Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
лекции / Лекции34234.doc
Скачиваний:
61
Добавлен:
21.02.2014
Размер:
287.23 Кб
Скачать

Обоснование выбора микропроцессора

Для конкретной области применения микропроцессора можно сформулировать ряд требований к аппаратуре, программному обеспечению и вспомогательным средствам.

Требования к микропроцессору, как к элементу системы, определяются функциональным назначением системы.

Можно выделить 4 сферы применения микропроцессоров:

1) Встроенная система управления (ВСУ).

Это, например, программное управление станками, контроль расхода топлива и т. д.

Микропроцессоры во ВСУ выполняют функции, ориентированные на обработку входных и выходных сигналов, т.е. процессоров предварительной обработки данных, представленных в аналоговой форме.

В этом случае важна надежность, способность быстрого выполнения арифметических и логических операций.

2) Микропроцессоры, управляющие процессом или объектом в реальном времени (УРВ).

Микропроцессор должен обладать высокой производительностью, иметь системные средства защиты питания и автоматического перезапуска после сбоя.

3) Микропроцессоры, управляющие процессом приема-передачи сообщений (ППС).

Работают с нечисловой информацией. Используются для передачи сообщений между терминалами. Важны: способ адресации, быстродействие.

4) Система для научно-технических расчетов.

Необходимы развитые средства взаимодействия с пользователем, программное обеспечение языками высокого уровня, развитая система команд.

Критерии выбора микропроцессора

Микропроцессор одновременно рассматривается как вычислительное устройство и как ИС. Как вычислительное устройство микропроцессор характеризуется следующими параметрами:

  1. Разрядность обрабатываемых данных и выполняемых команд;

  2. Способность к наращиванию разрядности;

  3. Время выполнения команд типа «регистр-регистр», «регистр-память»;

  4. Число команд;

  5. Число внутренних регистров (РОН, индексных, арифметических, вспомогательных);

  6. Возможность обеспечения режима прерывания;

  7. Число уровней прерываний;

  8. Тип интерфейса;

  9. Наличие и объем стека;

10) Объем адресуемой памяти;

11) Наличие канала прямого доступа к памяти;

12) Число входных и выходных шин и их разрядность.

Как ИС микропроцессор характеризуется следующими параметрами:

1. Тип базовой технологии;

2. Степень интеграции элементов;

3. Число источников питания, их номиналы;

4. Тип корпуса;

5. Помехоустойчивость;

6. Нагрузочная способность;

7. Устойчивость к климатическим, радиационным, механическим факторам;

8. Стоимость;

9. Число микросхем в МПК и число микросхем МПК, необходимых и достаточных для построения 16-разрядных микропроцессоров.

Комплексный анализ по всем приведенным параметрам, имеющим различную ее природу и вес затруднителен, поэтому выбираются наиболее значительные параметры в каждом конкретном случае, или с помощью весовых коэффициентов.

Критерий

выбора

Область применения

ВСУ

УРВ

ППС

НТР

1. Производительность

+

+

2. Развитая адресация

+

+

3. Многоуровневые прерывания

+

+

4. Развитый ввод/ввод

+

+

5. Таймер

+

+

6. Канал прямого доступа

+

7. Защита питания

+

8. Высокая надежность

+

+

9. Автоматический перезапуск после сбоя

+

10. Программное обеспечение

+

+

11. Средства взаимодействия с пользователем

+

Оценка качества и выбор того или иного типа микропроцессора для конкретной области применения проводится ориентировочно, например с учетом весовых коэффициентов, учитывающих важность того или иного параметра для потребителя.

Критерий выбора

Весовой коэф., %

Диапазон параметров

Бал значимости

Разрядность данных

20,0

4;8

16

32

1

2

4

Эффективность системы команд

15,0

малый

средний

высокий

1

2

4

Число уровней приоритетных прерываний

10,0

до 8

16-32

64 и более

1

2

4

Время реакции на прерывание (мс)

13,0

более 10

1-10

менее 1

1

2

4

Аппаратные арифметические расширители

10,0

отсутствует

средний

обширный

1

2

4

Критерий выбора

Весовой коэф., %

Диапазон параметров

Бал значимости

Число индексных регистров

12,0

до 8

16-32

более 64

1

2

4

Емкость памяти, кВ

10,0

менее 16

16-64

более 64

1

2

4

Цикл памяти (мс)

10,0

более 2

1-2

менее 1

1

2

4

По данным таблицы можно получить числовую оценку в баллах аппаратурных средств. Предполагаем наиболее простой и наиболее сложный микропроцессор (от 100 до 400 баллов).

QЦ = , Бi – бал значимости;

i – критерий выбора;

Кi – весовой коэффициент;

ОЦ – оценка.

Все реальные системы могут быть оценены промежуточным значением баллов. Сопоставление числового значения этой оценки с граничным значением позволит выбрать совокупность параметров системы.

ОДНОКРИСТАЛЬНЫЕ МИКРОПРОЦЕССОРЫ

Однокристальный восьмиразрядный процессор

Структурная схема обобщенного восьмиразрядного микропроцессора

Схема имеет внешнюю 8-ми разрядную шину, по которой передаются данные, коды команд и адреса.

УУ – устройство управления - в соответствии с дешифрованными кодами команд и внешними управляющими сигналами генерирует управляющие сигналы для всех блоков структурной схемы.

ДШК - дешифратор команд - формирует сигналы для УУ в соответствии с дешифрованным кодом команды.

РгК - в 8-ми разрядном регистре команд хранится машинный код команды (1 байт).

АЛУ – комбинационная схема на основе сумматора и логических элементов, которые сигналами с выходов УУ настраиваются на ту или иную (арифметическую или логическую) операцию.

А - аккумулятор – 8-ми разрядный регистр, в котором хранится один из операндов двухоперандных команд, а также результат операции.

ВА, ВР - временной регистр, временной аккумулятор – 8-ми разрядные буферные регистры, позволяющие отделить входы АЛУ от его выходов.

F – регистр флагов - несколько триггеров (5 и 6), которые устанавливаются в единичное или сбрасываются в нулевое состояние в зависимости от результата операции в АЛУ.

РОН – блок 8-ми разрядных регистров общего назначения, в которых хранятся данные и промежуточные результаты. РОН можно рассматривать как быстродействующее ОЗУ. Имеет наибольшее быстродействие среди ОЗУ различных типов, т.к. размещено непосредственно на кристалле БИС микропроцессора.

Некоторые типы 8-ми разрядных процессоров кроме 8-ми разрядных РОН содержат 16-ти разрядные индексные регистры для организации косвенной адресации. Иногда предполагается обращение к паре 8-ми разрядных регистров, как к одному 16-ти разрядному.

М - мультиплексор – устройство, содержащее РОН с внутренней шиной микропроцессора.

SP – указатель стека – 16 разрядный регистр, в котором хранится адрес последней занятой ячейки стека.

IP – указатель команд – 16 разрядный регистр, в котором хранится адрес последней выполненной команды.

После выборки из памяти программ очередного байта команды содержимое указателя команд увеличивается на единицу.

БА, БД – буферные регистры адреса и данных – регистры с 3 состояниями, предназначенные для формирования сигнала на линиях шин адреса и шин данных.

СИД – схема инкремента и декремента – устройство, позволяющее без участия АЛУ увеличить или уменьшить на единицу содержимое одного из регистров РОН, SP или IP.

Конструктивно БИС 8-ми разрядного микропроцессора выполнено в корпусе с 40 выводами, из которых 16 приходятся на шину адреса, 8 на шину данных, 2 (или 4) на шину питания, остальные – на линии шины управления.

F1, F2 – входы двух не перекрывающихся последовательностей импульсов синхронизации.

F1

t

F2

t

RESET – вход сигнала начальной установки (сброса).

READY – вход сигнала готовности внешнего устройства или памяти к обмену. Используется для организации обмена с менее быстродействующими по сравнению с микропроцессором устройствами.

WAIT – ожидание – выход сигнала подтверждения ожидания. Активный уровень (1) свидетельствует, что процессор перешел в режим ожидания и выполняет такты ожидания.

HOLD – вход сигнала запроса ПДП – выходной сигнал. Активный уровень свидетельствует о том, что процессор перевел свои шины адреса, данных и управления в 3 состояние (состояние высокого сопротивления).

HLDA – выход сигнала подтверждения ПДП.

INT – вход сигнала запроса прерывания.

INTE – выход сигнала разрешения прерывания.

DBIN – чтение. Выход сигнала (1- Н уровень) свидетельствует о том, что двунаправленная шина данных находится в режиме приема информации.

- сигнал записи. Активное состояние (0 – L уровень) этого сигнала свидетельствует о том, что двунаправленная шина данных находится в режиме выдачи информации.

SYNC – выход сигнала синхронизации (S). Высокий уровень свидетельствует о том, что по шине данных передается байт состояния, который используется для формирования некоторых управляющих сигналов.

Схемы конкретных микропроцессоров отличаются количеством и обозначением регистров, а также некоторыми управляющими сигналами.

Например: в микропроцессоре i8085 вместо двух сигналов F1, F2 используется один – синхронизации; вместо сигнала DBIN используется READ. Низкий уровень этого сигнала свидетельствует о том, что двунаправленная шина данных находится в режиме приема информации.

В микропроцессоре i8085 есть дополнительный сигнал M/I-O (Memory/Input-Output) – признак обращения к памяти (в случае логической 1) или к устройствам ввода/вывода (в случае логического 0). Этот сигнал заменяет сигнал синхронизации.

Схема работает следующим образом: при включении питания или формирования сигнала начальной установки Reset содержимое указателя команд приобретает нулевое значение и начинается машинный цикл выборки команды из памяти.

Содержимое ячейки памяти по нулевому адресу через буферный регистр данных и внутреннюю шину микропроцессора поступает в регистр команд, после этого в дешифратор команд.

В соответствии с дешифрированными кодами команд и внешними сигналами синхронизации и управления устройство управления формирует управляющие импульсы для каждой микрооперации команды.

Программной моделью микропроцессора называется совокупность программно доступных регистров (содержимое которых можно прочитать или изменить с помощью команд).

Например: в КР580ВМ80 (i8080) РОН, аккумулятор, регистр флагов, указатель стека, указатель команд, в которых хранится адрес команды.

Максимально-возможная емкость памяти с прямой адресацией определяется количеством разрядов шины адреса. Большинство 8 разрядных микропроцессоров имеют 16 разрядную шину адреса, т. е. могут адресовать 216 = 64 кБ памяти.

Микропроцессоры с 8 разрядной шиной данных имеют 4 основных режимов адресации операндов:

- прямая адресация (второй и третий байты команды содержат адрес операнда);

- регистровая адресация – в мнемонике команды указывается регистр общего назначения, в котором находится операнд;

непосредственная адресация – во 2 и 3 байтах команды указывается 8-ми или 16 –битовый операнд;

косвенная регистровая адресация – указывается регистр или пара регистров, содержащая адрес ячейки памяти.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке лекции