Литература

Основная

1. Жаворонков М.А. Электротехника и электроника. – М.: Академия, 2005. – 400 с.

2. Новиков Ю.Н. Электротехника и электроника. – СПб.: Питер, 2005. – 384 с.: ил.

3. Схемотехника электронных систем / Под ред. В.И. Бойко. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 496 с.

Дополнительная

1. Касаткин А.С. Курс электротехники. – М.: Высшая школа, 2005. – 542 с.: ил.

2. Миловзоров О.В. Электроника. – М.: Высшая школа, 2005. – 288 с.: ил.

3. Стешенко В.Б. P-CAD. Технология проектирования печатных плат. – СПб.: Питер, 2005. – 720 с.: ил.

4. Хамахер К. Организация ЭВМ. – СПб.: Питер, 2003. – 848 с.: ил.

5. Цилькер Б.Я. Организация ЭВМ и систем. – СПб.: Питер, 2006. – 668 с.: ил.

Специальность (шифр), форма обучения	Вычислительные машины, комплексы, системы и сети (230101.65), очная
Название дисциплины	Схемотехника
Курс, семестр	IV, VII
Ф.И.О. преподавателя – разработчика материалов	Ткачук И.Ю.

Лекция 19

Раздел 7. Микропроцессорные комплекты бис/сбис. В данной лекции затронуты следующие вопросы:

Современные отечественные и зарубежные микропроцессорные комплекты. Перспективы развития. Совместная работа БИС/СБИС в составе цифровых устройств.

Базовыми, в микропроцессорной технике, являются такие понятия, как: «микропроцессор», «ИС», «ИМС», «БИС», «СБИС», «микропроцессорный комплект БИС», «микропроцессорное устройство», «микропроцессорная система», «микропроцессорная техника», «микроЭВМ» (общего назначения и специализированные), «встроенная микроЭВМ», «компьютер персональный», «бытовой персональный компьютер», «профессиональный персональный компьютер», «микроконтролер» и др.

Кроме того, в микропроцессорной технике используются понятия, относящиеся к вычислительной технике, и в частности «магистраль», «шина», «интерфейс», «системный интерфейс», «периферийный интерфейс», «адаптер», «протоколы», «линия интерфейса» и др.

При изучении программных средств в микропроцессорной технике употребляются общие понятия, совпадающие по названию с понятиями описания программных средств в вычислительной технике, в частности «алгоритм», «программа», «программное обеспечение» и др.

Одним из главных, базовых понятий микропроцессорной техники, является «микропроцессор».

Микропроцессор — это сложное программно управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненное в виде одной или нескольких интегральных микросхем повышенной степени интеграции (БИС или СБИС).

Интегральная микросхема (ИМС) — это микроэлектронный прибор, который выполняет определенную функцию преобразования, обработки сигналов и (или) накопления информации, который имеет большую внутреннюю плотность упаковки электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов) и (или) кристаллов и рассматривается в аспекте требований испытаний, поставки и эксплуатации изделий радиоэлектроники как единое целое.

Полупроводниковая ИМС — интегральная микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены внутри и на поверхности полупроводника.

Цифровая ИМС — интегральная микросхема, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, которые изменяются по закону дискретной функции.

Степень интеграции — показатель степени сложности ИМС, который характеризуется количеством элементов и компонентов, которые содержатся в ней. Степень интеграции определяется по формуле k = lgN, где k — коэффициент, который определяет степень интеграции, значения которого округляются к наибольшему целому числу; N — число элементов и компонентов ИМС.

Большая интегральная микросхема (БИС) — интегральная микросхема, которая содержит 500 и больше элементов, изготовленных по биполярной технологии, или 1000 и больше элементов, изготовленных по МОП-технологии, сверхбольшая интегральная схема (СБИС) содержит свыше 10 000 элементов.

Комплект БИС — совокупность типов БИС, которые выполняют разнообразные функции, совместимые по архитектуре, конструктивному исполнению, электрическим параметрам и обеспечивающих возможность их совместного использования при изготовлении микропроцессорной техники.

Микропроцессорный комплект (МПК) — совокупность микропроцессорных и других ИМС, совместимых по архитектуре, конструктивному исполнению и электрическим параметрам и обеспечивающих возможность их совместного использования.

Микропроцессор описывается многочисленными параметрами, присущими как электронным приборам (быстродействие, потребляемая мощность, габариты, масса, количество уровней питания, надежность, стоимость, тип корпуса, температурный диапазон и др.), так и вычислительным средствам (разрядность, цикл выполнения команды или микрокоманды, количество внутренних регистров, наличие мікропрограмного уровня, тип стековой памяти, состав программного обеспечения и др.).

Микропроцессорное устройство (МПУ) — функционально и конструктивно законченное изделие, представляющее из себя схемно-конструктивное соединение нескольких микросхем, в том числе одного или нескольких микропроцессоров, предназначенное для выполнения одной или нескольких функций: получение, обработка, передача, преобразование информации и управления.

МПУ имеет унифицированные соединительные характеристики (интерфейс, конструкцию и др.) и функционирует в составе определенной технической системы.

Микропроцессорная система (МПС) — это совокупность значительного количества функциональных устройств, одним из которых есть микропроцессор.

Микропроцессор является ядром этой системы и выполняет функции центрального устройства управления и устройства арифметическо-логического преобразования данных. Все устройства МПС имеют стандартный интерфейс и подключаются к единой информационной магистрали.

Микропроцессорная техника — это микропроцессоры и устройства вычислительной техники (ВТ) и автоматики, выполненные на их основе.

Это наиболее обобщенные понятия вычислительной техники. На сегодня почти вся ВТ строится на базе микропроцессорных устройств.

МикроЭВМ общего назначения — это микроЭВМ, которые имеют большие операционные ресурсы, приспособленные для обработки разнообразных числовых и текстовых данных и предназначенные для использования в вычислительных центрах.

Это наиболее распространенный класс микроЭВМ, являющийся базовым для персональных компьютеров

Специализированные ЭВМ — это ЭВМ, предназначенные для реализации определенного конкретного алгоритма: преобразования Фурье, вычисления корреляционных функций и др.

Они являются узкопрофильными ЭВМ с ограниченным количеством системных команд.

Встроенная микроЭВМ (микропроцессорное устройство) — блок обработки данных и управления, предназначенное для использования в бытовых приборах, системах технологического контроля или управления, периферийных устройствах ЭВМ, оргтехнике и др.

Наиболее массово эти ЭВМ используют в бытовой технике (телевизоры, магнитолы, стиральные машины и др.)

Компьютер персональный (персональная ЭВМ) — диалоговая система индивидуального пользования, реализованная на базе микропроцессорных средств, малогабаритных внешних запоминающих устройств и устройств регистрации данных, которые обеспечивают доступ ко всем ресурсам ЭВМ с помощью развитой системы программирования на языках высокого уровня.

Это небольшая по размерам и по стоимости универсальная микроЭВМ, предназначенная для индивидуального пользования. Бытовые персональные компьютеры выполняют функции домашнего информационного центра. Профессиональные персональные компьютеры предназначены для автоматизации разнообразных операций обработки больших объемов информации на рабочем месте специалиста.

Микроконтролер — управляемое устройство, выполненное на одном или нескольких кристаллах, функциями которого есть логический анализ и управление.

Классификация микропроцессоров и их основные параметры

По количеству БИС различают однокристальные, многокристальные и многокристальные секционированные МП.

Однокристальные МП реализуют все аппаратные средства процессора в виде одной БИС или СБИС. Однокристальний МП имеет фиксированную разрядность, набор команд и конструктивно выполнен в виде одной интегральной схемы (ИС). Все осуществляемые им операции определяются набором команд МП. Особенностью однокристального МП есть наличие внутренней магистрали для передачи внутренних информационных данных и управляющих сигналов. Возможности этих МП ограниченны аппаратурными ресурсами кристалла и корпуса, но с увеличением степени интеграции кристалла и количества выводов корпуса параметры МП непрерывно улучшаются.

В многокристальних МП логическая структура распределяется на функционально законченные части, которые реализуются в виде отдельных БИС и СБИС или отдельных кристаллов в одной СБИС.

Многокристальные секционированные МП состоят из набора микропроцессорных секций.

Микропроцессорная секция — это микропроцессорная интегральная схема, которая реализует часть МП и имеет средства простого функционального объединения с однотипными или другими микропроцессорными секциями для построения законченных МП, МПУ или микроЭВМ.

Управление секционированными МП осуществляется микропрограммными средствами. К секционированным МПК относятся БИС серий: К1800, КР1802, КМ1804 и др. Главное их назначения — создания высокопроизводительных многоразрядных МП и МПК, на базе которых реализуются разнообразные управляющие вычислительные системы.

Основу МПК БИС составляет базовый комплект ИМС одной серии. Он может состоять из ИС однокристального МП с фиксированными разрядностью и набором команд или комплекта БИС однокристального МП. Для расширения функциональных возможностей МП базовый МПК БИС дополняется другими типами БИС: ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ, интерфейсными интегральными схемами, контролерами внешних устройств и др.

По типу обрабатываемых сигналов различают цифровые и аналоговые МП. В обоих типах МП обработка информации цифровая. В цифровых МП обрабатываются сугубо цифровые сигналы, а в аналоговых для обработки аналоговых сигналов встроено аналого-цифровое устройство (АЦП) и цифроаналоговий преобразователь (ЦАП). В них входные аналоговые сигналы передаются в МП через АЦП, обрабатываются в цифровой форме, превращаются в аналоговую форму в ЦАП и поступают на выход.

Выбор микропроцессорного комплекта

для проектирования вычислительных устройств и систем

Выбор МПК для конкретного вычислительного устройства или системы есть наиболее сложной задачей. Это связано с постоянным возрастанием количества МПК и БИС в них.

При выборе МПК аппаратура должна отвечать определенным требованиям: работа в режиме реального времени; повышенная надежность; помехоустойчивость; простота обслуживания; наличие фиксированного набора задач, которые решаются многократно на протяжении всего срока эксплуатации аппаратуры.

Выбор МПК осуществляют по трем основными критериями:

1. в аспекте разработки математического обеспечения нужно проанализировать разрядность, количество доступных для использования регистров общего назначения, набор команд и способы адресации, наличие и организацию стека;

2. относительно системного проектирования необходимо определить: тип архитектуры МП (секционированные или однокристальные), тип организации управления (микропрограммное или с жесткой логикой), наличие логически совместных БИС из других комплектов, быстродействие МП, возможность прерывания и прямого доступа к памяти, наличие системы автоматизированного проектирования;

3. с точки зрения разработки аппаратных средств МПС необходимо учитывать: электрическую совместимость БИС, количество источников питания и рассеиваемую мощность, размер и тип корпуса, количество выводов, диапазон рабочих температур и др.

Выбор МПК для конкретного применения часто осуществляют на основании данных о технологии, по которой он изготовлен.