Введение. Эволюция развития микропроцессорной техники. Современный уровень и перспективы развития микропроцессорной техники.
Основные понятия: микропроцессор (МП), микропроцессорная система (МПС), микропроцессорный комплект (МПК). Структурная схема трех-магистральной микроЭВМ. Система шин МПС. Интерфейсы МПС, память, устройства ввода-вывода. Состав и характеристики МПК.
Структурная схема 8-ми разрядного МП: арифметическо-логическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ), регистры общего назначения (РОН), специальные регистры. Машинные такты и циклы выполнения команд. Граф работы первичного автомата, временные диаграммы работы МП. Словосостояние микропроцессора.
Система команд МП.
Программная модель микропроцессора. Форматы команд. Способы адресации. Команды пересылки, арифметические, логические, сдвига, передачи управления, ввода-вывода, специальные команды. Псевдокоманды.
Ассемблер в системе команд 8-разрядного МП. Типы ассемблеров.
Требования к полям записи программ на ассемблере. Примеры программирования на ассемблере.
Организация шин микроЭВМ. Увеличение нагрузочной способности шин МП. Двунаправленные шинные формирователи. Формирование синхросерий, генератор тактовых импульсов. Сигналы шины управления, системный контроллер.
Организация интерфейса ввода-вывода микроЭВМ.
Основные принципы ввода-вывода информации в МП и микроЭВМ. Программно- управляемый обмен, обмен по прерыванию. Программируемый параллельный адаптер. Структурная схема, режимы работы, управляющие слова, инициализация. Последовательный канал ввода-вывода информации. Структурная схема, режимы работы, Синхронизация. Защита от ошибок при передаче информации. Виды ошибок. Управляющие слова, инициализация.
Канал прямого доступа к памяти (КПДП).
Структурная схема КПДП, режимы работы, граф работы первичного автомата, управляющие слова, инициализация.
Особенности типовых структур микроЭВМ.
Организация прерываний при работе с внешними устройствами. Программируемый блок приоритетного прерывания. Структурная схема, режимы работы, управляющие слова, инициализация, каскадная схема включения.
Организация временных задержек в МПС.
Программируемый интервальный таймер. Структурная схема, режимы работы, управляющие слова, инициализация.
Структурная схема 16-ти разрядного МП: в минимальном и максимальном режимах, организация памяти, организация прерываний, специальные регистры, организация прямого доступа в память. Запуск и сброс МП.
Запоминающие устройства. Основные параметры. Классификация. Основные структуры запоминающих устройств. Структуры 2D, 3D, 2DM.
Память с последовательным доступом. Буфер FIFO. Кэш-память. Запоминающие устройства типа ROM, PROM, EPROM, EEPROM.
Микроконтроллеры с архитектурой AVR.
Особенности семейства AVR. Структура микроконтроллера AT mega 103: организация памяти, регистры общего назначения, АЛУ, параллельные порты ввода-вывода информации.
Методы адресации и система команд AVR.
Последовательный ввод-вывод информации в AVR: каналы SBI, UART, аналоговый ввод-вывод (компаратор напряжения).
Аналого-цифровой преобразователь.
Таймеры-счетчики, сторожевой таймер.
Вопрос 1
Микропроцессоры и микроЭВМ являются в настоящее время наиболее массовыми средствами вычислительной техники.
Эволюция развития микропроцессорной техники:
1971 – фирма IBM выпустила микросхему серии4004- микропрограммируемое вычислительное устройство (МПУ), которое представляет собой однокристальный ЦП, имеющий в своем составе 4-х разрядный параллельный сумматор, 15 4-х разрядных регистров и стек. МПУ 4004 было реализовано на 2300 транзисторах и могло выполнять 45 различных команд. Имело частоту 750 КГц.
1972- появился термин «микропроцессор».
1974- фирма INTEL выпустила 8-разрядный МП с тактовой частотой 2МГц, что дало дальнейшее развитие микропроцессорной технике.
1981- был выпущен 16-разрядный МП 8086 с тактовой ч. 4,77 МГц (3-е поколение). Но слишком сложная и дорогостоящая технология производства заставила выпустить другую модель МП-8086 с 8-р. внешней шиной д-х. Именно этот МП IBM выбрала в качестве ЦП для PC/XT
1984- 4-е поколение МП INTEL. Это МП 80286 16-разрядный, тактовая ч. которого была повышена до 8МГц. В настоящее время т.ч. МП 80286 повышена до 20МГц.
1986- 5-е поколение. МП 80386, 32-разрядный, с тактовой ч. до 40 МГц. Данный МП может выполнять одновременно несколько программ.
1989- 6-е поколение МП, имеет условное обозначение 80486. Данный МП объединяет вместе процессор 80386 и сопроцессор 80387 и некоторые системные компоненты, что дает при такой же тактовой ч МП 80386 производить вычисления в 3-4 раза быстрее. Тактовая частота МП 80486DX2 достигает 66 МГц.
1993- появился новый МП – 80586, получивший название Pentium. Данный МП представляет 32-разрядную структуру и имеет уровень интеграции на 20% выше, чем 80486. Тактовая ч неуклонно повышалась и достигла 180-200 МГц, что позволяет говорить о 7-м этапе в развитии микропроцессорной техники.
В последнее время (1998-год изд. методы) такие фирмы, как DEK, Amd, Cyrix, IBM, начинают успешно конкурировать на микропроцессорном рынке с фирмой INTEL. Так, фирмой DEK разработан МП Alpha-Chip AXP 21064, тактовая частота которого составляет 200МГц, а производительность 300 млн. оп. в секунду. Разрядность МП достигает 64 при напр. питания 3,3 В. Фирмой DEK разработан также более простой вариант процессора Alpha-Chip- микропроцессор AXP 21066, тактовая ч.- до 166МГц и предназначенный для массового спроса.
Основные понятия:
Микропроцессор (МП) – программно-управляемое устройство, осуществляющее прием, обработку и выдачу цифровой информации и служит для реализации вычислительной или управляющей структуры, построенное на одной (однокристальный МП) или нескольких (многокристальный МП) больших инт. схем (БИС), входящих в состав микропроцессорного комплекта(МПК).
МПК- называется совокупность микропроцессорных и других БИС, совместных по конструктивно-технологическому исполнению и предназначенных для совместного использования при построении МП, микроЭВМ, контроллеров и других средств вычислительной техники и цифровой автоматики.
МПС- обычно называют специализированную информационную или управляющую систему, построенную на основе микропроцессорных средств.
Структурная схема трех-магистральной микроЭВМ.
шД- двунаправленная
УС-узел синхронизации –включает в себя тактовый генератор и и опр. цепи, может размещаться в МП (микроконтроллер).
АЛУ- 8-разрядная комбинационная схема, выполняющая арифметические и логические операции.
Память- имеет две структуры: Неймановская и Гарвардская.
Н.- память программ (ПЗУ) и память (ОЗУ) находятся в едином физическом устройстве.
Г.- ПЗУ и ОЗУ – физически разделены.
Прямо адресуемое пространство в памяти определяется шиной адреса.
Для микропроцессоров характерна трехшинная структура, содержащая шину адреса, двунаправленную шину данных и шину управления. Как видно из рисунка типовая структура МП-системы предполагает наличие общего сопряжения ( общего или единого интерфейса) для модулей памяти (ОЗУ и ПЗУ) и периферийных устройств- внешних ЗУ и устройств ввода-вывода(УВВ).
Шина адреса имеет 3 состояния: 0,1, z(состояние высокого сопротивления). Эти состояния характерны и для шины данных.
КПДП - контроллер прямого доступа в память.
ОУ - объект управления.
Устройство ВВ - сопрягает ОУ с микроЭВМ. Количество линий определяется структурой микропроцессора, структурой команд.
Состав и характеристики МПК.
МПК серии К580 предназначен для создания средств вычислительной техники и обработки информации.
В состав базового комплекта входят следующие основные БИС:
К580ИК80А - центральный процессор (микропроцессор МП)
К580ВН59 - программируемый контроллер прерываний
К580ИК57 - контроллер прямого доступа в память
К580ИК55 - программируемый параллельный адаптер
К580ИК51 - программируемый последовательный интерфейс
К580ВК28/38 - системный контроллер
К580ГФ24 - генератор тактовых импульсов
К580ВИ53 - программируемый интервальный таймер
К580ВГ75 - программируемый контроллер клавиатуры и индикации
К580ВГ79 - программируемый контроллер ЭЛТ
К580ВА86/87 - шинные формирователи.