Основные определения и классификация микропроцессоров

Микропроцессором (МП) называется программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное конструктивно в виде одной или нескольких БИС. Микропроцессор осуществляет выбор очередной команды выполняемой программы, которая хранится в запоминающем устройстве, дешифровывает и обеспечивает ее выполнение. По соответствующим командам МП обеспечивает также ввод информации с устройств ввода (клавиатуры, датчиков и др.) и вывод информации с устройств вывода (индикаторов, исполнительных органов и др.).

Микропроцессор рассчитан на совместную работу с запоминающими устройствами и устройствами ввода и вывода информации (периферийными устройствами). Набор совместимых БИС с согласованными связями, предназначенный для построения микропроцессорных систем, называют микропроцессорным комплектом (МПК). Типовой МПК содержит следующие основные типы БИС: микропроцессор (МП), запоминающее устройство (ЗУ), программируемый периферийный интерфейс ввода и вывода (ППИ).

Собранная в единое целое совокупность взаимодействую­щих БИС микропроцессорного комплекта (иногда дополненная БИС из других комплектов), организованная в работающую сис­тему обработки информации, называется микропроцессорной системой (МПС). Система, в которой используются два или более микропроцессора, называется мультимикропроцессорной системой.

Конструктивно законченная МПС, реализованная на базе микропроцессорного комплекта БИС и имеющая свой источник питания, пульт управления, устройства ввода-вывода информации, что позволяет использовать ее в качестве автономного устройства со своим программным обеспечением, называется микроЭВМ.

При размещении всех подсистем МП-системы - микропроцессора, памяти, схемы сопряжения с периферийными устройствами на одном кристалле - МикроЭВМ, называются однокристальными.

Устройство логического управления, выполненное на осно­ве одной или нескольких БИС МПК, называют микроконтроллером. Он может быть программируемым и непрограммируемым. Специализированный программируемый контроллер, который при выполнении отладки системы заменяет микропроцессорную систему, называют эмулятором. Технические средства обработки цифровой информации по программам, построенные на базе МПК БИС, называют микропроцессорными устройствами (МП-устройствами). Совокупность технических и программных средств, предназначенных для автоматизации сбора, хранения преобразования и выдачи информации по заданной программе, которая построена на базе микропроцессорных комплектов БИС, называется микропроцессорной техникой (МПТ).

Микропроцессоры подразделяют на два класса:

микропроцессоры с фиксированной разрядностью слова и фиксированной системой команд. Конструктивно выполня­ются в виде одной БИС и называются однокристальными;

микропроцессоры с изменяемой разрядностью слова и микропрограммным управлением. Реализуются обычно на нескольких БИС и называются многокристальными, или секционированными. Промышленность освоила производство однокристальных микропроцессоров с микропрограммным управлением.

Микропрограммное управление - вид управления МП-системой, при котором каждая команда выполняемой программы является обращением к так называемой микропрограмме - набору микрокоманд, определяющих выполнение элементарных машинных операций, которые в совокупности составляют вычислительный процесс. В качестве памяти микропрограмм используется, как правило, постоянное запоминающее устройство. Путем изменения (записи) набора микропрограмм можно гибко ориентировать функциональную направленность МП и изменять систему ее команд. Микропроцессоры с микропрограммным управлением обычно реализуют 256...512 микрокоманд, что эквивалентно 80...120 команд. Микропроцессоры с фиксированной системой имеют 45...90 основных команд.

В зависимости от сложности и объема решаемых задач можно выделить два основных направления применения МП-устройств.

Во-первых, они используются как универсальные логические компоненты автоматических цифровых устройств управления и контроля вместо специализированных элементов.

Во-вторых, МП-устройства применяются для создания микроЭВМ, в том числе управляющих. Для реализации этих машин используются МП с длиной слова 8, 16, 32 разряда и развитым набором команд. В последнее время МП интенсивно применяются также для построения мини-ЭВМ.

Разработаны и широко применяются однокристальные микроЭВМ, в которых микропроцессор, память и интерфейс ввода и вывода реализованы на одном кристалле. Например, однокристальные микроЭВМ К1816, К1820 и др.

Среди множества микропроцессорных комплектов, выпускаемых промышленностью, можно выделить два основных направления, в которых элементы различных МПК полностью или частично программной аппаратно-совместимы. Одно из таких направлений, которое в большей степени отражается в настоящей работе, включает МП КР580, КР1810 и др. Другое направление представлено МПК, который включает МП К1801 и др. Аппаратные и программные особенности МПК этих направлений накладывают отпечаток на микроЭВМ, создаваемые на их базе.

Широкому внедрению микропроцессорной техники способствует Единая система микропроцессорных комплектов (ЕС МПК). На базе этих серий МП создано три семейства микроЭВМ: Электроника-НЦ, Электроника-С5, Электроника-60 с производительностью 10⁴...10⁶ оп/с. Построение ЭВМ на микропроцессорной базе позволяет уменьшить стоимость микроЭВМ, сравнимых по своим параметрам с ранее созданными ЭВМ, в 10³...10⁴ раз, по габаритам - в 10⁴, по мощности потребления - в 10⁵ раз.

В системах автоматического управления микропроцессорные системы, как правило, встраиваются непосредственно в контур объектов и являются их частью. Поэтому они оснащаются памятью, устройствами ввода-вывода и программным обеспечением, необходимым только для выполнения функций управления.

С появлением микропроцессоров и микроЭВМ создалась новая техническая база для автоматизации производства. Применение микропроцессорной техники привело к расширению возможностей, изменению состава и способов разработки, резкому уменьшению габаритов и стоимости систем автоматизации управления.