Основные определения

Микропроцессор (МП). Изначально под микропроцессором понимали одну или несколько программно-управляемых интегральных схем, способных как минимум выполнить выборку инструкций из памяти их дешифровку и исполнение, осуществляя при этом прием, выдачу, обработку данных (арифметические, логические операции и в том числе принятие решений на основе булевой алгебры). Из этого следует, что микропроцессор как минимум содержит: АЛУ, устройство выборки со счетчиком команд, регистры для временного хранения данных, внутренние шины, по которым передаются адреса, сигналы управления, интерфейс с внешним миром. Отдельный микропроцессор не может функционировать, так как отсутствует основная память.

Микроконтроллер (МК) – устройство обработки данных, способное реализовать алгоритм в виде программы, ориентированное на совместную работу с машиной.

Микроконтроллер должен иметь на кристалле основную память.

Микро ЭВМ (ПК) – совокупность ПО и аппаратных средств, включая микроконтроллер, память устройства ввода-вывода, операционную систему, обладающая функциональной законченностью, предназначенная для взаимной работы с оператором.

Микропроцессорная система – любая измерительная, вычислительная, управляющая система, обрабатывающим устройством которой является микроконтроллер или микропроцессор.

Встроенная микропроцессорная система – системы, которая конструктивно входит в состав изделия и не выступает в качестве ЭВМ, а жестко запрограммирована на обработку данных в изделии.

В дальнейшем термин микропроцессор используется для обозначения микропроцессора и микроконтроллера.

1976 год – компания Intel выпустила первую микросхему МК I 8048, I 8051 – Гарвардская архитектура², для обработки событий рассматривают перепады напряжения из логического 0 в логическую 1 и обратно, развитая система команд для обработки логических операций.

1980-81 гг. – японская компания NEC (Nippon Electric Corporation) выпустила первый карманный компьютер

Обработка сигналов сводится к задаче фильтрации:

1. Дискретизация сигналов (разбиваем на равные промежутки)

Схема 1. Дискретизация сигналов

2. Квантование (обработку необходимо закончить до прихода следующей выборки)

Схема 2. Квантование сигналов

3. Преобразование из временной области в частотную

4. Обработка сигналов в частотной области

5. Обратное преобразование из частотной во временную область

6. Сглаживающие фильтры для восстановления синусоиды (для восстановления синусоиды достаточно двух выборок на период)

7. Сложные сигналы представляем в виде гармоник

1982 год – DSP (digital signal processing) – цифровая обработка сигналов

– компания TI выпустила процессор TMS 32010, являющийся DNS-процессором (выполняет вычисления с плавающей точкой, MAC³) – модернизированная Гарвардская архитектура (память данных предназначена только для данных, память программ – для данных и инструкций), говорят как о стандарте

Классификация микропроцессорных средств

Схема 3. Классификация процессорных средств

Основные характеристики микроконтроллеров

• производительность (пиковая, реальная);

• потребляемая мощность;

• стоимость;

• размерность шины данных;

• размерность шины адреса;

• архитектура процессора;

• параметры микросхемы (напряжение питания, ток потребления;)

• параметры входных и выходных сигналов ( допустимый ток нагрузки).

Архитектура 8-разрядных микроконтроллеров

Базовая архитектура X51 – совместимых микроконтроллеров

МК выпускаются в виде некоторых семейств. Различные семейства отличаются ядром(core). Ядро включает как CPU, так и память и основные периферийные устройства. Внутри семейства МК имеют одно и то же ядро, но различаются объемом памяти и полным набором периферийных устройств.

Базовая модель – МК I8051(Официальное название 8051-семейства микроконтроллеров Intel — MCS 51)

Схема 4. Архитектура ядра базовой модели МК I8051

Шина данных – 8 разрядов, адреса – 16 разрядов.

BC (bus controller – контроллер шины) – преобразует сигнал управления CPU в сигнал управления шиной

(external access)- позволяет работать с внешней памятью

PSEN – чтение памяти программ

CPU – центральное процессорное устройство, занимающееся обработкой данных

RAM (read only memory) – объём 256 байт

T/C – таймеры/счётчики – могут работать в том или ином режиме:

Т – считают импульс тактовой частоты

С – считают внутренний импульс

OSC – резонатор частотой 12 МГц

IC – контролер прерываний

I/O – параллельные порты ввода\вывода (возможно программирование отдельных линий порта)

SP – последовательный порт

ALE – строп защёлкивания младшего байта адреса. Старший байт выводится через порт Р2, младший – через Р0.

– read

- writw

PSEN –сигнал, эквивалентный сигналу read, но для памяти программ

SP – приём и передача – осуществляются битами

TxD – линия передачи

RxD – линия приема

Данная модель использует Гарвардскую архитектуру процессора которая предполагает наличие отдельной памяти инструкций и данных, отдельные шины памяти инструкций и памяти данных. Последнее позволяет иметь в общем случае различную разрядность той и другой памяти. Процессоры х86 же в свою очередь используют классическую модель Фон Неймона, в которой память объединена. Для таких процессоров распределением памяти занимается операционная система.