Основные понятия
Эволюция развития микропроцессорной техники
Введение
Первый микропроцессор был изготовлен фирмой Intel в 1971 г. - Intel 4004
(Fclk = 0,75 МГц). До этого момента функции микропроцессора реализовывались с помощью набора ИС средней и малой степени интеграции (счетчики, регистры, сумматоры, комбинационная ложка и т.д.). Первый микропроцессор был 4-х разрядным, реализован по n-МОП технологии, содержал 2,3 тыс. транзисторов, выполнял 80 000 операций в секунду и 45 команд. Это был однокристальный центральный процессор, имеющий в своем составе четырехразрядный параллельный сумматор, 15 четырехразрядных регистров и стек.
Современный микропроцессор Alpha содержит 15,2 миллионов транзисторов (по данным 1999-2000 г.). Тактовая частота составляет 800 МГц, выполняет 5,2 миллиарда операций в секунду.
1673 г. – первое вычислительное устройство. Оно называлось Арифмометр. К. Лейбниц
1943 г. – вычислительная машина «Марк 1» на электромагнитном реле.
1945 г. – вычислительная машина на радиолампах.
1948 г. – изобретение транзистора..
1953 г. – Кирхе соединил несколько транзисторов на одной подложке
1958 г. – получены первые микросборки Нойсом и Кирхе.
Микропроцессор (МП) – это микросхема или совокупность небольшого числа микросхем (один или несколько кристаллов БИС), выполняющая над данными арифметические и логические операции и осуществляющая программное управление вычислительным процессом.
Микропроцессорная система (МПС)– специализированная информационная или управляющая система, построенная на основе микропроцессорных средств.
Микропроцессорный комплект (МПК) – набор различных ИМС различной степени интеграции, объединенных по конструктивно-технологическому признаку и предназначенных для совместного использования при построении МП, микроЭВМ, контроллеров и др.
Конструктивно-технологический признак – одна конструкция и технология изготовления. Один и тот же вид корпуса (один или разные) для объединения их в один.
3 вида МП:
1)универсальный
2)специализированный – для создания конкретной микроЭВМ (например, Электроника 60)
3)секционный – позволяют получать гибкую систему команд и позволяют набирать из секции любые разряды ЭВМ. Секции входят в различные комплекты.
ИМС делятся по степени интеграции (k)
N – число активных элементов на подложке.
МИС (1÷10) – ИС малой степени интеграции (например, элементы И, ИЛИ, НЕ)
СИС (10÷100) – средней степени интеграции (счетчики, регистры, буферное устройство)
БИС (100÷1000) – большие ИС (микроконтроллеры)
СБИС (> 1000) – сверхбольшие ИС (большие ОЗУ)
В МПК нет смешения технологий и конструктивно-технологический признаков.
Структурная схема трех-магистральной микроЭВМ
АЛУ – арифметическое логическое устройство (реализует вычислительные действия)
УУ – устройство управления
Устройство сопряжения (синхронизации). Включает в себя тактовый генератор, который выводятся из МП, т.к. чем больше частота, тем больше выделяется тепла. Применяется для уменьшения влияния генераторов.
УВВ – устройство ввода – вывода. Обмен информацией между внешним устройством и ЭВМ.
П. Ввод – порт ввода
П. Вывод – порт вывода
Шина адреса – для адресации шин памяти (однонаправленная)
Шина данных – основная шина данных (двунаправленная)
Шина управления (может быть двунаправленной)
ПЗУ – постоянное запоминающее устройство. При выключении питания информация не теряется.
ВУ – внешнее устройство – подсоединяется к шинам МП не непосредственно, а через ППА.
КПДП – контроллер прямого доступа к памяти – проставляет шину адреса и данных. Ведущее устройство в режиме DMA.
Система шин МПС:Для МП характерна трехшинная структура, содержащая шину адреса, двунаправленную шину данных и шину управления.
Основные характеристики:
- тип микроэлектронной технологии
- количество кристаллов, образующих МП, размеры кристалла, количество элементов (транзисторов) на кристалле, количество выводов корпуса кристалла
- длина (количество разрядов) слова
- быстродействие МП (тактовая частота, время выполнения команд основных операций)
- емкость адресуемой памяти
- тип управляющего устройства (схемное или микропрограммное управление)
- эффективность системы команд (количество команд, выполняемые операции, возможные способы адресации, наличие команд работы со стековой памятью, команд операций с битами, десятичными числами и т.п.)
- число уровней прерывания
- возможность прямого доступа к памяти
- пропускная способность интерфейса ввода-вывода
- количество и уровни питающих напряжений
- номинальные параметры используемых сигналов
- мощность
2 типа корпусов по конструкции:
1) Dip – контакты расположены так, что необходимо сверлить корпус.
2) Планарный – выводы соединены с контактными площадками и сверления не требуется.
В состав базового комплекта входят следующие основные БИС:
ИК 80А – центральный процессор (ЦП)
ГФ 24 – генератор тактовых импульсов (ГТИ)
ВК 28 (38) – системный контроллер (СК)
ИК 57 – контроллер прямого доступа в память (КПДП)
ВН 59 – программированный контроллер прерываний (ПКП)
ИК 55 – программируемый параллельный адаптер (ППА)
ВИ 53 – программируемый интервальный таймер (ПИТ)
ВА 86 (87) – шинный формирователь (ШФ)
ВГ 75 – контроллер клавиатуры и индикации
ВГ 79 – контроллер дисплея и клавиатуры (КД и КА)
Это универсальный комплект.
Каждая магистраль подключается через соответствующие устройства сопряжения. Чем больше линий шин адреса, тем мощнее машина. Чем больше линий шин данных, тем интеллектуальнее машина.
Данные перердаются в параллельной форме.
Режим прямого доступа к памяти – информация передается из внешнего устройства в устройство памяти, минуя МП (через шину данных) DMA.