1.15 Особливості та принципи побудови пристроїв з використанням «жорсткої» та «програмованої» логіки.

Сущ два принципиально разных подхода к проектированию цифровых устр-в: использование принципа схемной логики или использование принципа программируемой логики.

В первом случае в процессе проектирования подбирается некоторый набор цифровых микросх и определяется такая схема соединения их выводов, которая обеспечивает требуемое функционирование. Устр-ва, построенные на таком принципе системной логики, способны обеспечивать наивысшее быстродействие при заданном типе технологии эл-тов. Недостаток этого принципа построения МКУ состоит в невозможности "перестройки" структуры устр-в и систем при необходимости изменения или расширения их функциональных возможностей.

Эти обстоятельства заставляют обратиться к другому подходу в проектировании цифровых устр-в, основанному на использовании принципа программируемой логики. Этот подход предполагает построение с использованием одной или неск БИС некоторого универсального устр-ва, в кот. требуемое функционирование обеспечивается занесением в память устр-ва определенной программы. В зависимости от введенной программы такое универсальное управляющее устр-во способно обеспечивать требуемое управление операционным устр-вом при решении самых различных задач. В этом случае число типов БИС, необходимых для построения управляющего устр-ва, небольшое, а потребность в БИС каждого типа высока. Это обеспечивает целесообразность их выпуска промышленностью.

Наивысшее быстродействие достигается в процессорах, в кот. управляющее устр-во строится с использованием системной логики, а операционное устр-во выполняется в виде устр-ва, специализированного для решения конкретной задачи.

Если в устр-ве, построенном на принципе системной логики, всякое изменение или расширение выполняемых ф-ций влечет за собой демонтаж устр-ва и монтаж устр-ва по новой схеме, то в случае МКУ благодаря использованию принципа программируемой логики такое изменение достигается заменой хранящегося в памяти программы новой программой, соответсвующей новым выполняемым устр-вом ф-циям. Такая гибкость применений, а также высокая точность помехозащищенность, характерные для цифр методов, обусловили бурное внедрение МКУ в различные сферы производства, научные исследования и бытовую технику.

Микроконтроллерные и микропроцессорные устр-ва в свою очередь обеспечили широкое использование цифровых методов в различных технических применениях.

Дуализм "программные средства - аппаратура"

Проектирование МКС производится на базе определенных ОМК. Разработчикам аппаратуры на основе ОМК недоступен ур-нь отдельных транз, связей между ними. Микроконтроллер воспринимается как нечто цельное, имеющее различные св-ва, заложенные в его арх-ре.

Архитектура микроконтроллера - это его логическая организация, определяемая возможностями МК по аппаратурной или программной реализации функций, возлагаемых на проектируемые МКУ. Архитектура отражает структуру МК, способы представления и форматы данных, набор операций, форматы управляющих слов, способы обращения ко всем доступным для пользователя элементам структуры, реакцию МК на внешние сигналы.

При разработке МКС необходимо определить, какая часть функций при создании конкретных МКС должна быть реализована программным способом, а какая - с помощью дополнительных аппаратных средств. Поэтому при проектировании МКС необходимо:

1. дать описание концептуальной модели функционального поведения МКС и рекомендации по организации вычислительного процесса в микроконтроллерной аппаратуре;

2. определить структуру и особенности построения программных средств;

3. описать характеристики внутренней организации потоков данных и управляющей инфо;

4) провести анализ функциональной стр-ры и особенности физической реализации устр-в МКС с позиций сбалансированности программных и аппаратных средств.

При разраб арх-ры МКУ определяют форматы данных, обосновывают требов к интерфейсам. Правильный выбор арх-ры дает возможн оптимизиров вычисл процесс реа-лизации алгоритмов функционирования МКУ на выбранных аппаратурных средствах. В МКУ процесс оптимизации начинается с решения компро-миса "программные средства - аппаратура", кот. заключается в том, что в МКУ любое функциональное преобразование может быть осуществлено как программным путём.