1 Основные направления применения микропроцессорных систем 1
Скачать 44.9 Mb.
|
208. Цикл обращения к памяти...................................10,0 18 209. Число уровней прерывания.................................5,0 18 211.В зависимости от разрядности МП распределены по различным областям применения следующим образом: 18 212.4-разрядные микроконтроллеры (однокристальные микроЭВМ) применяются в специализированных устройствах в промышленном оборудовании; 18 213.8-разрядные системы сохраняют свои, позиции в массовых применениях, не связанных с высокой точностью и большим быстродействием, например в контроллерах, интеллектуальных терминалах, бытовой технике и т.д.; 18 214.16-разрядные МП применяются в системах сбора данных, с аналого-цифровыми преобразователями, в контрольно-измерительных и навигационных системах; 18 215.32-, 64-разрядные МП применяются в цифровых фильтрах, преобразователях Фурье и т.д., а также для многозадачных (мультипрограммных) применений с обеспечением защиты информации. 18 216.Общей тенденцией в настоящее время является предпочтительное использование МП все с большей разрядностью. Проведенные исследования показывают целесообразность применения МП с большой разрядностью даже для обработки 8-разрядной информации поскольку они обладают мощным набором команд и позволяют при выполнении одной и той же программы уменьшить время ее выполнения и сократить требуемую емкость памяти за счет сокращения длины программы. В среднем 16-разрядные МП выполняют задачи в 3 раза быстрее, чем 8- разрядные, а по требуемой емкости памяти. 16-разрядные МП в 2 раза экономичнее 8-разрядных. 18 217.После определения класса процессоров, удовлетворяющих поставленным требованиям с точки зрения аппаратных средств, число МПК, из которых можно выбирать подходящий тип, существенно сокращается. Далее переходят к оценке имеющихся программных возможностей МП, при этом необходимо учитывать также наличие средств программирования и обслуживания (т.е. редактирующие программы, компилирующие программы, программы загрузки и др.), возможность работы с языками высокого уровня, особенности ассемблера данного микропроцессора, наличие и возможности операционной системы и вспомогательных программных средств, таких как библиотека прикладных программ, обучающие программы, программы диагностики и т.д. 18 218.При сравнении конкретных типов МП по системам команд следует иметь в виду, что по набору математических команд все МП похожи (в наиболее мощных есть операции умножения и деления), также примерно равны все МП и по набору логических команд. 19 219.Системы команд МП различаются средствами выполнения ветвлений, количеством способов адресации, возможностями организации компактных цепочек при программировании различных алгоритмов решаемых задач, числом операций, выполняемых одной командой, емкостью адресуемой памяти. Поэтому сравнение лишь числа команд в системах команд или числа регистров в МП не дает достаточной основы для правильного выбора МП. 19 220.Установившимся методом достаточно полной оценки архитектуры ЭВМ и ее производительности, в том числе и на основе МП, является пробное программирование. Оно имеет особое значение для МП, поскольку, как правило, он предназначен для выполнении ограниченного круга задач в конкретной системе. Для сокращения времени разработки при оценке МП выделяют только наиболее специфические, принципиальные части своих задач и программируют их для разных типов МП с целью получения и сравнения эксплуатационных характеристик микропроцессорной системы. Из них наиболее важны такие- как затраты на программирование, общее время выполнения программы, требуемая емкость ОЗУ, время реакции МП на внешние сигналы, максимально достижимые скорости ввода - вывода информации и др. 19 221.Иногда дня определения соотношения производительности различных МП систем используют специальные тесовые программы, с помощью которых можно получить представление о соответствии архитектуры процессоров различным комбинациям операций в программах. 19 222.Самое первое представление можно составить по определению производительности системы, млн.оп/с, 19 223. 19 224.где N - число используемых операций в программах; tn - время выполнения n-й команды, с; n- частота появления n-й команды в заданной комбинации, %. 19 225.Для упрощения расчетов все операции можно разделить на два класса: короткие и длинные. При этом 20 226. 20 228.Однако и в этом случае не всегда можно считать полученные результаты абсолютно верными. Помимо прогонки эталонной программы для математического обеспечения полезно провести аналогичные операции для аппаратных средств. Исходя из числа контактов ввода - вывода, возможности обработки прерывания и наличия микросхем для выполнения специальных функций для каждого МПК определяется структура аппаратной части МПС. Оценка должна быть достаточно полной, чтобы можно было сопоставить пространство, занимаемое блоками, потребляемую мощность, стоимость и возможности расширения. 20 229.Стоимость МПС в значительной степени определяется стоимостью ОЗУ, поэтому для массовых применений следует минимизировать требуемую емкость ОЗУ до предельно допустимого уровня в данной конкретной системе (даже за счет ухудшения других эксплуатационных характеристик). Если же в системе решаются разнообразные задачи и каждый раз составляется новая программа вычислений, то в этом случае надо минимизировать стоимость программирования. Использование языков высокого уровня часто позволяет снизить затраты на программирование, однако, как правило, при этом увеличивается требуемая емкость ОЗУ. 20 230.Однако так как стоимость памяти постоянно снижается, а плотность компоновки увеличивается, то для МПС даже средней сложности различия в стоимости, габаритах и потребляемой мощности при использовании языков высокого уровня и соответственно компиляторов и без них практически ничтожны. 20 231.Важным критерием выбора МПК является экономическая эффективность его использования в том или ином виде аппаратуры, в том числе сокращение длительности и трудоемкости разработки аппаратуры с применением МП, повышение ее надежности и т.д. 20 3.1. Классификация микропроцессорных средств 21 238.Однако чтобы понять принцип действия и оценить возможности сложных по структуре микропроцессоров последних разработок, целесообразно в начале кратко ознакомиться с общими принципами построения микропроцессоров. 21 239.Принято все микропроцессоры делить на три больших класса: однокристальные, многокристальные и секционированные (Рис.3.0). 21 240.Сколь бы сложным ни был микропроцессор, в составе его всегда можно выделить следующие три основных блока или устройства, как показано на рис. 3.1: УОД - устройство обработки данных; БИ - блок интерфейса; УУ - устройство управления. 21 242. 21 243.Рис. 3.0. Типы МП 21 244.Однокристальные микропроцессоры полностью реализованы на одном кристалле кремния и конструктивно размещены в одном корпусе интегральной микросхемы. Они имеют фиксированную разрядность (8, 16, 32 или 64 двоичных разряда) и фиксированный набор команд (80 - 140 команд), который не может быть изменен пользователем. Они не имеют средств для наращивания разрядности или числа команд. 22 245.Многокристальные микропроцессоры (иногда их называют функционально-модульными) конструктивно представляют собой комплект из нескольких (обычно 3 - 4) микросхем большой степени интеграции (БИС), причем каждая из них выполняет функции одного из устройств, входящих в обобщенную структурную схему микропроцессора (рис. 3.1). Многокристальные микропроцессоры в том понимании, как здесь указано, имеют фиксированную разрядность и обычно фиксированный набор команд. 22 246. 22 247.Рис. 3.1. 22 249.Секционированный микропроцессор конструктивно также представляет собой комплект из нескольких микросхем. Однако в отличие от многокристального микропроцессора в секционированном микропроцессоре устройство обработки данных и блок интерфейса, входящие в общую структуру микропроцессора, разделяются на части не по функциональному принципу, а по группам разрядов. 22 250.Главными отличительными признаками МП с микропрограммным управлением являются: 22 251.— секционированность микропроцессорных комплектов БИС, позволяющая из малоразрядных (2- и 4-разрядных) секций создавать путем объединения многоразрядные МПС; 22 252.— наличие независимых шин адреса, данных и управления, обеспечивающих разнообразие архитектур МПС и поточную обработку данных; 22 253.— наличие встроенных трехстабильных буферных выходных усилителей с большим коэффициентом разветвления; 22 254.— микропрограммируемость. 22 255.Микропрограммируемость заключается в том, что каждой команде в этом случае соответствует не электрическая схема, а микропрограмма, которая хранится в памяти, расположенной на отдельном кристалле. Достоинство МП с микропрограммным управлением — возможность изменения набора команд путем изменения содержимого памяти, что позволяет для конкретных задач МПС создать оптимальную систему команд. Недостаток - более низкое быстродействие из-за необходимости обращения к внешней памяти микропрограмм. 23 256.Первые секционированные комплекты БИС, выполненные по ТТЛШ-технологии, были освоены в 1974 г. К ним относятся серии 3000 фирмы Intel (США) и 2900 фирмы Advanced Micro Divices(США). На их основе был спроектирован 16-разрядный центральный процессор, содержащий около 20 БИС. Отечественными представителями данного класса являются микропроцессорные комплекты К585, К589, К1802 и др. 23 257.Однако возможность разработки систем команд для МП на основе санкционированных БИС позволяет создавать уникальное программное обеспечение, максимально адаптированное к решению конкретной задачи. 23 258.Упрощенную структуру секционированного микропроцессора по аналогии со структурой однокристального микропроцессора (рис. 3.1) можно представить в виде рис. 3.2. 23 261. 23 262.Рис. 3.2. 23 264.Каждая из секций в функциональном отношении представляет собой совокупность тех же основных блоков, что и однокристальный микропроцессор: УОД, БИ, а также местное устройство управления (МУУ). Конструктивно каждая из секций размещена в отдельном корпусе микросхемы и имеет сравнительно небольшое число разрядов (2, 4, 8). Однако секции могут соединяться между собой, образуя в целом наращиваемое вычислительное или управляющее устройство с практически любой необходимой разрядностью: 1б, 32, 64 и более разрядов. Помимо местного устройства управления, необходимого в каждой секции, секционированный микропроцессор имеет также устройство управления (УУ), общее для всего микропроцессора. Устройство управления конструктивно реализуется обычно в виде нескольких отдельных микросхем. 24 265.Как правило, устройство управления секционированного микропроцессора также может наращиваться, что дает возможность пользователю не только изменять по своему усмотрению список команд, но и увеличивать (наращивать) число команд, если в этом возникнет необходимость. 24 266.Таким образом, в отличие от однокристального микропроцессора, который имеет, как правило, аппаратную или «жесткую» логику управления, секционированный микропроцессор имеет «гибкую» или микропрограммируемую логику управления, что является большим и важным достоинством этого микропроцессора. 24 МП с сокращенным набором команд 24 267.Новое направление развития МП-техники сложилось в начале 80-х гг. К указанному направлению относятся МП третьего класса, которые известны как системы с сокращенным набором команд — RISС-процессоры (Reduce Instruction Set Computer). 24 268.Промышленный выпуск 32-битных RISC-процессоров освоили фирмы Inmos (так называемые транспьютеры) и Acorn (AR.М-Acorn Risc Machine). 24 269.Важнейшие особенности «чистого» RISC-процессора заключаются в однотактной работе (многократные обращения к памяти не предусматриваются) и аппаратном управлении (выполнение команд опирается на быстродействующие схемы, а не на микрокод в отличие от процессоров с микропрограммным управлением). 24 Транспьютеры 24 270.Хотя транспьютер и является одиночным процессором, однако он не рассчитан на работу в однопроцессорной конфигурации и ориентирован на параллельную работу нескольких транспьютеров. Подобная конфигурация теоретически обеспечивает линейный рост производительности при увеличении числа процессоров, например, удвоение числа транспьютеров удваивает число команд, выполняемых за одну секунду. Для организации связи с другими транспьютерами, каждый транспьютер имеет несколько последовательных двунаправленных канала связи (линков). Благодаря прямому доступу к памяти обмен данными по каналам связи может осуществляться одновременно с работой остальных устройств транспьютера. 24 271.Слово «транспьютер» произошло от слов «транзистор» и "компьютер", при этом подчеркивается параллельность протекания вычислительных процессов (как в аналоговых системах). Характеристики транспьютеров можно показать на примере трех семейств транспьютеров: Т2 (Т212, Т222, М212), Т4 (Т414, Т425), Т8 (Т800, Т805). См. табл. 3.1. 25 272.Таблица 3.1. 25 273.Тип 25 274.транспьютера 25 275.Разрядность 25 276.Внутреннее 25 277.ОЗУ, кбайт 25 278.MIPS 25 279.Число 25 280.линков 25 281.Т212 25 282.16 25 283.2 25 284.10 25 285.4 25 286.Т222 25 287.16 25 288.4 25 289.10 25 290.4 25 291.М212 25 292.16 25 293.2 25 294.10 25 295.2 25 296.Т414 25 297.32 25 298.2 25 299.10 25 300.4 25 301.Т425 25 302.32 25 303.2 25 304.10 25 305.2 25 306.Т800 25 307.32 25 308.4 25 309.4 25 310.25 25 311.Т805 25 312.32 25 313.4 25 314.4 25 315.25 25 317.Выполнение программы на нескольких транспьютерах происходит параллельно. Огромные матрицы транспьютеров представляют собой первое реальное решение задачи создания компьютеров 5-го поколения, которые по оценкам японских специалистов должны выполнять около 1 млрд команд/с. 25 Сигнальные процессоры 25 318.В середине 80-х гг. сформировалось самостоятельное направление, которое объединяет специализированные микропроцессоры для цифровой обработки сигналов — цифровые процессоры обработки сигналов ЦПОС). Цифровая обработка сигналов охватывает широчайший спектр практических приложений. К ним относятся цифровая фильтрация, кодирование и декодирование информации, распознавание звука и речи, обработка изображений, спектральный анализ, цифровая звукотехника, медицинская техника, измерительная техника, управляющие системы. Чем же отличается ЦПОС от обычного МП? В первую очередь архитектурой и системой команд. В основу построения ЦПОС положены следующие принципы: 25 использование гарвардской архитектуры; 25 сокращение длительности командного цикла; 25 —применение конвейеризации; 25 применение аппаратного умножителя; 25 включение в систему команд специальных команд цифровой обработки сигналов. 25 |
Похожие:
 | Программа дисциплины “Микропроцессорные устройства технических систем” для подготовки инженеров Изучение особенностей применения микропроцессорных устройств в системах автоматики и телеуправления, а также в изделиях электронной... | | Конспект лекций по курсу "Микропроцессоры и микро-эвм в Персональной... Целью настоящего курса является дать понятие о микропроцессорах и однокристальных микро-эвм, области их применения, дать основы функционирования... |
| Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине «Микропроцессорные... Цель работы изучение современных однокристальных микроконтроллеров с cisc- и risc- архитектурой, организации их памяти и функционирования,... | | Проектирование микропроцессорных систем методические указания к курсовому проектированию ... |
| Правительство Российской Федерации Московский институт электроники... Целью курса "Микропроцессорные системы" является ознакомление студентов с микропроцессорными средствами и методами проектирования... | | Реферат на тему: «Основы микропроцессорных систем» Эвм, но имеющие несравнимо меньшие размеры. Микропроцессоры относятся к классу микросхем, особенностью которых является возможность... |
| Рабочая программа учебной дисциплины «основы микропроцессорной техники» Изучение дисциплины направлено на освоение принципов построения и функционирования микропроцессорных систем, а также работы в среде... | | Негосударственное Аккредитованное Частное Образовательное Учреждение... Распределенные объектные архитектуры программных систем. Многоуровневые приложения. Основные понятия архитектуры распределенных систем.... |
| Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Целью дисциплины является изучение физических и математических основ компьютерной и микропроцессорной техники и принципов построения... | | Учебной дисциплины физика (с основами астрономии) для специальности 2201 Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных на уроках по физике и математике в школе, и является базой для изучения цифровой... |
| Рабочая программа учебной дисциплины «электронные промышленные устройства» «Электроника электропривода», «Программные средства пэвм», «Теория автоматического управления», «Основы микропроцессорной техники»... | | Публичный отчёт «сош д. Звягино» в 2010-11 учебном году Основные направления Основные направления, содержание и формы деятельности педагогического коллектива регламентировались нормативными документами |
| Реферат Тема. Парапульпарные штифты Основные вопросы для изучения:... Исходящая информация: необходима для правильного клинического применения парапульпарных штифтов | | Расширенная программа дисциплины “ Экологическая геология Рассматриваются основные направления использования геофизических методов для геолого-экологического мониторинга окружающей среды... |
| Реферат на тему: «Вакансии по специальности экономическая кибернетика» Занимается в области применения информационных систем, решает функциональные задачи, а также управляет информационными, материальными... | | Конспект лекций по дисциплине: теория систем и системный анализ санкт-Петербург... Выбор показателя эффективности, математическая постановка задачи |
