13. Мікропрограмна реалізація комп’ютерів.

Микропрограмма (англ. firmware, «прошивка») — программное обеспечение, встроенное («зашитое») в аппаратное устройство. Часто представляется в виде микросхем флеш-ПЗУ или в виде файлов образов микропрограммы, которые могут быть загружены в аппаратное обеспечение.

Под микропрограммой понимается следующее:

• Компьютерная программа, записанная на интегральной микросхеме ПЗУ и управляющая работой аппаратного обеспечения.

• Программа, записанная на той же микросхеме, что и процессор и превращающая его в специализированный для управления аппаратным обеспечением (микроконтроллер).

• Программа по тактам, управляющая ресурсами вычислительного устройства (ALU, сдвигатели, мультиплексоры и др.). Обычно, в командном слове, выделяются отдельные биты для управления необходимым устройством.

• Программа конфигурирования различных ПЛИС (FPGA, CPLD, PAL и т. п.).

Зачастую различные по возможностям и цене приборы отличаются лишь версиями микропрограммы. Для обозначения версии микропрограммы используется номер партии аппаратного обеспечения или другие специализированные идентификаторы, часто смена «прошивки» производится изготовителем без уведомления потребителя.

Применение

Микропрограммы («прошивки») применяются везде, где применяются микропроцессоры: в мобильных телефонах, фотоаппаратах, измерительных приборах, телевизорах, платёжных картах и т. д. и т. п.

Примеры реализации

Широко известным примером является BIOS, поставляемая вместе с материнской платой компьютера и обеспечивающая начальную подготовку компьютера к запуску операционной системы.

«Прошивки» могут создаваться «с нуля» для данного конкретного типа устройства, либо иметь в основе готовую операционную систему, как правило, с открытым исходным кодом.

Так, для небольших устройств иногда используется FreeRTOS. В последнее время, в связи с удешевлением памяти, достаточно часто применяется GNU/Linux.

Для написания исходных текстов программ используются ассемблеры, язык Си, языки типа Verilog'а для микросхем с программируемой логикой (ПЛИС).

Юридические и финансовые вопросы

Несмотря на то, что применение микропрограмм в целом удешевляет конструирование и изготовление устройства, разработка «прошивки» обычно занимает бо́льшее время и стоит дороже, чем разработка аппаратного обеспечения прибора.

В связи с этим фирмы-производители, как правило, очень ревностно следят за сохранностью «прошивок»: лицензионное соглашение с потребителем запрещает извлекать и изучать «прошивки» тем или иным способом:

• самовольная замена «прошивки» на другую («перепрошивка») обычно прекращает действие гарантийных обязательств фирмы;

• процедуры обслуживания и изменения режимов работы микропрограмм обычно не разглашаются и в лучшем случае известны только работникам фирменных сервисных центров.

Некоторые фирмы (Microchip, Atmel и др.) производят микропроцессоры со встроенной программируемой памятью такой, что записанная на них программа уже не может быть считана штатными средствами. С другой стороны, фирмы-конкуренты иногда используют для считывания, например, электронные микроскопы.