63544 (695371)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

КАФЕДРА РЭС

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ:

«Основы микропроцессорных систем»

МИНСК, 2009

Развитие микроэлектроники в начале 1970-х г.г. привело к появлению микропроцессоров (МП) – новой разновидности больших интегральных схем (БИС), представляющих собой универсальные по назначению, функционально законченные устройства, по своим функциям и структуре напоминающие упрощённый вариант процессоров обычных ЭВМ, но имеющие несравнимо меньшие размеры. Микропроцессоры относятся к классу микросхем, особенностью которых является возможность программного управления работой БИС с помощью определённого набора команд.

Микропроцессор – это функционально законченное универсальное программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управление им, выполненное на одной или нескольких БИС.

Микропроцессорная БИС (МП БИС) – интегральная микросхема, выполняющая функцию МП или его части. По существу, это БИС с процессорной организацией, разработанной для построения микропроцессорных систем.

Микропроцессорный комплект (МПК) – это совокупность МП и других БИС и СБИС, совместимых по конструкторско-технологическому исполнению и предназначенных для совместного применения при построении МП, микроЭВМ и других вычислительных средств. (чипсет).

Логическая организация (архитектура) микропроцессоров ориентирована на достижение универсальности применения, высокой производительности и технологичности. Универсальность МП определяется возможностью их разнообразного использования и обеспечивается программным управлением микропроцессором, позволяющим производить программную настройку МП на реализацию определённых функций, магистрально-модульным принципом построения, а также специальными аппаратно-логическими средствами: сверхоперативной регистровой памятью, многоуровневой системой прерываний, прямым доступом к памяти, программно-настраиваемыми схемами управления вводом-выводом и т.п.

Относительно высокая производительность МП достигается использованием для их построения быстродействующих БИС и СБИС и специальных архитектурных решений, таких, как стековая память, разнообразные способы адресации, гибкая система команд и др.

Технологичность микропроцессорных средств обеспечивается модульным принципом конструирования, который предполагает реализацию этих средств в виде набора функционально законченных БИС, легко объединяемых в соответствующие вычислительные устройства, машины, комплексы и системы.

Микропроцессоры при больших вычислительных и логических возможностях, высокой универсальности и гибкости характеризуется низкой стоимостью, уникально малыми размерами, высокой надёжностью. Благодаря указанным особенностям МП служат системными элементами, на основе которых создаются различные универсальные и специализированные микропроцессорные системы, микроЭВМ, программируемые микроконтроллеры, непосредственно встраиваемые в приборы, машины, технологические установки, и позволяющие достигнуть значительного повышения уровня автоматизации технологических процессов, экономии энергии, сырья, материалов, повышения производительности и качества труда.

Достоинством МП по сравнению с большими процессорами является то, что мощности последних разделяются между многими пользователями (задачами), в то время как МП предназначен для использования одним пользователем (задачей). В результате значительно упрощается программное обеспечение. В больших ЭВМ программные средства поддержки их функционирования (прежде всего операционная система) требуют больших накладных расходов в добавление к значительным затратам на аппаратные средства. Такого рода затраты значительно меньше или практически отсутствуют в микропроцессорных системах. Достоинства МП ещё больше возрастают по мере увеличения их разрядности и быстродействия. Существующие МП во многих отношениях превосходят процессоры обычных и мини-ЭВМ, которые выпускались 10 лет назад. Поэтому префикс “микро” следует интерпретировать с точки зрения размеров и стоимости МП и МП-систем, а не их возможностей.

МП характеризуется большим числом параметров, так как он, с одной стороны, функционально является сложным программно-управляемым цифровым процессором, т.е. устройством ЭВМ, а с другой – интегральной схемой или схемами с высокой степенью интеграции элементов, т.е. электронным прибором.

В общем случае МП могут быть классифицированы по различным характеристикам основными из которых являются:

1) тип микроэлектронной технологии, используемой при изготовлении МП БИС.

По технологической реализации различают:

р-МПД–технологии (первые виды МП), n-МДП–технологии, КМДП–технологии, TTL–технологии, ЭСЛ–технологии, И²Л–технологии. За исключением р-МПД–технологии и ограниченного применения TTL–технологии, все остальные эффективно применяются в настоящее время при изготовлении БИС и СБИС.

2) число кристаллов, образующих МП (однокристальные и многокристальные).

Однокристальные МП имеют фиксированную разрядность без возможности её наращивания, а также фиксированную систему команд, так как соответствующие командам микропрограммы “зашиты” внутри кристалла. Многокристальные МП имеют возможность наращивания разрядности за счёт последовательного соединения однотипных микропроцессорных элементов (секций), реализованных в виде отдельных БИС.

Отличительной особенностью многокристальных МП по сравнению с однокристальными является также то, что в них отсутствует фиксированная система команд. Пользователь имеет возможность создавать собственную систему команд.

Однако проектирование вычислительных устройств на основе многокристальных МП отличается большей сложностью.

3) тип корпуса (их порядка двух десятков);

4) разрядность. Разрядность МП показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт).

Разрядность МП во многом определяет уровень сложности задач, которые могут решаться с помощью конкретного комплекта МП.

Малоразрядные МП применяются в устройствах с двоично-десятичной системой счисления и невысоким быстродействием обработки данных (калькуляторах, кассовых аппаратах, измерителях параметров и т.д.).

Восьми- и шестнадцати разрядные МП обладают существенными вычислительными возможностями и находят применение при обработке алфавитно-цифровой информации, в системах связи, станках с ЧПУ и др.

Микропроцессоры высокой разрядности (32 и выше) позволяют создавать более компактные программы с минимумом команд, что резко снижает стоимость отладки программ, которая может достигать 50…70% стоимости всех технических средств микропроцессорного комплекса.

5) быстродействие (тактовая частота, время выполнения команд). Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. Чем выше частота тактов, тем больше команд может исполнить МП в единицу времени, тем выше его производительность.

Производительность МП определяется временем решения ряда тестовых задач и зависит от быстродействия выполнения простых операций, разрядности, числа регистров общего назначения, структуры схем ввода-вывода и других факторов.

6) ёмкость адресуемой памяти. (объём).

Она характеризует информационные возможности МП-комплекса (к настоящему времени достигает десятков Гбайт) и с учётом широкой номенклатуры периферийных устройств, подключаемых к МП в составе комплекса (блоки ОЗУ большой ёмкости, накопители на гибких магнитных дисках, CD, принтеры, сканеры и т.д.), организация адресации памяти является одной из важнейших проблем проектирования МП-комплекса.

7) тип управляющего устройства;

8) система команд (число команд, способы адресации).

В процессе работы МП обслуживает данные, находящиеся в его регистрах (внутренних ячейках), в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора. Часть данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть данных – как адресные данные, а часть – как команды. Совокупность всех возможных команд, которые может выполнить МП над данными, образует так называемую систему команд МП. МП, относящиеся к одному семейству, имеют одинаковые или близкие системы команд. МП, относящиеся к разным семействам, различаются по системам команд и невзаимозаменяемые.

Различают МП с расширенной и сокращенной системой команд. Чем шире набор системных команд МП, тем длиннее формальная запись команды (в байтах), тем выше средняя продолжительность исполнения одной команды, измеренная в тактах работы МП. Так, например, система команд процессоров Intel Pentium в настоящее время насчитывает более тысячи различных команд. Такие процессоры называют процессорами с раширенной системой команд – CISC-процессорами (CISC – Complex Instruction Set Computer).

В противоположность CISC-процессорам в середине 80-х годов появились процессоры архитектуры RISC (Reduced Instruction Set Computer) – процессоры с сокращенной системой команд.

При такой архитектуре количество команд в системе намного меньше, и каждая из них выполняется намного быстрее.

CISC-процессоры используют в универсальных вычислительных системах.

RISC-процессоры используют в специализированных вычислительных системах или устройствах, ориентированных на выполнение единообразных операций.

Компания AMD выпускает МП семейства AMD–K6, в основе которых лежит внутренне ядро, выполненное по RISC-архитектуре, и внешняя структура выполненная по архитектуре CISC. Таким образом, появились МП совместимые с МП х86, но имеющие гибридную архитектуру.

Система команд МП, как правило, содержит следующие типы команд:

1. команды вычислений (арифметических и логических);

2. команды пересылки данных;

3. команды управления (условных и безусловных переходов);

4. команды ввода-вывода;

5. команды обращения к подпрограммам;

6. вспомогательные команды;

В соответствии с адресной частью команды может осуществляться обращение к памяти, регистру или устройству ввода-вывода.

Кстати, МП х86 имеют самую сложную в мире систему команд.

9) число уровней прерывания;

10) возможность прямого доступа к памяти;

11) число и уровни питающих напряжений;

По мере развития МП происходит постепенное понижение питающего напряжения. Ранние модели процессоров х86 имели питающее напряжение 5В. С переходом к процессорам Intel Pentium оно было понижено до 3,3В, а в настоящее время оно составляет менее 3В. Причём ядро МП питается пониженным напряжением 2,2В. Понижение рабочего напряжения позволяет уменьшить расстояние между структурными элементами в кристалле МП до десяти тысячных долей миллиметра не опасаясь электрического пробоя. Пропорционально квадрату напряжения уменьшается и тепловыделение в МП, а это позволяет увеличить его производительность без угрозы перегрева.

12) уровни сигналов;

13) потребляемая мощность;

В настоящее время она составляет от 10…20 мВт до 1…3 Вт у современных МП в зависимости от выполняемой работы.

14) температурный диапазон;

15) помехоустойчивость;

16) нагрузочная способность;

17) надёжность и т.д.;

На протяжении последних 20 лет технология, архитектура и схемотехника МП развивалась очень быстро. Это развитие ознаменовалось соревнованием МДП и биполярной технологий микроэлектроники. В настоящее время можно выделить шесть поколений МП у Intel и семь у AMD, различающихся технологией изготовления, быстродействием, разрядностью, особенностями структуры и архитектуры.

Под архитектурой МП понимается его программная модель (универсальность применения, высокая производительность, технологичность), то есть программно-видимые свойства.

Под микроархитектурой понимается внутренняя реализация этой программной модели. Так для одной и той же архитектуры IA–32 (Intel Architecture 32 bit – 32 разрядный МП семейства х86) разными фирмами и в разных поколениях применяются различные микроархитектурные реализации, при этом, естественно, стремятся к максимальному повышению производительности (скорости исполнения программ).

Первый МП появился в 1971г. (Intel 4004) – 4-х разрядный, выполненный по р-МДП–технологии.

Первый 16-разрядный процессор i8086 фирма Intel выпустила в 1978 году. Частота – 5 МГц. Технология 3 мкм, 29000 транзисторов. Адресуемая память 1 Мбайт. С него началась история IBM PC, неразрывно связанная со всем дальнейшим развитием процессоров Intel.

Процессор i80286 (второе поколение), знаменующий следующий этап архитектуры, появился в 1982 году. Он имел 134000 транзисторов (технология 1,5 мкм) и адресовал до 16 Мбайт физической памяти.

Третье поколение ознаменовалось переходом к 32-разрядной архитектуре IA–32 в 1985 году выпуском модели i80386 (275000 транзисторов, технология 1,5 мкм). Разрядность шины данных (как и внутренних регистров) достигла 32 бит, адресуемая физическая память – 4 Гбайт. МП нашёл широкое применение в PC. На его основе начал развиваться MS Windows с приложениями.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов реферата