Transcript Дјріс № 3. Микропроцессорлыќ техника жјне оныѕ

Дәріс № 3. Микропроцессорлық
техника және оның даму кезеңдері.
Микропроцессорлар және
микропроцессорлық жүйелер
Дәріс мақсаты: микропроцессорлық жүйелердің негізгі
түрлерімен танысу.
Микроконтроллер – микропроцессорлық жүйелердің
неғұрлым қарапайым түрі;
Контроллер – жеке модуль түріндегі микропроцессорлық
жүйелерді басқарады;
Микрокомпьютер – сыртқы құрылғылармен байланысатын
қуатты микропроцессорлық жүйелер;
Компьютер – ең қуатты және әмбебап микропроцессорлық
жүйелер.
1
Микропроцессорлар күрделі цифрлық құрылғыларға жатады.
Олар үлкен немесе өте үлкен интегралды схемаларға (БИС
немесе СБИС) таратылады. Егер микропроцессор бір БИСтан
құралса, онда ол біркристалды, ал егер бірнешеден құралса секцияланған деп аталады. Өңдейтін екілік сөздер
разрядтылығы бойынша микропроцессорлар 8-дік, 16-лық, 32лік және 64-тік болып бөлінеді. Басқару тәсілі бойынша
микропроцессорлар мынадай болады:
- схемалық басқарылған, микропроцессордың әр командасына өз
схемасы сәйкес келеді, команда саны тұрақты болады;
- микропрограммалық басқарылған, онда әр командаға өз
микропрограммасы сәйкес келеді, перепрограммалау көмегімен
біреуін алып, біреуін қосып команда санын өзгертуге болады.
Микропроцессордың негізгі міндеті – цифрлық ақпаратты өңдеу,
яғни негізгі арифметикалық және логикалық операцияларды
орындау. Одан басқа осы өңдеу процесін басқару керек.
Микропроцессор құрамына арифетикалық-логикалық
құрылғылар (АЛҚ) және басқару құрылғылары ену керек.
Ағымдағы ақпаратты жедел сақтау үшін регистрлер
қолданылады. 1-суретте микропроцессордың біріктірілген
сұлбасы келтірілген.
2
БҚ
АЛҚ
регистрлер
1-сурет. Микропроцессордың
біріктірілген сұлбасы
3
Суретте АЛҚ және БҚ құрылғыларымен қатар әртүрлі функциялар
орындайтын регистрлер жиынтығы бар.
Регистрдың О операнды микропроцессор орындайтын барлық есептердің
қорытындысын аккумуляциялайды. Егер есептеу операциясына екі
саны қажет болса, онда оның біреуі О регистрінде сақталады.
К регистрі команданың операция кодын немесе адресті бөлігін сақтау
үшін қызмет етеді.
А адресті регистр жадыдан шығаратын кезекті команда адресін уақытша
сақтау үшін қажет.
Ф жалауша регистрі арифетика-логикалық құрылғылардағы
операциялардың орындалуынан кейінгі белгілердің пайда болуына
тәуелді триггерлерден құралады. Мысалы, нөлдік қорытындыда ZF
нөлдік триггері жұмыс істейді, ал кері жағдайда – кері қорытынды
триггері, разрядтық тордың аса толуында - OF аса толу триггері жұмыс
істейді.
С регистрі осы уақыт аралығындағы микропроцессор жағдайын бақылау
үшін қажет. Ондай ақпарат басқару құрылғысына сәйкес басқару
сигналын өңдеу үшін қажет.
СК санағыш регистрі программадағы келесі команда адресін табу үшін
қолданылады.
РОН жалпы мәндік регистрлер ішкі жадыны құрайды немесе аса жылдам
есте сақтау құрылғысын (СОЗУ) жасайды.Олардың саны көп болған
сайын микропроцеассор ішінде соншама операция жүргізуге болады,
ол жылдамдықты көбейтеді.
Стек көрсеткіші (УС) жедел жады бос ұяшықтары берілген стек шыңының
мекен-жайын (адресін) көрсетеді. Стекке бөлінген жады «соңғы келді
– бірінші шықты» принципімен принципімен жұмыс істейді.
Бағдарламада үзіліс ұйымдастыру үшін қолданылады.
4
Микропроцессор шина жүйелері арқылы (ША –
адрес шинасы, ШД – мәліметтер шинасы, ШУ –
басқару шинасы) басқа құрылғылармен
байланыста болады, мысалы, жедел жады
(ЖЖ-ОЗУ), тұрақты жады (ТЖ-ПЗУ),
енгізу шығару құрылғыларымен. Осыдан
микропроцессорлық жүйе құрылады.
Микропроцессорлық жүйе құрамын көмекші
цифрлық құрылғылар микросхемаларынан
тұратын, микропроцессормен уақыт бойынша
сәйкестендірілген микропроцессорлық
жиынтық құрамына енетін микросхемалар
көмегімен кеңейтуге болады. Олар мыналар :
-таймер – уақыт белгілейтін функция беру үшін;
-енгізу-шығарудың бағдарламалық құрылғысы;
- жадыға тікелей қатынас құрылғысы;
-тізбекті арна бойынша ақпарат тарату
құрылғысы және т.б.
5
Егер микропроцессордың бір кристалында
микропроцессорлық жүйенің негізгі
компоненттерін орналастырса, онда
микроконтроллер атты құрылғыны аламыз.
Микроконтроллер аз қуат пайдаланады,
жады жұмысы мүмкіндіктерін кеңейтеді, бағасы
арзан.
Микроконтроллердің архитектурасы негізінде
төрт негізгі принциптi айтуға болады:
1)кез келген операция бір тактте жұмыс істейді;
2)мәліметтерөңдеу операциясы «регистррегистр» форматында орындалады;
3)қорытындылар бір тактіде бір сөз
жылдамдығымен жасалады.
6
Егер микропроцессорлық жүйені қорек көзі, ақпарат
бейнелеу және жанасу құрылғысы, бағдарламалық
қамтамасыз ету жиынтығы бар автономды жүйе ретінде
қарастырсақ, онда микроЭЕМ атты құрылғыны аламыз.
Әмбебап микро-ЭЕМ компьютер деп аталады, ал
мамандандырылған ЭЕМ – встроенный ( )
микропроцессорлық жүйе деп аталады.
Есептеу қуатына байланысты компьютерлер
(персоналды) дербес және суперкомпьютер деп
екіге бөлінеді. Дербес компьютерлер – арнайы есептер
шығару мақсатында кеңінен қолданылады.
Суперкомпьютер – триллион операциямен көптеген
есептеулер шығаратын жалпы мәнді құрылғылар.
Мультипроцессорлық жүйелерді құру үшін транспьютер
атты микропроцессор жасап шығарылған. Бұл процессор
жоғары жылдамдықта (секундына 10 миллион операция)
үлкен массивті ақпараттар өңдеуге арналған. Онда
транспьютерлік торап жасай отырып басқа
транспьютерлермен байланысатын төрт байланыс
арнасы бар.
Егер микропроцессор сигналдарды цифрлық өңдеу
есептерін шешетін, мысалы, цифрлық сүзгілеу және
спектралдық анализ (талдау) арнайы архитектурадан
7
тұрса, онда мұндай процессор сигналды процессор
деп аталады.
Микропроцессорлар кеңінен қолданылады, оларға
қойылатын талаптар әртүрлі. Сондықтан қуаттылығымен,
әмбебаптығымен, жылдамдығымен және құрылымымен
ерекшеленетін бірнеше микропроцессорлық жүйелер
қалыптасқан.
Микропроцессорлық жүйелердің негізгі типтері:
- микроконтроллерлер – жүйенің барлық түйіндері бір
микросхема түріндегі қарапайым микропроцессорлық
жүйелер;
- контроллерлер – жеке модуль түріндегі басқаратын
микропроцессорлық жүйелер;
- микрокомпьютерлер – сыртқы құрылғылармен тез
қосылатын қуатты микропроцессорлық жүйелер;
- компьютерлер ( оның ішінде дербес) - ең қуатты және
әмбебап микропроцессорлық жүйелер.
Микроконтроллерлер - күрделі құрылғылар құрамында
болатын әмбебап құрылғылар. Микроконтроллердің
жүйелік шиналары микросхема ішінде көрінбей
орналасқан. Микроконтроллерге сыртқы құрылғылар
қосу мүмкіндігі аз. Микроконтроллер құрылғылары бір
есепті шешуге арналған.
8
Контроллерлер бір немесе бір-біріне жақын есептер топтамасын
шешуге арналған. Оларда қосымша түйіндер мен
құрылғыларды, мысалы, үлкен жадыны, енгізу-шығару
құрылғыларын қосу мүмкіндігі жоқ. Олардың жүйелік шинасын
тұтынушы көре алмайды. Контроллер құрылымы қарапайым
және жылдамдығы максималды. Көптеген жағдайда
орындалатын программалар тұрақты жадыда сақталады және
ауыстырылмайды. Контроллерлер бір платада жасалады.
Контроллерлер бізді қоршаған барлық құрылғыларда
пайдаланылады. Мысалы автомобильдің мына
құрылғыларында:
• Кондиционерінде;
• Трансмиссиясын басқаруында;
• Замоктарды (құлыптарды) басқаруда;
• Жарықпен басқаруда;
• Соғылудан сақтау құрылғысында;
• Қауіпсіздік жүйесі датчиктерінде;
• Артқы орындық радиоаппаратурасын басқаруда;
• Электронды компасында;
• Тормозда;
• Дворникте;
• Антирадарда және т.б.
9
Сабақтың соңы
10