ТЕМА № 2
Съвременна елементна база на ЦЕИМ.
Микропроцесорни комплекти
I. Микропроцесорни фамилии
Микропроцесорната фамилия (МПФ) представлява комплект от съвместими интегрални схеми (ИС) с висока степен на интеграция, които служат за изграждане на микропроцесорни системи.
В МПФ обикновено се включват:
- микропроцесор
- генератор за тактови импулси - изработва тактовите поредици, необходими за управлението и синхронизацията на работата на микропроцесора (МР) и цялата микропроцесорна фамилия;
- постоянна памет;
- оперативна памет;
- интерфейсни схеми - осъществяват връзката между МР и периферията. В зависимост от типа на връзките (интерфейса) се използват интерфейсни схеми (адаптери) за паралелен и сериен интерфейс
- други специализирани схеми - осигуряват някои допълнителни управляващи функции на МР - система за прекъсване, измерване на време, канал с/за директен достъп до паметта и др.
II. Основен компонент на микропроцесорната фамилия е микропроцесорът.
Микропроцесорът (МР) - вид процесор, който може да бъде реализиран в една/няколко ИС с висока степен на интеграция чрез използване на съвременна технология.
Програмният режим на работа на МР е признака, по който си прилича с процесорите на големите и мини ЕИМ и по който се отличава от големите интегрални схеми (ГИС) с произволна логика.
Микропроцесорът получава двоична информация от външна среда (най-често памет) във вид на инструкции и данни. Тази информация се обработва от МР и полученият резултат се изпраща навън към паметта или периферията.
Изпълнението на инструкциите се извършва последователно в съответствие с предварително записаната в паметта програма (т.е. последователно по отношение на програмата).
1. Класификация на МР
По настоящем в света се произвеждат над 100 микропроцесорни фамилии. Съществува изключително голямо разнообразие от:
структурни решения на МР;
програмни възможности;
използвана технология.
Независимо от това, всички съществуващи микропроцесори могат да се класифицират в зависимост от/на базата на двата най-съществени показателя:
дължина на думата;
технология на производство.
а) дължина на думата - броят на битовете, които могат да се обработват едновременно в МР.
В най-общия случай, броят на едновременно обработваните битове (в МР) съвпада с разрядността на паметта, която изисква МР (т.е. с разрядността на минимално адресируемия елемент в системата, който се нарича клетка от паметта).
Пример: При 8 битов МР - клетката от паметта е с 8 бита. МР отброява едновременно 8 бита (1 byte) и информацията между МР и паметта се обменя по 8-битови информационни шини.
Това обаче не е правилно за МР, тъй като съществуват МР, при които разрядността на МР не е равна на разрядността на паметта. Например широко разпространения (в IBM PC/XT персонални компютри) INTEL 8088, който има 16-битова вътрешна архитектура, но 8 битова външна информационна магистрала (магистрала за данни) и памет.
В зависимост от дължината на думата си, МР се делят на:
- 4-битови МР-ри - вече почти не се използват;
- 8-битови - използват се за сложни калкулатори; програмируеми интелигентни терминали; контролери за периферни устройства за ЕИМ. Такива са: I 8080 (INTEL); MC 6800 (MOTOROLA); Z 80 (ZILOG).
16-битови - I 8086 и I 80286 (INTEL); MC 68000 (MOTOROLA);
32 битови - I 80386 (INTEL); MC 68020 (MOTOROLA).
16- и 32- битовите микропроцесори се характеризират с висока производителност. Използват се при разработката на сложни измерителни и управляващи системи; професионални-персонални компютри.
- битово/побитово разделени (bit slice) МР-ри - при тях една ИС представлява завършен аритметично-логичен модул за обработка на информация от няколко бита (2 или 4). При тези МР-ри инструкциите се реализират микропрограмно по желание на потребителя. Използват се при проектиране на контролери за високоскоростни устройства за ЕИМ; процесорите на мини-компютри; високоскоростни управляващи системи за работа в реално време.
б) технология на производството - определя преди всичко бързодействието на микропроцесорите.
Р-канална МОП технология (PMOS)
По тази технология са произвеждани първите МР (1972 г.). Осигурява висока плътност, но бързодействието не е голямо.
N-канална МОП технология (NMOS)
Тя позволява да се повиши бързодействието (носители на ел. заряд са е-) при слабо намаляване на плътността на елементите (в кристала). Тази технология се наложи при производството на повечето микропроцесори. И двата най-разпространени 8-битови МР-ри - 6800 на Motorola и 8080 на Intel (К 580 . . . - СССР, ЧССР, ГДР) се произвеждат по N-канална технология.
комплементарна МОП (CMOS) - на сапфирена и силициева подложка. Произведените по тази технология МР-ри се характеризират с:
1. ниска Р разс;
2. високо бързодействие (скорост);
3. висока шумоустойчивост;
4. но и с по-малка плътност (степен на интеграция) в сравнение с N- каналната МОП технология
биполярна технология - тя е една от най-бързите технологии (т.е. характеризира се с висока скорост). По нея се произвеждат битово-разделените МР-ри. Недостатъци: значителна Р разс и ниска плътност (гъстота)
И2Л (инжекционна интегрална логика) - съчетава високата скорост на биполярната технология и високата плътност на МОП технологията при запазване на сравнително ниска цена.
2. Структура и състав на микропроцесора
Базовите микропроцесорни фамилии, на чиято основа и по настоящем се разработва/развива микропроцесорната техника са 8-битовите МПФ
I 8080 (Intel) и MC 6800 (Motorola). За тях са създадени високопроизводителни системи за проектиране и обширно програмно обезпечаване (осигуряване).
Проектирането на новите МР-ри и МПФ се базира на разширяване на възможностите на тези две МПФ.
Новите МР-ри - I 8086, I 8088, I 80186, I 80286, I 80386, I 80486,
MC 68000, MC 68010, MC 68020, MC 68030, MC 68040.
Основните функционални блокове, от които е съставен един микропроцесор са:
аритметично-логическо устройство (АЛУ) - обезпечава изпълнението на аритметични и логически операции над двоични числа. Състои се от:
1. суматор - обикновено се реализира като комбинационна схема, която извършва аритметичните (събиране, изваждане) и логически (и, или, сума по mod 2, преместване) операции;
2. акумулатор (1 или 2) - използва се като буферен регистър (за временно съхранение) за информацията (операнди и резултати), получена/изпращана към/от АПУ, паметта и периферните схеми;
3. регистри за временно съхранение на операндите;
4. регистър на условията (РУ) - нарича се още флагов регистър. Съдържа определен брой признаци/флагове, които може да бъдат 0/1, в зависимост от резултата от изпълнението на операциите. Съдържанието на този R може да се прочете и се използва като условие за разклонение на програмите.
Основни типове файлове са:
пренос - наличие на пренос от най-старшия двоичен разряд на суматора;
полупренос - наличие на пренос от младшите 4 бита към старшите 4 бита;
нула - резултатът от предишната операция е бил 0;
знак (минус) - показва знака на резултата от изпълнението на предишна аритметично-логическа операция. Равен е на старшия бит на резултата.
четност - резултата е четно число
- препълване - стойността на този флаг=1, ако при изпълнение на операцията се получи препълване
маска на прекъсване - управлява маскируеми схемни прекъсвания
Управляващо устройство (УУ) съдържа:
регистър на инструкциите (РИ) - в него се записва кода на инструкцията, която подлежи на изпълнение;
управляващ автомат - изработва необходимия брой цикли (състояния) за изпълнение на всяка инструкция.
Вътрешни регистри - служат за запомняне на междинни резултати, за адресация и др. Тези R се адресират с къси инструкции (1 byte) и времето за обръщение към тях е много по-малко в сравнение с времето за обръщение към ОП на МР.
Към тях спадат:
програмен брояч (РС) - при 8-битовите МР-ри той е с дължина 16 бита (т.е. може да адресира 216=64 K byte обем - клетки - памет). Съдържа текущия адрес на програмата. Особеност в организацията на МР е използването на стекова памет. Достъпът до данните в стека се осъществява на принципа "последен влязъл - първи излязъл" (LIFO). За адресация в стека се използва/служи друг вътрешен R;
указател на стека (SP) - също е 16-битов. Съдържанието му показва/определя адреса на следващата достъпна клетка от стековата памет (която за разглежданите МР-ри е външна). Стекът се реализира като част от RAM паметта (т.е. обемът му може да бъде до 64К).
Началният адрес на стека може да бъде във всяка област на RAM - паметта. В стека се запомнят адресите на възвраг, състоянието на МР (съдържанието на акумулатора, регистъра на условията, вътрешните R).
В съответствие със стремежа за намаляване на междинните съединения в ИС (на МР), както и броя на изводите и - връзката между отделните функционални блокове вътре в МР и навън (в системата) се осъществява по двупосочни информационни шини, чиято разрядност в общия случай е равна на дължината на думата на МР.
Структурната схема на 8-битов микропроцесор (8080 на Intel) е показана на черт.1.
3. Системата от инструкции на даден МР е основен показател за качествата му. Всяка инструкция се състои от определен брой цикли за четене, запис, изпълнение. Обикновено минималната по продължителност инструкция се състои от 2 цикъла- 1 за четене на кода на инструкцията и 1 за нейното изпълнение. Инструкциите на МР могат да се разделят на следните 5 основни групи:
- инструкции за обмен на данни между регистри от МР и клетки от ОП;
инструкции за обработка - аритметични и логически операции;
инструкции за управление на програмния режим;
входно-изходни инструкции;
инструкции за управление на прекъсването.
Броят на инструкциите на съвремените МР-ри обикновено е от 60 до 100. Инструкциите на I 8080 и MC 6800 засега са приети за основа, на чиято база се строят системите от инструкции на новите МОП - микропроцесори. Инструкциите на 8-битовите МР-ри са с променлива дължина - 1, 2 или 3 байта. При всички многобайтови инструкции задължително се изпълняват толкова цикъла за четене от паметта, колкото байта има в инструкцията. Във всеки цикъл се чете по 1 байт от инструкцията и се изпраща в регистрите на микропроцесора.
Инструкциите на МР използват следните типове адресация:
а) разширена - изпълнителният адрес = съдържанието на двата байта след кои. (кода на инструкцията). Позволява достъп до производна клетка от обема на паметта (64 К);
б) директна - аналогична е на разширената, но полето за адрес (байта след кои) е само 8 бита - е възможно адресирането само на първите 256 байта от ОП. Този тип адресация е характерна за МС 6800. Инструкцията е двубайтова - заема по-малко място в ОП и се изпълнява за по-малък брой цикли. Адресираната "директна" област от паметта е удобно да се използва за съхранение на често използвани променливи и константи на програмата;
в) непосредствено - при нея няма изпълним адрес (не се адресира памет), а необходимите данни се съдържат във втория байт на инструкцията (след кои);
г) индексна - изпълним адрес = [ IX ] + 1 + изместване. Удобна е за прехвърляне на масиви от данни.
д) относителна - изпълним адрес = [ PC ] + изместване. Първият бит на изместването е знак - може да се адресират +/- 127 байта спрямо текущото съдържание на програмния брояч.
е) вътрешна - не адресирана памет, а избира само вътрешни R на МР. Адресът на вътрешния R на МР-ра се съдържа неявно в кода на инструкцията.
Пример: CLRA - нулирай акумулатор А
III. Други компоненти на МПФ
1. Оперативна памет - предназначена е за запомняне на данни и програми (могат да се променят в процеса на работа). За изграждането и се използват изключително полупроводникови RAM памети (Random Access Memory - памети с произволен достъп), които биват 2 вида:
статични RAM - запомнящият елемент е тригер, който запазва състоянието си до изключване на захранването;
- динамични RAM - запомнящият елемент е кондензатор (капацитет между гейта-6 и подложката на МОП - транзистор). Запомнянето на информацията - чрез използването на заряда на този кондензатор.
Поради саморазряда на натрупания в кондензатора заряд в динамичните RAM е необходимо периодично опресняване (регенерация) на информацията. Това от своя страна е свързано с допълнителни цикли - за опресняване
- освен нормалните цикли за 3/4.
Целият материал:
Здравейте! Вероятно използвате блокиращ рекламите софтуер. В това няма нищо нередно, много хора го правят. |
Но за да помогнете този сайт да съществува и за да имате достъп до цялото съдържание, моля, изключете блокирането на рекламите. |
Ако не знаете как, кликнете тук |
Съвременна елементна база на ЦЕИМ
- Mozo
- Skynet Cyber Unit
- Мнения: 283199
- Регистриран: пет юни 01, 2007 14:18
- Репутация: 332742
- Местоположение: Somewhere In Time
Съвременна елементна база на ЦЕИМ
- Прикачени файлове
-
- Съвременна елементна база на ЦЕИМ.rar
- (13.25 KиБ) Свален 7 пъти
-
- Подобни теми
- Отговори
- Преглеждания
- Последно мнение
-
-
Вместо ПВО: Хеликоптер изля 100 литра светена вода върху руска военна база (СНИМКИ)
от Mozo » пет сеп 08, 2023 11:16 » в Любопитни новиниРуснаците, подложени на непрестанни атаки с дронове през последните месеци заради агресивната им война в Украйна, явно вече се чудят какво да... - 0 Отговори
- 18 Преглеждания
-
Последно мнение от Mozo
пет сеп 08, 2023 11:16
-
-
-
Позиция от "Пирогов" за Даная: Верни заключения на база неверни факти
от Mozo » пет яну 26, 2024 14:42 » в Любопитни новиниПътят за изясняване на случая Даная ще мине в диалог – имахме ползотворна среща с майката на Даная Ани Стоянова и със създателя на фондация Даная... - 0 Отговори
- 12 Преглеждания
-
Последно мнение от Mozo
пет яну 26, 2024 14:42
-