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?