77.1 История развития и современное состояние в области микропроцессорных систем.

История развития и современное состояние в области микропроцессорных систем.

Микропроцессорная система (МПС) - это микроЭВМ (микрокомпьютер) или вычислительный комплекс (ВК), построенный на основемикропроцессорного комплекта (МПК) больших (БИС) и/или сверхбольших(СБИС) интегральных микросхем.

Состав

Генератор тактовых импульсов задаёт временной интервал, который является единицей измерения (квантом) продолжительности выполнения команды. Чем выше частота, тем при прочих равных условиях более быстродействующей является МПС. МП, ОЗУ и ПЗУ — это неотъемлемые части системы. Интерфейсы ввода и вывода — устройства сопряжения МПС с блоками ввода и вывода информации. Для измерительных приборов характерны устройства ввода в виде кнопочного пульта и измерительных преобразователей (АЦП, датчиков, блоки ввода цифровой информации). Устройства вывода обычно представляют цифровые табло, графический экран (дисплей), внешние устройства сопряжения с измерительной системой. Все блоки МПС связаны между собой шинами передачи цифровой информации. В МПС используют магистральный принцип связи, при котором блоки обмениваются информацией по единой шине данных. Количество линий в шине данных обычно соответствует разрядности МПС (количеству бит в слове данных). Шина адреса применяется для указания направления передачи данных — по ней передаётся адрес ячейки памяти или блока ввода-вывода, которые получают или передают информацию в данный момент. Шина управления служит для передачи сигналов, синхронизирующих всю работу МПС.

Микропроцессор — процессор (устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде), реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем (в противоположность реализации процессора в виде электрической схемы на элементной базе общего назначения или в виде программной модели).

I поколение связано с выпуском специализированных БИС (калькуляторы, электронные часы): характеризуются узким набором функций, малым быстродействием, связанным с последовательным характером обработки.

II поколение связано с появлением универсального процессора, работающего с электронным обрамлением на интегральных схемах малой и средней степени интеграции.

Intel 4004, 1971г.:4-хразрядный., с командным управлением, количество транзисторов: 2.300, технология: 10 мкм PMOS, адресуемая память: 640 байт, память для программы: 4 Кбайта.

Состоит из сумматора, 4 РОН, стек, 45 команд, 2300 транзисторов.

Недостатки:

• малая разрядность;

• разрядно ненаращиваемый;

• малое быстродействие (20 мкс на команду).

III поколение связано с появлением м/процессорных комплектов в виде функционально завершённых БИС. Комплект состоял из ЦП, генератора тактовых импульсов (ГТИ), контроллеров периферийных устройств (ЭЛТ, ПДП, прерываний, таймер).

Intel 8008 + сопутствующие БИС (1972); позже он был доработан и назван i8080 (1973) [наш аналог — К580] :

Разрядность 1 байт.не наращиваемый, командное управление; реализована структура ЭВМ II поколения. Характерно наличие электрически совместимых БИС. Кроме того, в комплект входят м/схемы памяти: ПЗУ, ОЗУ.

IV поколение связанное с появлением микропрограммируемыхразряднонаращиваемых микропроцессоров. Основа микропрограммного комплекта — БИС ЦПЭ. Требуемая разрядность достигается засчёт связи ЦПЭ по входам и выходам переносов и сдвигов.

Использовались для замены морально устаревшего оборудования (мини- и микроЭВМ).

V поколение: переход к СБИС (к ним относят м/схемы с числом транзисторов >100 000).

К V поколению относят 1-кристалльные микроЭВМ, микроконтроллеры, современные микропроцессоры (в частности, i80286 [1983, 130 000 транзисторов] ;).

Современные МПС реализуют архитектуру, которая воплощает, как правило,следующие принципы:

1. Принцип хранимой в памяти программы.

2. Принцип адресного обращения устройств МПС друг к другу.

3. Принцип магистрально-модульной структуры.

Просто почитать!!!!!

Применение в измерительных приборах

Главная особенность микропроцессора — возможность программирования логики работы. Поэтому МПС используются для управления процессом измерения (реализацией алгоритма измерения), обработки опытных данных, хранения и вывода результатов измерения и пр. Рассмотрим основные преимущества микропроцессорных средств измерения.

Многофункциональность. Замена измерительного комплекса (совокупности различных измерительных приборов) одним, многофункциональным. Такая замена в приборах с «жесткой» логикой неэкономична. Так как добавление новой функции требует ввода дополнительного блока. Программируемая логика позволяет сделать это добавлением блока программы. Число программ ограничено возможностями ПЗУ и блока управления.

Повышение точности — наиболее важный момент. Уменьшение погрешностей по сравнению с обычными цифровыми приборами при прочих равных условиях достигается за счет исключения систематических погрешностей в процессе самокалибровки: коррекция смещения нуля, учет собственной АЧХ прибора, учет нелинейности преобразователей. Самокалибровка в данном случае — это измерение поправок или поправочных множителей и запоминание их в ОЗУ с целью использования на этапе обработки опытных данных.

Уменьшение влияния случайных погрешностей (путем проведения многократных измерений с последующей обработкой выборки — усреднением, вычислением мат. ожидания и пр.). Выявление и устранение грубых погрешностей (промахов). Вычисление и индикация оценки погрешности прямо в процессе измерения.

Компенсация внутренних шумов и повышение чувствительности средства измерения. Простое усреднение сигнала на входе прибора требует достаточно большого времени tycp. Один из вариантов — проведение многократных измерений и усреднение результатов с целью компенсации случайной составляющей измерительного сигнала. Пример — микропроцессорный ВЧ вольтметр среднеквадратического значения.

Расширение измерительных возможностей путем широкого использования косвенных и совокупных измерений, воспринимаемых оператором в этом случае как прямые (поскольку результат обработки появляется на индикаторе сразу после проведения измерения). Напомним, что косвенные измерения включают в себя вычисления результата по опытным данным по известному алгоритму. Совокупные измерения предполагают измерение нескольких одноименных физических величин путем решения системы уравнений, получаемых при прямых измерениях сочетаний этих величин. (Например, измерение сопротивления различных сочетаний резисторов — последовательное, параллельное, последовательно-параллельное, позволяют рассчитать сопротивление каждого из них). В этих случаях микропроцессор осуществляет управление процессом измерения по программе и проводит обработку опытных данных. Результат расчетов воспринимается оператором как результат прямых измерений, поскольку расчет делается быстро.

Упрощение и облегчение управления прибором. Все управление производится с кнопочной панели, выносные клавиатуры используют редко. Чем меньше кнопок, тем более «разумным» является прибор. Автоматизация установок прибора приводит к упрощению его использования (выбор пределов измерения, автоматическая калибровка и пр.). В ряде приборов использую контроль за ошибочными действиями оператора — индикация его неверных действий на табло или экране. Упрощает измерения визуализация результатов на экране в удобном виде, с дополнительными шкалами. Ряд приборов предусматривает вывод результатов на печатающее устройство или портативный носитель информации.