Глава 11 Общая характеристика микропроцессоров

11.1. Использование микропроцессоров в иит

Особое место в ряду достижений вычислительной техники занимает появление в 1971 г. микропроцессоров (МП), разработка и организация промышленного выпуска которых явилась таким же революционным шагом, как в свое время появление транзисторов. Широкие возможности, которые предоставляет разработчикам использование МП, их малая себестоимость, компактность и надежность обеспечивают быстрый рост производства и проникновение МП в различные области экономики. Один из основных потребителей МП на мировом рынке – информационно-измерительная техника. Использование МП в измерительных приборах и информационно-измерительных системах позволяет увеличить их точность, быстродействие и надежность, а также расширить функциональные и эксплуатационные возможности.

Стремительное развитие цифровых методов обработки информации обусловлено успехами интегральной технологии, позволяющей изготавливать цифровые микросхемы, содержащие десятки тысяч логических элементов. Использование микросхем повышенной степени интеграции позволяет существенно улучшить основные технико-экономические характеристики аппаратуры. Во-первых, значительно уменьшается число внешних соединений в аппаратуре из-за большей функциональной сложности самих микросхем. Поскольку в микроэлектронной аппаратуре внешние соединения являются одной из основных причин ее отказов, то их уменьшение при использовании микросхем повышенной степени интеграции позволяет повысить надежность аппаратуры. Во-вторых, сокращается общая длина соединений между элементами. Задержка сигнала на каждые 30 см соединений равна 1 нс. Отсюда следует, что создание устройств со сверхвысоким быстродействием принципиально возможно только на базе микросхем повышенного уровня интеграции, в которых общую длину межсоединений можно довести до величины не превышающей 1 см, что обеспечивает задержку распространения сигнала между элементами не более 0,03 нс. Кроме того, микросхемы повышенного уровня интеграции имеют по сравнению с микросхемами малого уровня интеграции меньшие размеры и более низкую стоимость в расчете на один функциональный элемент.

Отмеченные преимущества ИС с повышенным уровнем интеграции и обусловили появление больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем. Однако появление БИС и СБИС поставило в начале 70-х годов новые проблемы перед разработчиками микросхем. Дело в том, что выпуск таких микросхем из-за больших первоначальных затрат, обусловленных разработкой их логической структуры, изготовлением фотошаблонов и технологической подготовкой производства экономически оправдан только в случае их массового производства. С другой стороны каждый тип БИС, представляющий собой "жесткую", неизменяемую структуру из сотен и тысяч логических элементов, мог выполнять только одну определенную функцию или весьма ограниченный их набор, т.е. БИС были узкоспециализированными. Поэтому число типов БИС, требуемых для реализации различных цифровых систем, возрастало, а требуемый объем выпуска каждого из типов БИС оказывался небольшим. Решение проблемы было достигнуто разработкой БИС, функции которых задаются путем подачи внешних электрических сигналов, изменяющихся по определенной программе. Такие БИС получили название микропроцессоров