Transcript Mikroprosessorların (MP)təyinatı,tipləri və ümumi strukturları

Mikroprosessorların
(MP)təyinatı,tipləri və ümumi
strukturları
Mikroprosessorların (MP)təyinatı
MP-lar proqramlanan rəqəmli qurğu olaraq aşağıdakı sahələrdə tətbiq edilir:
 İdarəetmə və ölçmə sistemləri (avtomatik idarə edilən hər hansı
prosesslərin və ya obyektlərin idarəsi/nəzarəti və elektrik,mexaniki və
həndəsi və digər parametrlərin ölçülməsi üçün)
 Kommunikasiya texnikası (mobil telefonlar,avtomatik telefon/mobil
stansiyalar və digər kommunikasiya qurğuları)
 Məişət (audio/video qurğular,proqramlı paltaryuyan/qabyuyan
maşınlar,su/qaz/elektrik sayğacları,elektron sobaları, mətbəx
kombaynları,HVİAC-qızdırıcı-soyuducu-ventilyasiya qurğuları) və ticarət
texnikası (kassa aparatları,əl skanerləri)
 Nəqliyyat texnikası(avtomobil/dəmiryol /metro idarə sistemlərinin
elektronikası)
 Hərbi texnika (radar,hava/su məkanlarında uzaqdan müşahidə/nəzarət)
 Qoruyucu/müşahidə qurğuları və sistemlər (evlərin və objektlərin
qorunması,”ağıllı” evlər-məişət cihazlarının uzaqdan idarəsi )
 Kompüter texnikası(CPU-lar,periferiya qurğuları-klaviatura,printer və s.)
MP-lərin tipləri
• Arxitektur gerçəkləşmədən asılı olaraq MP-lərin
aşağıdakı tipləri vardır:
 Universal MP-lər (kompüter arxitekturunda mərkəzi CPU
kimi)
 Xüsusi təyinatlı MP-lar (müxtəlif sahələrdə tətbiq edilir və
mikrokontroller(MK) ,yaxud DSP/DSC-siqnalların rəqəmli
emalı prosessorları/kontrollerləri adlanır)
 Proqramlaşdırılan məntiqi inteqral sxemlər(PMİS/PLİC)cəld işləyən ixtisaslaşdırılmış elektron
sistemlərində(müxtəlif kommunikasiya qurğuları və
sistemlər)
MP-lərin tiplərinə görə arxitektur fərqləri
• Universal MP-lərin arxitekturu geniş sinif məsələlərin həlli üçün
nəzərdə tutulduğundan onların daxili strukturu mürəkkəbsuperskalyar olub,əmrlər sistemi genişdir.
• Xüsusi təyinatlı MP-lərin arxitekturu nisbətən sadəRİSC – olaraq müəyyən sinif məsələlərin real zaman miqyasında
effektiv həlli üçün uyğunlaşdırılmışdır.
• Proqramlaşdırılan məntiqi inteqral sxemlər(PMİS)- əvvəlki 2 tipdən
fərqli olaraq çevik dəyişən –proqramlanan struktura malikdir və
müxtəlif sinif alqoritmlərin aparatlı gerçəkləşdirilməsi üçün sazlana
bilir.
• Universal və Xüsusi təyinatlı MP-lərin icra etdiyi proqramlar
DRAM/SRAM/FLASH tipli yaddaşda proqram təminatı kimi
saxlanılır.
• PMİS- lərin proqramlanması dedikdə isə onun daxili strukturunun
alqoritmin gerçəklənməsi üçün sazlanması başa düşülür və layihəçi
tərəfindən xüsusi kompüterli sistemdə həyata keçirilir.
MP əsaslı sistemlərin ümumi strukturu
•
•
•
•
MP əsaslı sistemlər bir vəya bir neçə ədəd MP-lardan,yaddaş və giriş/çıxış alt sistemlərindən ibarət olur
Bu qurğuların bir- biri ilə əlaqələndirilməsi üçün AB,DB,CD-dan təşkil olunmuş sistemli şinlər istifadə edilir
Hər bir paralel şin bir sıra əlaqə xətlərindən ibarət olub verilənlərin,ünvan və idarəedici kodların ötürülməsi üçündür
Şinlərin əsas xarakteristikalarından biri onların eni-əlaqə xətlərinin sayıdır.Məsələn DB üçün 8/16/32/64 bit ola
bilər.
Input signals
Processor
Shared\
Distributed
AB(address bus)
DB(data bus)
CB(control bus)
PB(power bus)
Memory
Shared\
Distributed
İnput \output
system
Shared\Distributed
output
signals
System
Bus
Universal MP-ların ümumi strukturu
To IO devices
To Main memory
Data bus
System Bus
DMA
Controller
Instruction\
Data Cache
Instruction Fetch unit
System Bus
Controller
Interrupt Controller
Peripheral Interfaces
Controllers
Interface
block(chipsets)
Instruction Decoder unit
ALU1
Write Buffer
…
ALUn
GPRs(general
purpose
registers)
SPR –s & Control
CPU block
Universal MP-da CPU-nın daxili strukturundakı əsas qurğular
•
•
•
•
•
•
•
Instruction\Data Cache –cari proqramın əmrlərinin/verilənlərin saxlanılması
üçün keş yaddaş-L1/L2
Instruction Fetch unit - cari proqramın növbəti əmrinin ünvanının təyini və
onun yaddaşdan oxunması qurğusu əmrlərin konveyerli emalı üçün əmrlər
axınının kəsilməzliyini təmin edir.
Instruction Decoder unit-icra edilən əmrlərin kodunun açılması qurğusu eyni
zamanda bir neçə mürəkkəb və sadə əmrlərin deşifrəsini təmin edir.
ALU-lar -müxtəlif tipli - tam /sürüşkən vergüllü/MMX strukturlu ədədlərin
effektiv emalı üçün eyni zamanda işləyən daxili struktkru konveyerləşmiş icra
qurğuları
GPRs - universal təyinatlı registrlər massivi-verilələri və ünvan kodlarını icra
prosesində müvəqqəti yadda saxlayan 8/16/32 bitli registrlərdir
SPRs - xüsusi təyinatlı registrlər massivi-hesablama prosesində CPU-nın müxtəlif
bloklarının vəziyyətinə aid məlumatları yadda saxlayan 16/32 bitli registrlərdir
GPR və SPR-lər istifadəçi proqramlarından Assembler səviyyəsində müraciət edilə
bilər .
Universal MP üçün çipset daxilindəki iterfeys blokları
• DMA (Direct memory Access) kontrolleri –HD ilə RAM arasında
məlumatın bloklarla sürətli mübadiləsini bilvasitə CPU iştirakı olmadan
təmin edir.
• System Bus Controller –Sistemli şin (PCİ) idarəsi qurğusu- bütün
periferiya interfeyslərindən məlumatı qəbul edərək 32bitli formatda
qablaşdırıb yaddaş kanalına,yaxud CPU-nın xarici şininə(Fron-side bus)
ötürür.
• Interrupt Controller- MP-da kəsilmə sisteminin idarəsi qurğusu - periferiya
qurğularından kəsilmə siqnallarını qəbul edir və onların üstünlük dərəcəsini
nəzərə alaraq CPU-ya ümumi kəsilmə siqalı- İNT-hasil edir.
• Peripheral Interfaces Controllers – periferiya qurğuları (disk
qurğuları,klaviatura/mouse,ekran) interfeysləri(USB,PSİ
Expr.,SATA/İDE,SCSİ,Fire Wire,..)
Mikrokontrollerlərin(MK) ümumi daxili strukturu
CPU
8\16\32
bits
Internal
Clock
generator
Serial IO port
Controllers
RS-232\485,SPI,
I2C,CAN…inter
faces
Internal Memory
Program
Memory
(10-100)xnKB
Bus Controller
Parallel IO
port
Controller
Multifunction Timers,
WDT
Data Memory
10xn B
Analog
MUX
ADC\DAC Convertors,
Multifunction IO
Liners
Audio IO
Controller
DMA,
Interrupt
blocks
Keyboard,
Display
Controller
…
Digital IO
Analog IO
Analog
… inputs
MK-nin daxili strukturundakı əsas qurğular
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
CPU 8\16\32bits – RİSC nüvəyə malik mərkəzi emal bloku
Internal Clock generator – CPU-nın sinxronlaşdırılması üçün daxili takt siqnalları
generatoru.
Internal Memory – proqram və verilənlər üçün daxili
yaddaş(SRAM/FLASH/EEPROM tipli).
Multifunction Timers,WDT- çoxfunksiyalı taymerlər, MK asılı vəziyyətdən
periodik olaraq çıxaran gözətçi-taymer.
Analog MUX – analoq giriş siqnallarının multipleksoru
ADC\DAC Convertors- analoq-rəqəm və rəqəm-analoq çeviriciləri
DMA,Interrupt blocks- DMA,kəsilmə kontrollerləri
Keyboard,Display Controller - ixtisaslaşmış klavye və displey(LCD) kontrollerləri
Multifunction IO Liners – hər birinin istiqamətləri ayrılıqda proqramlana bilən
çoxfunksiyalı giriş/çıxış xətləri.
Parallel IO port Controller – paralel(8b) istiqamətləri ayrılıqda proqramlana bilən
giriş/çıxış portu
Audio IO Controller – audio giriş/çıxış portu
Serial IO port Controllers – ardıcıl interfeys kontrollerləri (RS-232\485,SPI,
I2C,CAN…)
MK-lərin unversal MP-dan əsas fərqli xüsusiyyətləri
•
•
•
•
•
•
•
•
•
CPU sadə RİSC nüvəli olub əmrlər sistemi ixtisaslaşmış və tezliyi bir neçə MHsdən bir neçə yüz MHs-ə qədər
Verilənlər və proqramlar üçün daxili yaddaşın olması(daha çox enerjidən asılı
olmayan tipdə)
Çoxsaylı və çoxfunksiyalı taymerlərin olması – müxtəlif zaman parametrli
siqnalların hasili və daxili/xarici hadisələrin izlənilməsi üçün
Aaloq siqnallarının daxil edilib-çıxarılması üçün ADC/DAC bloklarının inteqrə
edilməsi .
Çoxsaylı ,istiqaməti və formatı proqramlana bilən giriş-çıxış xətlərinin olması
Mürəkkəb sistemlər üçün ekran,klavye kontrollerlərinin inteqrə edilməsi
Müxtəlif tipli xarici qurğuların qoşula bilməsi üçün ardıcıl interfeys
kontrollerlərinin inteqrə edilməsi
Mürəkkəb sistemlər üçün kəsilmə və DMA kontrollerlərinin inteqrə edilməsi
Real zaman rejimində işləməsi üçün RTOS ƏS-nin tətbiqi
DSP-lərin əsas xüsusiyyətləri
• CPU arxitekturu FP ədədlərin sürətli emalı,MAC(vurma-cəmləmə)
əməliyyatının vahid əməliyyat kimi sürətli icrası,analoq siqnalları üçün
filtrlənmə alqoritmlərinin effektiv yerinə yetirilməsi üçün ixtisaslaşır və
daxili strukturunda uyğun aparat blokları nəzərdə tutulur.
• Çoxsaylı və hər biri 10/14bitli olan ADC/DAC blokları inteqrə edilir.
• Audio və video siqnalların emalı üçün encoder/decoder(codec) qurğuları
inteqrə edilir.
• Çoxsaylı audio və video portlar inteqrə edilir.
• Fərdi kompüterlərin ana kartlarında video/audio prosessorlar ,video
kameralarda image prosessor, pleyerlərdə isə audio prosessor kimi
kompüter texnikasında tətbiq edilir.
• Mobil telefonlar,avtomobil elektronikası ,radarlar kimi Embedded
sistemlərində DSP-lərin daha müasir modelləri tətbiq edilir.
PMİS-lərin ümumi halda daxili struklturu
Proqramlanan
daxili əlaqələr
Proqramlanan
Məntiqi bloklar
PMİS-lərin xüsusiyyətləri
•
•
•
•
•
PMİS-lərin daxili strukturu ümumi halda çoxsaylı proqramlanan məntiqi bloklardan
ibarət olur. Bu blokların mürəkkəblik dərəcəsinə görə PLİC-lər xırda və iri
modullu ola bilər.
Xırda modullu arxitekturda hər bir modul çox sadə funksiyaları yerinə yetirir və
bunlar,əsasən, əlaqələndirici məntiqi sxemlərin,bircinsli olmayan idarəedici
strukturların gerçəkləndirilməsi üçün istifadə edilir.
Iri modullu arxitekturda hər bir məntiqi blok çoxsaylı məntiqi elementlərdən ,
yaxud nisbətən mürəkkəb strukturlu alqoritmik elementlərdən (məsələn,sürətli
Furye çevrilməsini-SFÇ yerinə yetirən bloklardan ) ibarət olur.
PMİS-lərin proqramlaşdırılması əlaqələrin strukturunun dinamik dəyişdirilməsi
texnologiyası əsasında yerinə yetirilir. Bu texnologiyada konfiqurasiya edici fayl
öncədən PMİS-nin yaddaşına yüklənir və onun məzmununa əsasən PLİC-nin
strukturu dəfələrlə dəyişdirilə bilər.
PMİS-nin daxili yaddaşı kimi SRAM,yaxud FLASH istifadə edilə bilər.
PMİS(PLİC) təməlli sistemlərin strukturu
•
PMİS təməlli boardlar
With separate chips of
CPU and PLIS
PLIC –
Programmed Logic
Integral Circuit
CPU
(MP)
Shared Bus
a)
Addition
Device 1
Memory
RAM\
ROM
CPU
…
Addition
Device n
Internal Additional
Devices
PLIC
With single PLIC chip that
includes internal CPU and
other devices
Shared Bus
Memory
RAM\
ROM
Addition
Device 1
…
Addition
Device n
b)
PMİS təməlli sistemlər
• PMİC təməlində qurulmuş MPƏS-lərin yuxarıda göstərilən strukturlarından
birincisində (a) çap lövhəsi üzərində 8/16 bitli Universal MP ilə yanaşı
yerləşdirilmiş PLİC mikrosxemi məlumatın ixtisaslaşdırılmış emalını real
zaman miqyasında yerinə yetirir və sistemdəki ümumi yaddaşdan və şindən
istifadə edir
• Şək. b-dəki sxemdə isə CPU və PMİC nüvələri eyni bir prosessor
gövdəsində gerçəkləşdirilir.
• Hazırda proqramlaşdırılan məntiqi matrislər (PLM)-dən başlayaraq
mürəkkəb proqramlaşdırılan məntiqi qurğunun (PLD) PLİC arxitekturunda
gerçəkləşdirildiyi variantlar mövcuddur .
• PLD arxitekturları audio-video məlumatlarının sürətli emalı üçün ,süni
intellekt qurğularının və mobil telefon operatorlarının müxtəlif qurğularının
layihələndidilməsində geniş tətbiq edilir.