Первый микропроцессор Intel 4004.

Характеристики: f = 750 кГц, 2300 транзисторов, цена 200$.

Скорость обработки 6000 опер/сек.

Alpha 21264 – фирма Dek

f = 700 мГц, 15,2 миллионов транзисторов, цена 300$.

Скорость 2миллиарда опер/сек.

Области применения БИС:

Информационная измерительная техника поглощала 16% БИС, управление производством 18%, авиация и космос 15%, системы связей 14%, вычислительная техника 13%, военная техника 9%, бытовая техника 3%, медицинская техника 3%, транспорт 2%, и другие области 7%.

Структура микропроцессорной системы

Простейшая однопроцессорная система

МП – микропроцессор; ОЗУ – оперативное запоминающее устройство; ПЗУ – постоянное запоминающее устройство; УВв – устройство ввода; УВыв – устройство вывода; ИК – интерфейсный канал; МУ – магистраль управления; МД – магистраль данных; МА – магистраль адреса; ИВВ – интерфейс ввода – вывода; БСИМ – блок сопряжения с исполнительными механизмами; ИМ – исполнительные механизмы; Д – датчики информации состояния объекта управления; БСД – блок сопряжения с датчиками.

Назначение и функции блоков в микропроцессорной системе

МП – центральный и главный элемент любой микропроцессорной системы в котором сосредоточены все функции обработки информации и выработки управляющих воздействий.

ОЗУ – устройство, предназначенное для хранения отдельных программ работы микропроцессорной системы(МПС), хранения данных для обработки информации, записи и хранения результатов выполняемых функций, а так же для хранения любой другой оперативной информации для работы МПС в данный момент. По быстродействию ОЗУ должно быть близко к МП для того чтобы осуществлять эффективный обмен данными между МП и ОЗУ и наоборот.

ОЗУ – является энергозависимым устройством. При отключении питания от МПС информация из ОЗУ теряется.

ПЗУ – устройство, предназначенное для хранения всех основных программ работы МПС, а так же различных констант и другой постоянной информации, необходимой при работе МПС. По быстродействию ПЗУ должно быть близко к МП.

ПЗУ – является энергонезависимым устройством и поэтому при отключении электропитания от МПС информация сохраняется полностью.

УВв – устройство ввода необходимо для ввода в МПС дополнительной информации из окружения данной МПС. УВв может быть несколько десятков или сотен. Данное количество будет зависеть от сложности МПС и возможностей МП.

УВыв – необходимы для вывода преобразованной информации в узлы и блоки окружающие МПС, а так же оператору. Данных устройств может быть очень много.

УВыв имеют ИК.

ИК – устройство, предназначенное для преобразования информации, поступающей с шин МПС в информацию удобную как для работы устройств вывода так и внешних устройств.

ИКвывода – предназначен для преобразования информации, поступающей от внешних устройств и преобразования этой информации в удобную для работы МПС.

Магистраль – блок, предназначенный для связи блоков и устройств в единое целое. Физически магистраль представляет собой набор электрических проводников из определенного материала и сечений.

Требования к магистрали:

1. Необходимая пропускная способность информации.
2. Электрическая совместимость шин с устройствами. Это значит, что через проводник должна передаваться информация определенной величины.
3. Чтобы бы мог выполняться временной протокол работы МПС(последовательности сигналов).

Все выше рассмотренные блоки с системой шин представляют собой микроЭВМ.

Контур управления:

ИВв – при вводе информации в контур, служит для преобразования информации с шин МПС в форму удобную для работы БСИМ.

БСИМ – предназначен для преобразования информации поступающей на его вход в электрические сигналы, необходимые для работы исполнительных механизмов.

Объект управления – изменяет состояние объекта.

Изменение объекта фиксируется датчиками Д, которых может быть очень много и которые передают эту информацию в виде электрических сигналов в БСД.

БСД – преобразует информацию из Д в информацию удобную для работы ИВв.

ИВв – преобразует информацию из БСД в информацию, удобную для работы МПС. Эта информация попадает на шины МПС и обрабатывается МП по особой программе в результате которой МП выдает управляющее воздействие для исполнительных механизмов.

Логическая структура развитого однокристального МП

Однокристальный – означает, МП выполняет на одном кристалле кремния.

МУС – магистраль управления системы;

МА – магистр адреса;

МД – магистр данных;

МУпр – магистр управления;

БПр – блок прерывания;

БМУС – блок местного управления и синхронизации;

МД1 – магистраль ввода данных;

БРгИ – блок индексных регистров для индексации команд;

СТЕК – внутренняя память для хранения информации при работе МП в особых режимах;

РгК – регистр команд;

СчК – счетчик команд;

РгС – регистр состояния МП, используемый для системного управления;

МД2 – магистраль выводимых данных из МП;

АЛУ – арифметическое логическое устройство;

РгПр – регистр признаков предназначен для фиксации конкретных признаков, характеризующие результаты внутреннего управления;

РгР – один или несколько регистров результатов операций;

МДвн – внутренняя магистраль информационных данных;

БРОН – блок регистров общего назначения(внутренняя память МП);

БУВв – блок управления ввода – вывода информации.

Взаимодействия блоков МП

1. Взаимодействие МП с внешними устройствами.(общая)

Если такое взаимодействие необходимо внешнему устройству, то внешнее устройство на магистраль Мупр. выставляет сигнал о таком взаимодействии. Т.к. внешних устройств бывает много, то обязательно нужен блок для анализа этих сигналов от внешних устройств и выбирал из них тот сигнал, который на данный момент наиболее важный. Для целей служит Бпр, который выбирает один сигнал из множества пришедших и посылает его на БМУС. Этот блок необходим для осуществления подготовительных операций для организации прерывания. Как только эти команды готовы МП прерывает ее выполнение(основной программы) и все данные прерванной команды посылаются в СТЭК. Это необходимо для того чтобы после обработки прерывания МП мог вернуться в исходное состояние при прерывании программ. В регистр команд записывается(РгК) – информация о первой команде, выполняемой в подпрограмме. Одновременно с этим в СчК записывается номер ячейки памяти, где хранится вторая команда. В РгС заносится информация о том, что делает МП в данный момент и эта информация выносится за пределы МП в МП систему. После чего информация поступает в АЛУ и происходит выполнение команды по преобразованию данных. АЛУ далее записывает в РгПр признаки, характеризующие выполненную операцию. Одновременно с записью признаком информации из АЛУ передается РгР, где эти результаты хранятся или передаются, затем во внутреннюю или внешнюю память МП системы или эта информация через БУВв тому блоку, с которым взаимодействовал МП.