ять програмних кодів та даних ,високу продуктивність з тактовою частотою 60 і 66 МГц ,можливість розширення тактової частоти до 120-200 МГц.

За останні роки фірма Intel випустила низку вдосконалених мікропроцесорів п’ятого покоління (Pentium Pro , Pentium ІІ , Pentium ІІІ...) ,які мають додаткову кеш - пам’ять 256 або 512 Кбайт другого рівня (L2) , ступінь інтеграції досягає 21-28 млн . транзисторів на кристалі , тактова частота ядра 150-700...МГц.

В боротьбу зі світовим лідером вступила низка компаній конкурентів ,яка просуває на ринок свої мікропроцесори .Зокрема це такі :

Фірма AMD

-32-розрядні процесори AMD 5К86 з тактовими частотами ядра до 200 МГц та кеш –пам’яттю першого рівня (L1) в 24 Кбайти;

-64-розрядні процесори AMD К6 з тактовими частотами 266-450 МГц.

Фірма Cyrix

-32-розрядний процесор Сх6х86 з частотою ядра 120-233 МГц.

Фірма Digital Eguipment

- процесори Alpha серія 21164 та 21164А з частотою ядра 100-300 МГц.

Фірма Hewlett - Packard

-32-розрядний процесор РА-7300LC з внутрішнім 64 КБ кешем першого рівня для команд і для даних;

- 64- розрядний процесор РА-8000 для складних інженерних розрахунків і обробки інформації.

Фірма SPARC Nechnology

- мікропроцесор Ultra SPARC-II з тактовою частотою 250-300 МГц.

Фірма Motorola

-32-і 64-розрядні мікропроцесори відповідно Power PC 604 та Power PC 620, останній з яких може адресувати до 1 ТБайта фізичної пам’яті і підтримує кеш-пам’ять другого рівня об’ємом 128МБайт .

Порівняльна характеристика процесорів 5-6 покоління приведена в табл.3.3

Крім високопродуктивних універсальних МП для швидкісної обробки інформації ,останнім часом на ринку появилась велика номенклатура мікроЕОМ (їх ще називають мікроконтролерами) з розширеним набором периферійних пристроїв для інтелектуалізації обладнання та систем контролю і керування. Дуже активно тут працює фірма Intel ,яка виготовляє сумісно з фірмами партнерами 8-розрядні універсальні мікроконтролери родин 8048,8051 та 8052 . Вдалий контролер 8051 знайшов своє продовження в розробці мікроконтролера AduC812 фірми ANALOG DEVICES , який має розширений набір периферійних пристроїв ,зокрема 8-канальний 12- бітовий АЦП та двоканальний 12-бітовий ЦАП.

Більше 120 млн. чіпів щорічно випускає на ринок фірма Microchip.ЇЇ продукція має найкраще співвідношення за параметром ціна/швидкодія. Фірма пропонує чотири родини 8-бітових мікроконтролерів , які можуть задовольнити будь-які потреби:РІС 16С5х,РІС 16Сххх,РІС 17Сххх і РІС 18Сххх.ДО них примикає також родина РІС 12Сххх.Всі РІС –процесори є 8-розрядними і грунтуються на швидкісній RISC-архітектурі , яка має скорочений набір команд.Контролери даної фірми виготовлені за КМОП та швидкісною КМОП технологією і мають тактову частоту ядра 10-20 МГц.

В межах пострадянського простору виготовлялась низка мікропроцесорів різноманітного призначення ,які входять до складу МП комплектів. МП комплект інтегральних схем - сукупність МП ВІС та інших ІС, одноманітних за конструктивно-технічним виконанням, для яких забезпечена функціональна, структурна, інформаційна і параметрична сумісність при використанні в МПС. Кількість елементів в комплекті від одного до двох десятків. МП комплекти мають свої серійні номери - серії. Характеристика деяких комплектів ВІС подана в таблиці 3.4.

Найширше є розробленими комплекти серії К580 , К1810(відповідно аналоги 8080 та 8086 )та К1816(мікроЕОМ фірми Intel).Одначе значне технологічне відставання ,особливо в останні роки ,впливає на надійність та долю виходу якісних чіпів ,позначається на їх конкурентноздатності і сфері застосування .Тому у виробництві високопродуктивних мікропроцесорів

Серія МПК	Розрядність, Біт	Час циклу, мкс	Напруга живлення, В	Технологія
К 536	*8	10,0	27	р-МОП
К 580	8	2,0	12;5;-5	n-МОП
К 581	16	1,6	12;5;-5	n-МОП
К 582	*4	1,5	1,2	ІІЛ
К 583	*8	1,0	1,5	ІІЛ
К 584	*4	2,0	1,2	ІІЛ
К 586	16	5,0	12;5	n-МОП
К 587	*4	2,0	9	КМОП
К 588	*16	2,0	5	КМОП
К 589	*2	0,1	5	ТТЛШ
КР 1802	*8	0,15	5	ТТЛШ
КР 1803	4	2,0	12	n-МОП
КР 1804	*4	0,15	5	ТТЛШ
КР 1810	16	0,8	5	n-МОП
КР 1816	8	2,5	5	n-МОП

Таблиця 3.4

Примітка: *-можливість нарощування розрядності.

Україна та країни СНД безнадійно відстали.В певній степені наш виробник ще може задовольнити власні потреби у 8-розрядних мікроконтролерах ,хоча тут теж закордонні фірми- виробники наводнюють ринок дешевими і надійними чіпами.Таким чином ,український споживач , змушений орієнтуватись на елементну базу провідних світових виробників мікропроцесорів.

Для спрощення реалізації МПС, крім мікропроцесорів , фірмами –виробниками випускається широка номенклатура периферійних інтегральних схем середньої степені інтеграції .Номенклатура деяких з них приведена в табл.3.5.

Області застосування

Мікропроцесорна техніка охопила всі сфери діяльності людини .Вона є невід’ємним елементом технології починаючи від побуту і завершуючи науковими дослідженнями та космосом.Не можна представити собі сучасні

системи керування в які не інтегровані мікропроцесори чи мікроЕОМ для виконання базових функцій системи контролю чи керування.(табл.3.6).

Комп’ютерно-інтегровані системи керування на базі мікропроцесорної техніки поступово витісняють традиційні засоби локальної автоматики завдяки широким функціональним можливостям ,гнучкості в переналагодженні, високій надійності і швидкодії.

Таблиця 3.5-Характеристика периферійних ,які входять в мікропроцесорні комплекти інтегральних схем

Елемент системи

Функції мікроЕОМ

Давач Ітелектуальний давач Блоки обробки і перетворення сигналів Блок формування команд керування Пристрої контролю і перевірки

Лінеаризація амплітудної характеристики Маштабування сигналів Аналогово-цифрове перетворення Корекція похибок АЦП Адаптивна фільтрація сигналів Вимірювання сигналів при наявності перешкод Виділення параметрів розбалансу Розпізнавання зображень і класифікація сигналів Упаковка даних Завадостійке приймання сигналів,відновлення, зміна їх параметрів Маштабне,геометричне і арифметичне перетворення сигналів Накопичення даних,статистичний експрес аналіз. Прогнозування сигналів ,параметрів сигналів і траєкторій руху об’єктів. Розпізнавання образів ,класифікація сигналів. Ідентифікація процесів і систем. Перетворення координат об’єктів. Задання програмних функцій і сигналів еталонного часу. Виділення параметрів розузгодження . Забезпечення заданих динамічних властивостей систем керування. Візуальне представлення параметрів і ходу технологічного процесу ,архівування параметрів та сигналів. Реалізація оптимальних законів керування і регулювання в одноконтурних і багатоконтурних системах. Завадостійке кодування . Перетворення команд в аналогову форму. Передавання сигналів керування до виконавчих механізмів. Індикація стану системи. Пошук і локалізація неполадок. Самовідновлення функцій системи. Реалізація сервісних функцій.

Таблиця 3.6

Умовно область застосування мікропроцесорів і мікроЕОМ в сфері автоматизації може бути означена у такий спосіб:

4-розрядні МП використовують як прості контролери, які вмонтовуються в схеми керування вимірювальних приладів,давачів,виконавчих механізмів,а також служать для синтезу логічних автоматів;

8-і 16- розрядні - в системах управління технологічними процесами на логічних та регулюючих контролерах, в аналого-цифрових перетворювачах,для інтелектуалізації давачів та іншого периферійного обладнання ;

32-і 64-розрядні - в мікроЕОМ широкого використання,зокрема в ПЕОМ та високопродуктивних системах обробки інформації, в операторських станціях ієрархічних систем керування.