Режимы обмена в микропроцессорной системе

Термин «микропроцессор» появился в начале 70-х годов XX в., и за тридцать лет стал настолько популярным, что сегодня трудно встретить человека, который с ним не знаком. Микропроцессоры являются основой любого компьютера, на них основана работа разнообразных систем обработки информации, систем управления техническими средствами, технологическими процессами. Можно сказать, что именно микропроцессоры обеспечили проникновение вычислительной техники в самые разнообразные сферы жизни.

Микропроцессор (МП) — программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управление им, построенное на одной или нескольких БИС/СБИС.

Основное отличие МП от всех ранее рассмотренных цифровых устройств заключается в способе обработки информации. В обычных цифровых устройствах — последовательностных или комбинационных — обработка входных сигналов осуществляется аппаратно, и результат определяется схемой соединения различных элементарных узлов — конъюнкторов, дизъюнкторов, триггеров и т. д. В МП процесс обработки информации осуществляется программно, т.е. путем последовательного выполнения элементарных действий — команд программы, и результат обработки определяется этой программой. Решаемая задача, таким образом, задается программой, а сами аппаратные средства (микропроцессор и набор дополнительных ИС) остаются неизменными. Это определяет универсальность устройств и систем на основе МП.

Микропроцессоры появились, когда уровень развития микроэлектроники позволил в одной ИС разместить все узлы, необходимые для работы устройств программной реализации алгоритмов. Такие устройства назывались процессорами. Процессоры ЭВМ, выполненные на транзисторах, а затем и на элементах малой и средней степени интеграции, представляли собой целые шкафы, начиненные платами. БИС, выполняющие все функции процессора, пусть и над словами малой разрядности, получили название «микропроцессоры», а электронные системы, главным вычислительно-управляющим узлом которых является микропроцессор, стали называться микропроцессорными системами.

В составе микропроцессорной системы всегда можно выделить микроЭВМ и набор устройств ввода/вывода информации (поскольку они находятся за пределами микроЭВМ их называют внешними устройствами (ВУ)). Кроме микропроцессора в микроЭВМ входят также память и устройства, непосредственно взаимодействующие с внешними устройствами.

Набор микросхем, пригодных для совместного применения в составе микроЭВМ, называют микропроцессорным комплектом БИС/СБИС (МПК). Микросхемы, входящие в МПК, могут быть выполнены по различным технологиям, но они должны быть совместимы по архитектуре, электрическим параметрам, конструктивным признакам.

Приведенное выше классическое определение микропроцессора было сформулировано, когда микропроцессорная техника только начинала развиваться. При этом сразу наметились два направления. Первое — разработка однокристальных МП, второе — многокристальных. В однокристальных МП все элементы процессора размещались в одной БИС, при этом разрядность обрабатываемых слов составляла 1 байт, а система команд была раз и навсегда заданной. Эти МП выполнялись по МОП-технологии, которая в то время не могла обеспечить высокого быстродействия. Более быстродействующими были ИС на основе ТТЛШ-технологии (транзисторно-транзисторная логика с использованием транзисторов Шоттки), но уровень интеграции в то время не позволял в одной ИС совместить все узлы процессора. Тогда схема процессора была разделена на части — секции небольшой (2 бита) разрядности, осуществляющие более элементарные (чем команды) действия — микрокоманды. Каждая секция выполнялась в виде отдельной БИС. Путем последовательного их соединения обеспечивалось наращивание разрядности обрабатываемых слов. Для выработки команд, складывающихся из последовательности микрокоманд, разрабатывались другие БИС — блоки микропрограммного управления. Таким образом, чтобы собрать схему процессора, требовалось несколько БИС. Такие МП назывались многокристальными.

В настоящее время уровень развития КМОП-технологии стал настолько высок, что однокристальные МП практически вытеснили многокристальные из большинства областей применения, оставив за ними узкую область специализированной вычислительной техники.