Классификация мп.

МП – характеризуются большим числом параметров и качеств т.к. с одной стороны являются функционально сложными программно управляемыми цифровыми устройствами, а с другой стороны ИС с высокой степенью интеграции электрических элементов. Поэтому важными параметрами являются: тип корпуса, количество источников питания, требования к синхронизации, температурный диапазон, возможность расширения разрядности, цикл выполнения команд, уровни сигналов (0,1), помехоустойчивость, нагрузочная способность.

МП как функциональное устройство ЭВМ обеспечивает автоматическое выполнение операций обработки цифровой информации в соответствии с заданным алгоритмом.

При проектировании МПС решают задачу определения набора микрокоманд, кроме этого необходимо характеризовать формат обрабатываемых данных и команд, методы адресации, число регистров общего назначения, возможность организации стека.

МП классифицируют по следующим признакам:

1. по числу БИС – различают однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.

Однокристальные МП получаются при реализации всех аппаратных средств МП в виде БИС или СБИС. По мере возрастания степени интеграции элементов в кристалле и числа выводов корпуса, параметры МП улучшаются, однако их возможности ограничены аппаратурными ресурсами кристалла и корпуса.

Для получения многокристального МП необходимо провести разбиение логической структуры на функционально законченные части и реализовать в виде БИС и СБИС.

ОП - операционный процессор

ИП – интерфейсный процессор

УП – управляющий процессор

Управляющая и операционная часть определяются системой команд, разрядностью, требованиями к системе прерываний, сложность интерфейсной части определяется возможностью подключения внешних устройств и их разновидностью.

Функциональная законченность БИС МП означает – что его части выполняют заранее определенные функции и могут работать автоматически.

Многокристальные секционные МП получаются когда в виде БИС реализуются части (секции) логической структуры МП при разбиении вертикальными плоскостями.

МП секция – это БИС предназначенная для обработки нескольких разрядов или выполнения определенных управляющих операций.

Секционность БИС МП определяет возможность наращивания разрядности обрабатываемых данных или усложнения УУ при одновременном включении большого числа БИС.

2. По технологии изготовления.

Основные технологии:

pМОП технология – самая простая технология но не обеспечивает высокого быстродействия МП.

nМОП – обеспечивает более высокое быстродействие но не обеспечивает низкое энергопотребление.

kМОП – высокое быстродействие и низкое энергопотребление.

Также существуют технологии: ТТЛ, ТТЛШ, ИИЛ, ЭСЛ.

3. По назначению.

МП разделяют на универсальные предназначенные для выполнения широкого круга разнообразных задач ; специализированные микроконтроллеры ориентированны на выполнение сложных последовательностей логических операций; математические – служат для повышения производительности при выполнении арифметических задач; МП для обработки данных в различных областях применений.

4. По виду обрабатываемых сигналов.

Различают цифровые и аналоговые МП.

Аналоговые МП производят генерацию комбинаций, модуляцию, фильтрацию, кодирование и декодирование сигналов заменяя сложные схемы состоящие из целого комплекса элементов.

Особенностью аналоговых МП является способность переработки большого объема числовых данных.

5. По виду синхронизации.

МП делят на:

- Синхронные когда все процессы в МП и МПС синхронизированы сигналами тактового генератора.

- Асинхронные – когда все процессы протекают без участия тактового генератора.

6. По организации структуры МПС.

Различают одномагистральные микро ЭВМ в них все устройства имеют одинаковый интерфейс и подключены к единой информационной магистрали по которой передаются коды данных, адресов и управляющих сигналов. Много магистральные микро ЭВМ – все устройства группами подключаются к своей информационной магистрали, что позволяет осуществить одновременную передачу информационных сигналов по нескольким магистралям.

7. По количеству выполняемых программ.

Различают однопрограммные и многопрограммные МП.

8. По ширине шины данных (по длине обрабатываемых данных).

Различают 8 разрядные применяемые для построения простых МПС.

16ти разрядные для построения микро ЭВМ.

32х разрядные для построения ПЭВМ с высокой производительностью.

Секционные – для построения МПС с произвольной ШД.

Принципы проектирования систем обработки информации на основе МП.

Современный уровень развития технологий привел к качественному изменению элементной базы, что позволило изменить сложившиеся принципы проектирования вычислительных систем (ВС) таких как: жесткая структура последовательно центрального управления, линейная организация памяти, отсутствие возможности адаптации структуры к особенностям решений задачи.

На смену приходят признаки проблемной ориентации, параллельной и конвейерной обработки информации и т.д.

Особенностью дальнейшего развития средств вычислительной техники (ВТ) является применение принципа 3х М: - Магистральность, Модульность, Микропрограммирование.

Модульная организация системы – предполагает построение вычислительной системы (ВС) на основе набора конструктивно, функционально и электрически законченных модулей позволяющих решать задачи вычислительного характера, а также взаимодействие с другими модулями.

Модульный подход при проектировании микро ЭВМ способствует стандартизации элементов не на уровне МС, а на более высоком уровне. Приводит к сокращению трудовых и интеллектуальных затрат, а также упрощает наращивание и конфигурацию системы.

Магистральный способ обмена информации – обеспечивает обмен информацией между функциональными и конструктивными модулями различного уровня с помощью магистралей объединяющих входные и выходные шины.

Различают 1, 2х, 3х и многомагистральные связи.

В МПС обычно выделяются ША, ШД, ШУ.

Магистральный способ обмена информацией позволяет минимизировать количество связей между блоками, повысить регулярность операционного устройства и УУ, обеспечить стандартизацию, сократить число выводов.

Среди способов организации связей элементов и модулями, между модулями в системе выделяют:

1.

2. С помощью упорядоченной связью.

Микропрограммное управление – обеспечивает наибольшую гибкость при организации многофункциональных МПх модулей и позволяет осуществить проблемную ориентацию системы.

За счет возможности смены микропрограмм повышается гибкость устройства, за счет расредоточенности управления и распределенности памяти обеспечивается параллельное решение задач за счет применения серийно освоенных БИС, повышается надежность системы, за счет регулярности структуры упрощается контроль ее функционирования.

Принцип регулярности – предполагает повторяемость элементов структуры и связи между ними. Применение принципов позволяет повысить эффективность исполнения устройств в следствии увеличения интегральной плотности, упрощение и сокращение времени проектирования и т. д.

Основными способами увеличения регулярности структуры являются: использование структур и устройств памяти, применение регистровых структур, выполнение регистров общего назначения в виде ячеек, использование магистрального способа обмена и т. д.

В любой цифровой системе информация передается от одного узла к другому с помощью 2х сигналов имеющих 2 дополнительных состояния.

Если информация передается по 1й линии путем представления логических уровней в виде последовательных рядов то это последовательная передача информации.

Достоинством такого способа связи является минимизация числа линий связей, но для передачи слова из N бит требуется n тактов синхронизации.

При другом виде передачи каждый из N бит посылается по отдельной линии, а линии упорядочиваются.

Информация передается по шине параллельно битами, а последовательно словами. Каждый элемент данных считывается с шины синхронно с системой синхронизации.

Работа микро ЭВМ сопровождается интенсивным обменом информации между МП, ПЗУ, ОЗУ, УВВ.

В конце обмена МП принимает данные расшифровывает их, периодически обращается к устройствам памяти и блокам устройства ввода вывода.

Для достижения ускорения передачи данных используются шины. При этом усложняются компоненты системы но улучшается производительность.