Справочное пособие - микросхемы и их применение (1086445), страница 32
Текст из файла (страница 32)
5.2).Стремление повысить быстродействие МП вычислительных средств привело к совмещению во временинезависимых микроопераций. Например, пока выполняется третья и четвертая микрооперации (ЗМО и 4МО),проводится подготовка следующего цикла, т. е. выполняются первая и вторая микрооперации (рис. 5.7). Способвыполнения микропрограмм, при котором осуществляется частичное наложение нового цикла на предыдущий,называется конвейерным. Длительность цикла указывается в качестве одной из характеристик МП. Например,для МП К589 серии оно составляет 150 нc.Рис. 5.7. Конвейерный способ выполнения микропрограммЕстественный порядок выполнения МК может быть нарушен при использовании признака полученногорезультата. Таким образом, МП с микропрограммным управлением допускает изменение и наращивание спискакоманд, что обеспечивает гибкость в использовании МП для решения разнообразных задач.Микропрограммный уровень управления характерен для многих выпускаемых промышленностью МП.Микропроцессор работает с числами конечной и вполне определенной длины (разрядности), выражаемой вбитах или байтах (один байт равен 8 битам).По способу формирования разрядности обрабатываемых чисел МП подразделяют на МП с фиксированной иМП с наращиваемой разрядностью чисел.
Микропроцессор с фиксированной разрядностью, напримервосьмиразрядный К580ИК80, может непосредственно обрабатывать числа в 1 байт. Увеличить разрядностьможно только программным путем. Программа составляется таким образом, чтобы была обеспечена обработкачисла по частям. Скорость обработки при этом существенно снижается. Такие МП имеют однокристальноеисполнение.Микропроцессоры с наращиваемой разрядностью обрабатываемых чисел составляются из несколькихфункциональных узлов, каждый из которых выполняется в виде БИС. Основным функциональным узломтакого МП является центральный процессорный элемент (ЦПЭ) предназначенный для обработки нескольких (2,4, 8, 16) разрядов чисел и допускающий объединение с другими ЦПЭ для формирования процессора стребуемой разрядностью.Центральный процессорный элемент в своей структуре содержит А.ЛУ, регистры, мультиплексоры,дешифраторы микрокоманд.Наряду с ЦПЭ для формирования МП рассматриваемого класса используются БИС блокамикропрограммного управления (на мое часто «управляющей памятью», различные сопрягающие БИС.Соединяя ЦПЭ и другие микросхемы комплекта, можно получить микро-ЭВМ с нужной разрядностьюобрабатываемых чисел.5.3.
ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПЛЕКТОВМИКРОПРОЦЕССОРНЫХ БИСВ систему основных показателей, по которым в первом прибтгчсгш! оценивают свойства МП, обычновключают следующие Характеристики (см. табл. 5.3) [6, 8, 53, 55].1 Разрядность информационных чисел обрабатываемых как единое целое. От этого показателя взначительной мере зависят функциональные возможности МП и эффективность его применения: чем вышеразрядность обрабатываемых МП чисел, тем шире круг задач, для решения которых он может бытьиспользован.Характеристикамикро процессораК 580К582К 583Комплекты МИ БИСК584К580К581К587К588К 536Разрядность, бит (Н2Н4Н8Н4H81641116Н8наращивае-мая)Время цикла, мкс0,151,751 ,090900,42,02,030Число команд(512) (4608) (256)(459)7884(108)(594)168(микрокоманд)Число РОН11816868816—Потребляемая(240)(145)(560)14075090050570мощность, мВт (ток,мА)Напряжение питания,5555-5; 12+ 5; 1295— 24;В+1,2ТехнологияТТЛШ иилИИЛИИЛ n-МДП л-МДП кмдпкмдпp-МДПЧисло выводов284848484848484248корпусаРазрядность может быть, как отмечалось, фиксированной и наращиваемой.
У МП серий К.580 и К581разрядность чисел фиксирована и равна 8 и lb бит соответственно. Такой разрядности вполне достаточно длямногих применений. Основная группа МП имеет наращиваемую структуру с кратностью от 2 (К589) до 16 бит(К588). На их основе можно, следовательно, строить МП вычислительные средства с различной длинойобрабатываемых чисел и для различных областей применений.2.
Быстродействие. Характеризуется временем цикла. Наиболее быстродействующим является МП серииК589, у которого длительность цикла 150 не и тактовая частота 10 МГц. Большинство МП характеризуетсядлительностью цикла 1 — 2 мкс и работает при тактовых частотах 1 — 2 МГц.3 Число основных команд или микрокоманд. Обычно число команд составляет 70 — 100. Чем больше разныхкоманд, тем удобнее составлять программы.4. Адресуемая емкость памяти. Информационная емкость памяти количественно определяется числомячеек, в которых одновременно могут храниться числа. Для обращения к ячейке МП должен послать в ЗУ кодее номера — адрес хранящегося там числа Чтобы иметь возможность обратиться к любой ячейке, надообеспечить соответствующее число разных кодовых комбинаций, которыми определяется адрес.Пусть число разрядов кода адреса n, тогда число разных комбинаций равно 2n — это и будет адресуемойемкостью памяти.
Память в МП вычислительном средстве является, как правило, внешней по отношению к МПи ее информационная емкость в принципе может быть очень большой, но все дело в том, какую часть этойпамяти может использовать МП.Следовательно, для определения информационной емкости адресуемой памяти надо знать разрядность кодаадреса или, иначе, разрядность адресной шины, по которой код поступает в ЗУ. Например у МП К580ИК80разрядность адресной шины равна 16, значит по ней можно обеспечить доступ к ЗУ по 213=64 К адресам (1К=210)5 Число внутренних регистров общего назначения РОН.
Типичное их число8...16, но может быть и больше.Эти регистры составляют внутреннюю память. Поэтому чем больше их, тем больше оперативной информацииможно разместить в МП и сократить тем самым число обращений к внешней памяти. При этом, очевидно,производительность МП увеличивается.6. Электрические параметры: потребляемая мощность, число и номинальные значения напряженийисточников питания, уровни логических 0 и 1, выходные и входные токи и др. Знание этих параметровнеобходимо при решении вопроса о совместном применении МП БИС одной серии с микросхемами другихсерий, например с БИС памяти, многие из которых выпускают отдельными сериями.
Кроме того, при оценкеобщих показателей вычислительного средства, особенно в условиях ограничений на энергопотребление, учетэлектрических показателей также необходим.7. Тип технологии. Как и для микросхем стандартных серий, рассмотренных в гл. 4, во многом возможностиМП БИС определяются технологией их изготовления.
Знание этого фактора помогает оперативно разобраться ввопросах, касающихся электрических параметров МП, возможности их улучшения, перспективности, совместимости с микросхемами стандартных серий, особенностей применения.Комплекты МП БИС изготавливают на основе наиболее перспективных технологических методов, закоторыми традиционно установились названия реализуемых логических структур: ТТЛШ, ЭСЛ, ИИЛ, КМДП,л-МДП.Технология л-МДП, пришедшая на смену р-МДП технологии, позволяет увеличить вдвое уровеньинтеграции и в 5 раз повысить быстродействие микросхем. По этой технологии возможна реализация МП содним источником питания. В настоящее время л-МДП технология широко развивается и оценивается какперспективная.Технология КМДП получает широкое распространение благодаря, прежде всего, возможности существенно,на 2 — 3 порядка, снизить потребляемую микросхемами статическую мощность, обеспечить высокуюплотность размещения элементов в кристалле и сравнительно высокое быстродействие микросхем.
Для работымикросхемы требуют одного источника питания с большим диапазоном допустимых значений напряжения.Для изготовления МП БИС применяется также технология ТТЛШ и технология ИИЛ. Первая позволяетполучить наиболеебыстродействующие МП при сравнительно небольшой потребляемой мощности. Технология И ИЛпозволяет за счет значительного снижения потребляемой мощности повысить уровень интеграции и на этойоснове успешно решить задачу создания сложных МП вычислительных средств на одном кристалле сдостаточно высоким быстродействием.
Микропроцессорные БИС с инжекционным питанием, благодаряиспользованию в их оконечных узлах ТТЛШ элементов, оказываются совместимы с микросхемами ТТЛ иТТЛШ.Перспективы повышения быстродействия МП связаны с ЭСЛ технологией, которая позволяет получить МПс тактовыми частотами десятки (серия К1800) и сотни мегагерц.Решение проблемы дальнейшего повышения степени интеграции МП БИС также в значительной мерезависит от технологии.
Наибольшая степень интеграции к настоящему времени, равная 300 тыс. элементов накристалле, получена в БИС памяти с регулярной структурой емкостью 64 К бит на МДП-транзисторах. Дляоднокристальных микро-ЭВМ характерна степень интеграции 50 — 100 тыс. элементов на кристалле.
Вближайшие годы ожидается достижение уровня 1 млн. элементов на кристалле [9, 17].8. Состав комплекта МП БИС. В состав комплекта может входить от одной до десятков БИС. В пределеМП вместе с ЗУ, УУ и другими узлами может быть выполнен на одном кристалле, например К1801ВЕ1 —однокристальная микро-ЭВМ. Направление однокристальных микро-ЭВМ интенсивно развивается, что создаетпредпосылки для дальнейшего расширения области применения микроэлектронных вычислительных средств.Однако большинство пока составляют комплекты МП БИС, содержащие вместе с МП несколькосопутствующих ему БИС.
Назначение БИС разнообразно: есть среди них такие, без которых МПвычислительное средство построить невозможно, но нередко в комплекты включают БИС, без которых можнообойтись, но с ними существенно улучшаются основные Показатели МП средства.Примером может служить БИС арифметического расширителя К587ИКЗ, предназначенная для аппаратноговыполнения умножения — самой длительной операции, существенно ограничивающей скорость обработки.Дополнение комплектов специализированными микросхемами способствует расширению их функциональныхвозможностей и, следовательно, области применения.9. Тип корпуса. Микропроцессоры БИС выпускают в корпусах в основном двух типов: с пленарнымивыводами и с выводами, расположенными нормально к плоскости монтажа.
Число выводов от 16 до 48.10. Программное обеспечение. Для простых применений можно обойтись знанием кодов команд илимикрокоманд, чтобы составить программу решения задачи. Но для реализации сложных алгоритмовнеобходимы МП вычислительные средства с развитой системой программного обеспечения, включающейудобные языки программирования и прежде всего высокого уровня, управляющие и обслуживающиепрограммы (трансляторы в машинные коды, редакторы, загрузчики и т. д.).Появление МП обусловило развитие качественно нового этапа разработки и производства РЭА. В отличиеот традиционных методов проектирования цифровых устройств, базирующихся на решении задач аппаратнымисредствами, применение МП позволило перейти к решению аналогичных, а во многих случаях и более сложныхзадач программными методами.
Вместо преобразований логической структурной схемы в принципиальныесхемы вычислительных устройств ее структурную схему преобразуют в программу МП, записанную в ПЗУ.Применение МП позволило существенно улучшить ряд важных показателей РЭА: уменьшить массу игабаритные размеры, повысить надежность аппаратуры за счет значительного сокращения числа микросхем;расширить ее функциональные возможности без существенного увеличения затрат; сократить приблизительнона 60—70 % время и затраты на разработку новой техники; снизить на 20—60 % стоимость изделий; повыситьэксплуатационные качества аппаратуры за счет использования вычислительных возможностей МП дляускорения поиска неисправностей и проведения диагностических операций.К этому следует добавить, что разработка и крупносерийное производство ограниченного числа МП БИС,перекрывающих широкую область применений, позволяет добиться высоких показателей качества инадежности микросхем при низкой их себестоимости.Малые размеры и функциональная универсальность МП создают предпосылки для широкого внедренияметодов резервирования на практически любом конструктивном уровне, дублирования и троированиямикропроцессоров, обеспечивая, таким образом, требуемый уровень безотказности аппаратуры.На основе МП комплектов БИС разработаны и серийно выпускаются несколько семейств микро-ЭВМ:«Электроника С5», «Электроника НЦ», «Электроника-60» и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
