Загальні принципи побудови

МІКРОПРОЦЕСОРНИХ СИСТЕМ

Основні поняття і визначення

Мікропроцесор - це пристрій, який здійснює прийом, обробку і видачу інформації. Конструктивно МП містить одну або декілька інтегральних схем і виконує дії за програмою, записаною в пам'яті.

Мікропроцесорна система обчислювальна, контрольно-вимірю­вальна або керувальна система, в якій основним пристроєм обробки ін­формації є МП. Мікропроцесорна система будується з набору мікропро­цесорних ВІС.

Мультимікропроцесорна (або мультипроцесорна) система - система, яка утворюється об'єднанням деякої кількості універсальних або спеціа­лізованих МП, завдяки чому забезпечується паралельна обробка інфор­мації і розподілене керування.

Мікропроцесорний комплект (МПК) - сукупність інтегральних схем, сумісних за електричними, інформаційними та конструктивними параме­трами і призначених для побудови електронно-обчислювальної апаратури та мікропроцесорних систем керування. Зазвичай МПК містить: ВІС МП (один чи кілька корпусів інтегральних схем); ВІС оперативних за­пам'ятовувальних пристроїв (ОЗП); ВІС постійних запам'ятовувальних пристроїв (ПЗП); інтерфейси або контролери зовнішніх пристроїв; служ­бові ВІС (тактовий генератор, регістри, шинні формувачі, контролери шин, арбітри шин).

Мікропроцесори та МПК класифікують за такими ознаками: призна­ченням; кількістю ВІС; способом керування; за типом архітектури; за ти­пом системи команд.

За призначенням МП поділяють на універсальні та спеціалізовані.

Універсальними мікропроцесорами є МП загального призначення, які розв'язують широкий клас задач обчислення, обробки та керування.

Спеціалізовані мікропроцесори призначені для розв'язання задач лише псиного класу. До спеціалізованих МП належать: сигнальні; медійні та мультимедійні; трансп'ютери.

Сигнальні процесори призначені для цифрової обробки сигналів у реаль­ному масштабі часу (наприклад, фільтрація сигналів, обчислення згортки, обчислення кореляційної функції, підсилення, обмеження і трансформа­ція сигналу, пряме та зворотне перетворення Фур'є). До сигнальних про­цесорів належать процесори фірм Texas Instruments - TMS320С80, Analog Devices - ADSP2106x, Motorola - DSP560xx та DSP9600x.

Медійні і мультимедійні процесори призначені для обробки аудіосиг­налів, графічної інформації, відеозображень, а також для розв'язування ряду задач у мультимедіакомп'ютерах, іграшкових приставках, побутовій техніці. До медійних і мультимедійних процесорів належать процесори фірм MicroUnity - Mediaprocessor, Philips - Trimedia, Cromatic Reserch -Mpact Media Engine, Nvidia - NVl, Cyrix - MediaGX.

Трансп 'ютери призначені для масових паралельних обчислень і робо­ти у мультипроцесорних системах. Для них характерним є наявність внутрішньої пам'яті та вбудованого міжпроцесорного інтерфейсу, тобто каналів зв'язку з іншими В1С МП. До трансп'ютерів належать процесори фірм Inmos - Т-2, Т-4, T-8, T9000.

За кількістю ВІС у МПК розрізняють багатокристальні МПК і одно-кристальні мікроконтролери. До багатокристальних комплектів відносять МПК з однокристальними і секційними МП.

Однокристальний мікропроцесор є конструктивно завершеним виро­бом у вигляді однієї ВІС. Інша назва однокристальних МП-мікро­процесори із фіксованою розрядністю даних. До цього типу належать процесори фірм Intel - Pentium (Р5, Р6, P7), AMD - К5, К6, Cyrix - 6x86, Digital Equipment - Alpha 21064, 21164A, Silicon Graphics - MIPS R10000, Motorola - Power PC 603, 604, 620, Hewlett Packard - PA-8000, Sun Microsystems - Ultra SPARCII.

У секційних мікропроцесорах в одній ВІС реалізується лише деяка функ­ціональна частина (секція) процесора. Ішла назва секційних МП - розрядно-модульні мікропроцесори або мікропроцесори з нарощенням розрядності. Секційність ВІС МП зумовлює значну гнучкість МПС, можливість нарощен­ня розрядності даних, створення специфічних технологічних команд із набо­ру мікрокоманд. До секційних належать МП серій K589, К1804.

Однокристальний мікроконтролер являє собою пристрій, виконаний конструктивно в одному корпусі ВІС і містить основні складові частини МПК. До таких мікроконтролерів належать ОМК фірм Intel - MCS-196/296, Microchip - РІС17С4х, РІС17С75x, Mitsubishi Electric - M3820, Motorola - MC33035, МС33039.

За способом керування розрізняють МП зі схемним та МП з мікропрограмним керуванням.

Мікропроцесори зі схемним керуванням мають фіксований набір команд, розроблений фірмою-виробником, який не може змінювати користувач. У мікропроцесорах з мікропрограмним керуванням систему команд розробляють при проектуванні конкретного МПК на базі набору найпростіших мікрокоманд з урахуванням класу задач, для розв'язання яких призначений МПК.

За типом архітектури, або принципом побудови розрізняють МП з фоннейманівською архітектурою і МП з гарвардською архітектурою.

За типом системи команд розрізняють CISC (Complete Instruction Set Computing) - процесори з повним набором команд, і RISC (Reduced Instruction Set Computing) - процесори зі зменшеним набором команд.

Слід зазначити, що багато МПК підпадають під різні класифікаційні ознаки, оскільки здатні вирішувати задачі різних класів. Так, існують універсальні МП з мультимедійним розширенням наборів команд, напри­клад, Pentium MMX, Pentium II, Cyrix 6x86MX, AMD К6, Ultra SPARC. У CISC -процесорах Pentium PRO реалізовано ядро з RISC -архітектурою.

Контрольні запитання

1. Назвіть складові частини МПК.

2. За якими класифікаційними ознаками поділяють МП і МПК?

3. На які задачі орієнтовано спеціалізовані МП?

4. Які переваги і недоліки мають секційні МП порівняно з однокрис-тальними?