- •Предисловие
- •Глава 1
- •1.1. Средства микропроцессорной вычислительной техники
- •1.2. Основные характеристики, место и классификация микроЭвм
- •1.3. Индустрия микропроцессорных средств вт
- •Глава 2 элементная база микроэвм. Микропроцессоры
- •2.1. Микропроцессорные бис
- •2.2. Микропроцессор 8086
- •2.3. Развитие семейства мп 8086
- •Глава 3 элементная база микроэвм. Микропроцессорные семейства бис
- •3.1. Сопроцессоры
- •3.2 Интегральные микросхемы памяти
- •3.3. Интерфейсные схемы, контроллеры
- •3.4. Схемы обрамления
- •Глава 4 магистрально-модульная организация микроэвм
- •4.1. Интерфейсы и магистрали микроЭвм
- •4.2. Магистрали типа Multibus
- •4.3. Интерфейсы периферийного оборудования
- •4.4. Конструктивные особенности микроЭвм
- •Глава 5 аппаратура микроэвм
- •5.1. Периферия микроЭвм
- •5.2. Аппаратура персональных микроЭвм
- •5.3. Модульные системы и одноплатные микроЭвм
- •Глава 6
- •6.1. Операционные системы
- •6.2. Средства автоматизации программирования
- •6.3. Пакеты прикладных программ
- •1. Монография я учебные издания
- •2. Периодические издания
- •3. Фирменные издания
- •Глава 1. Введение в микропроцессорную технику .............................. 5
- •Глава 2. Элементная база микроЭвм. Микропроцессоры ...................... 18
- •Глава 3. Элементная база микроЭвм. Микропроцессорные семейства бис ............................................................................................................................ 81
- •Глава 4. Магистрально-модульная организация микроЭвм ……………108
- •Глава 5. Аппаратура микроЭвм ............. ……………………………….148
- •Глава 6. Программное обеспечение микроЭвм ........................................187
Глава 1
ВВЕДЕНИЕ В МИКРОПРОЦЕССОРНУЮ ТЕХНИКУ
С появлением (в начале 70-х годов) первого изделия микроэлектронной вычислительной техники — микропроцессора, вычислительные устройства на его базе завоевывают мир. В настоящее время невозможно указать область деятельности, в которой вычислительная машина была бы не способна помочь человеку или даже полностью его заменить, да и сам человек уже не может отказаться от помощи вычислительных машин, на которые он перекладывает свой непроизводительный труд. Вычислительные машины 50— 60-х гг. обладали теми же функциональными возможностями, что и современные микро ЭВМ. Однако вести семейный бюджет или управлять двигателем автомобиля с помощью ЭВМ, которая занимает площадь более 100 м2, требует обслуживания штатом высококвалифицированного персонала и стоит в сотни раз больше, чем сам автомобиль, было бы абсурдным. Использование же современных микроЭВМ для этих целей не только возможно, но и экономически оправдано.
Широчайший спектр применений микроЭВМ, который ограничивается не столько их техническими возможностями, сколько воображением и инициативой разработчиков, обусловлен следующими основными свойствами микропроцессорной вычислительной техники (МпВТ).
Универсальность. Любое вычислительное устройство, построенное на микропроцессорной основе, функционирует в соответствии с основным принципом работы цифровых вычислительных машин — принципом программного управления, что придает ему алгоритмическую универсальность. Таким образом, любая задача, алгоритм решения которой известен, может быть решена с помощью средств МпВт;
Гибкость. Средства МпВТ способны к быстрой и легкой перестройке в соответствии с требованиями и условиями конкретного применения;
Миниатюрность. Средства МпВТ имеют незначительные размеры, что позволяет встраивать их в различные изделия или использовать в обычных помещениях;
Микромощность. Современные технологии микроэлектроники обеспечивают создание интегральных схем с потребляемой мощностью в единицы или даже сотые доли ватта. Суммарное потребление электроэнергии законченным вычислителем может составлять от десятых долей до десятков ватт;
Дешевизна. Затраты на производство больших интегральных схем при массовом выпуске незначительны. Как следствие, стоимость средств МпВТ мала настолько, что, во-первых, они становятся доступны частным лицам, и, во-вторых, включение вычислителя в состав некоторого изделия несущественно повышает цену последнего;
Надежность. Малое количество элементов и межэлементных соединений в устройствах МпВТ, возможность автоматического контроля и диагностики значительно увеличивают время безотказной работы изделия в целом, сокращают расходы на его обслуживание.
Благодаря этим свойствам МпВТ является уникальным средством повышения интеллекта окружающей человека технической среды.
1.1. Средства микропроцессорной вычислительной техники
Ядром микропроцессорной вычислительной техники является базовое изделие современной микроэлектроники — микропроцессор (рис. 1.1). Термин микропроцессор (МП, microprocessor, µP, µCPU) обозначает одну или несколько больших интегральных микросхем, выполняющих функции центрального процессора универсальной цифровой вычислительной машины по обработке цифровой информации и управлению процессом обработки. Микропроцессор состоит из арифметико-логического устройства, устройства управления и синхронизации, регистров общего назначения, Микропроцессор является центральным элементом микропроцессорного семейства (microprocessor family) — набора (совокупности серий) больших интегральных микросхем, обеспечивающих построение микропроцессорных вычислительных устройств и систем с широким спектром системных и технических характеристик. Семейство состоит из микросхем, совместимых по своим электрическим, конструктивным и системным параметрам, но различных по своему функциональному назначению: микропроцессоры, сопроцессоры, элементы оперативной и постоянной памяти, микросхемы обрамление интерфейсные схемы и т. п.
На элементах микропроцессорного семейства строятся одноплатные микроЭВМ (single board computer, SBC). Одноплатная микроЭВМ — это цифровая вычислительная машина, вернее, ее «электронная» часть, выполненная в виде единого модуля на одной плате. Одноплатные микроЭВМ предназначены для построения вычислительных устройств, встраиваемых в законченные изделия. Как правило, они включают микропроцессор со схемами обрамление, элементы постоянного и оперативного запоминающих устройств, интерфейсные схемы для организации параллельного и последовательного ввода-вывода, схемы обработки запросов на прерывания и схемы, обеспечивающие подключение к стандартной системной шине. Для расширения возможностей одноплатных микроЭВМ и построения более мощных вычислителей выпускаются наборы совместимых модулей — семейства микропроцессорных модулей.
Рис. 1.1. Средства микропроцессорной вычислительной техники
Все модули семейства изготавливаются в виде плат одного (может быть нескольких) стандартного размера, имеющих выход на некоторую системную шину, по которой осуществляется межмодульный обмен информацией. В состав семейства модулей, как правило, входят: одноплатные микроЭВМ, математические (арифметические) расширители, расширители оперативной и постоянной памяти, контролеры периферийных устройств и прямого доступа к памяти, многоканальные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, модули ввода-вывода дискретной информации и т. д.
Наиболее распространенное и широко известное изделие микропроцессорной вычислительной техники — микроЭВМ (микрокомпьютер, microcomputer). Под микроЭВМ обычно понимается законченная цифровая электронная вычислительная машина, построенная с использованием элементов микропроцессорного семейства и/или микропроцессорных модулей и снабженная необходимыми периферийными устройствам и программным обеспечением. Практически все средства МпВТ в рамках одной системы (семейство модулей, одноплатные и законченные микроЭВМ) строятся с использованием принципов магистрально модульной организации:
стандартный интерфейс, конструктивная совместимость, единое программное обеспечение. Соблюдение этих принципов приносит существенные материальные выгоды: снижение затрат на производство компонент и его распараллеливание между разными изготовителями (многие конкурирующие фирмы выпускают совместимые между собой модули), простота построения, наращивания и реконфигурации вычислителей, упрощение их эксплуатации и обслуживания.
Человек, который работает с микропроцессорной вычислительной техникой, будь то инженер, решающий задачу проектирования некоторой схемы на персональной ЭВМ, либо домохозяйка, готовящая обед на плите с микропроцессорным управлением, непосредственно взаимодействует не с микропроцессором или запоминающим модулем, а с периферийными устройствами и программным обеспечением. Термином периферийные устройства (peripheral devices) обозначают любые устройства ввода, вывода и долговременного хранения информации, подключаемые к вычислительной машине. Иными словами, периферия — это «органы осязания» ЭВМ, ее глаза, уши, голосовые связки.
Все вышеперечисленное часто определяют одним термином — аппаратные средства МпВТ (hardware). Однако аппаратура сама по себе мертва и оживить ее можно только с помощью программного обеспечения (software), которое предназначено для организации целенаправленного функционирования вычислительной машины для достижения поставленной цели. Например, для организации диалога с клиентом при продаже билетов в автоматической кассе или расчета очередного хода при игре в шахматы на домашней ЭВМ.