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

Безплатни реферати, есета, анализи, доклади и всякакви теми свързани с информатика, компютри, интернет.
Алгоритми, теоретична информатика, операционни системи, изици за програмиране, изчислителна техника, компютърни мрежии, бази от данни, компютърна графика, роботика, изкуствен интелект, криптография.
Нова тема Отговори
Потребителски аватар
Mozo
Skynet Cyber Unit
Skynet Cyber Unit
Мнения: 283199
Регистриран: пет юни 01, 2007 14:18
Репутация: 332742
Местоположение: Somewhere In Time

Съвременна елементна база на ЦЕИМ

Мнение от Mozo »

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:
Прикачени файлове
Съвременна елементна база на ЦЕИМ.rar
(13.25 KиБ) Свален 7 пъти
Прочетено: 157 пъти
Изображение
Нова тема Отговори

  • Подобни теми
    Отговори
    Преглеждания
    Последно мнение

Върни се в “Информатика, IT, интернет”