1. Понятие микропроцессорных систем и их применение;

МПС – функционально законченное изделие, сост. из одного или неск. устройств, главным образом микропроцессорных: микропро-цессора(МП) и(или) микроконтроллера(МК). МП – программно-управляемое устройство, осущ. процесс цифро-вой обработки инф. и управление и построенное, как правило, на одной БИС. Применение: лог. управления объектами и процессами(локальные регуляторы, системы управления(СУ) роботами-манипуляторами), СУ потоками данных, коммутаторы, маршрутизаторы, СУ реального времени, распознавания речи, изображения и т.п.

2. Классификация микропроцессорных систем (по назначению, по разрядности, по способу управления, по конструктивно-технологическим признакам);

По назначению: универсальные (общего назначения), специализи-рованные. Разрядность определяет макс. кол-во инф. обрабатываемое при вып. элементарной команды. По разрядности: 8-и разрядные, 16-ти, 32-х, 64-х. По конструктивно-технологическим признакам: однокристальные, одноплатные, многоплатные. По применению: встроенные системы контроля и управления, локальные системы накопления и обработки инф., распределенные системы упр. сложными процессами, распределенные системы параллельных вычислений.

3. Применение микропроцессорных систем (но выбору студента);

Хотя микропроцессор является универсальным средством цифро-вой обработки инф., однако отдельные области применения требуют реализации определенных специфических вариантов их структуры и архитектуры. Среди специализированных МП наиболее широкое распространение получили микроконтроллеры, предна-значенные для вып. функций управления различными объектами. В связи с широким диапазоном решаемых задач управления треб., предъявляемые к производительности процессора, объему внутренней памяти команд и данных, набору необходимых ПУ, оказываются весьма разнообразными. Для удовлетворения запросов потребителей выпускается большая номенклатура микроконтроллеров, которые принято подразделять на 8-, 16- и 32-разрядные. 8-разрядные: Основные области применения - бытовая и измери-тельная техника, промышленная автоматика, автомобильная электроника, теле-, видео- и аудиоаппаратура, средства связи. 16-ти: Сложная промышленная техника, телекоммуникационная аппаратура, медицинская и измерительная техника. 32-х: Сложная промышленная автоматика (двигатели, роботехниче-ские устройства, средства комплексной автоматизации производст-ва), телекоммуникационное оборудывание, контрольно-измерительная техника.

4. Архитектура микропроцессорных систем;

Арх. процессора – комплекс его аппаратных и программных средств. В это понятие входит: набор программно-достуных регистров, система основных команд и способов адресации, объем и структура адресуемой памяти, виды и способы обработки прерываний. По набору выполняемых команд. CISC(Complex Instruction Set Computer): вып. большого набо-ра(>200) разноформатных(1-15 байт) команд различной степени сложности с исп. различных способов адресации(>10). Плюсы – позволяет программисту реализовывать наиболее эффективные алгоритмы решения разл. задач. Минусы – приводит к сущ. усложнению структуры МП, снижению производительности. RISC(Reduced ISC): вып. огранич. набора(<100) команд фикс. формата (4 байта), поддержка небольшого числа способов адресации. При этом для сокращ. числа обращений к памяти RISC-процессоры имеют увеличенный объем регистровой памяти (от 32 регистров до неск. сотен; в CISC – 8-16). Плюсы – упрощение структуры, увеличение производительности. VLIW(Very Large Instruction Word): исп. длинных команд, отдельные поля которых содержат коды, обеспеч. вып. сразу неск. операций параллельно в разл. операционных устройствах. По варианту реализации памяти и организации выборки команд и данных. Принстонская арх.(также фон Неймана) – хар-ется исп. общей оперативной памятью для хранения программ, данных, а также для организации стека. Гарвардская арх. – хар-ется физ. разделением памяти команд и памяти данных, и раздельными шинами.

5. Организация подсистемы обработки информации;

АЛУ – специальное устройство, входящее в состав процессора и выполняющее определенные типы арифметических и логических операций. УВВ – устройство ввода-вывода.

6. Структура простейшей обрабатывающей части МП и порядок её функционирования (на примере выполнения команды пересылки);

Входные данные передаются из регистров общего назначения (РОН) в буферный регистр (БР), затем в арифметико-логическое устройство (АЛУ), где происходит обработка данных, и сохраняются в РОН. Команда пересылки: РОН -> БР -> АЛУ -> РОН

7. Организация управления процессом обработки информации. Жёсткое и микропрограммное управление;

Устройство управления (УУ) в строгой последовательности в рамках тактов осуществляет: выборку команды; интерпретацию ее; установление номенклатуры и временной последовательности; генерацию управляющих импульсов; анализ результата операции. Выполнение операций сводится к элементарным преобразованиям информации, которые выполняются в течение одного такта сигналов синхронизации и называются микрооперациями. В аппаратных УУ каждой операции соответствует свой набор логических схем, вырабатывающих определенные функциональные сигналы для выполнения микроопераций (ЭВМ с жесткой логикой управления). При микропрограммной реализации УУ вводится ЗУ, каждый разряд которого определяет появление определенного функционального сигнала управления. Каждой микрооперации соответствует своя микрокоманда. Набор микрокоманд - микропрограмма.

8. Принстонская архитектура микропроцессорных систем (машина Фон-Неймана);

Программа - набор инструкций, выполняющий конкретный алгоритм, представленный в форме, воспринимаемой вычислительной машиной. В пристанской архитектуре память данных и команд объединена. Недостатки: при построении такой системы обмен данными и инструкциями осуществляется по одним и тем же каналам связи. Плюсы: простота динамического распределения памяти.

9. Гарвардская архитектура микропроцессорных систем;

В гарвардской архитектуре память команд и данных разделена. Недостатки: увеличение площади кристалла МП в связи с реализацией 2х различных линей; отсутствие возможности динамического распределения памяти. Плюсы: Её применение позволяет повысить вычислительную мощность с одновременным увеличением надёжности.

10. Организация конвейерной обработки команд;

Конвейеризация (конвейерная обработка) в основана на разделении функции на более мелкие части (ступени) и выделении для каждой отдельного блока аппаратуры. Обработку любой команды можно разделить на несколько этапов, организовав передачу данных от одного этапа к следующему. При этом конвейерную обработку можно использовать для совмещения этапов выполнения разных команд. Производительность при этом возрастает. Пример: разбиение выполнения инструкции на 6 ступеней: 1) Выборка команды (ВК) 2) Декодирование выбранной команды (ДК) 3) Формирование адреса операнда (ФА) 4) Приём операнда из памяти (ПО) 5) Выполнение операции (ВО) 6) Размещение результата в памяти (РР) 1я инстр. ВК ДК ФА ПО ВО РР 2я инстр. ВК ДК ФА ПО ВО РР Могут возникать проблемы, связанные с ветвлением и раличным временем выполнения операций, что усложняет процессоры.