Микропроцессорная техника — это управляемое программными средствами оборудование, предназначенное для обработки цифровых информационных данных и управления этой обработкой, которое выполнено как одна большая интегральная схема (или набор таких схем).
Введение
К началу семидесятых годов прошлого века технологические успехи в сфере микроэлектроники позволили создать новую электронную элементную базу, а именно, микроэлектронные большие интегральные схемы (БИС). В состав БИС могло входить более тысячи активных компонентов, а чуть позднее были разработаны сверхбольшие БИС (СБИС), которые могли состоять из более чем десяти тысяч компонентов.
Налаживание выпуска новых БИС даже сегодня является достаточно сложным и недешёвым процессом, что объясняется значительными первоначальными затратами на проектирование их логических структур и топологии, формирование фотошаблонов и технологическую подготовку производства. Весь процесс занимает около года работы коллектива специалистов. По этой причине проектирование и производство БИС является экономически оправданным только при их массовом производстве, когда количество измеряется от десятков до сотен тысяч экземпляров в год. А проектировать специализированные БИС для всех конкретных применений фактически считается не реальным. По этой причине разработчики микросхем высокой степени интеграции пришли к идее формирования единой унифицированной БИС, вернее определённого их набора, область использования которого в каждом конкретном случае определяется не схемными, а программными методами. Таким образом стали появляться стандартизированные универсальные компоненты, а именно, микропроцессорные БИС, имеющие структуру, аналогичную организации электронных вычислительных машин (ЭВМ).
Микропроцессорная техника
Микропроцессором называется процессор, реализованный как определённый набор БИС (или как одна большая схема).Наличие приставки «микро» к слову «процессор» означает минимизацию размеров процессора за счёт высокого уровня интеграции входящих в его состав схем. То есть, микропроцессор является полупроводниковым прибором, состоящим из управляемых программой БИС и выполняющим операции автоматической переработки цифровых информационных данных. Его небольшие габариты и маленький вес, незначительное потребление электроэнергии предоставили возможность расположения микропроцессора прямо в электронной схеме измерительных приборов, управляющего и иного оборудования.
Стоимость микропроцессора существенно меньше, чем стоимость обычного процессора, выполненного на базе интегральных схем малой и средней степени интеграции, а экономичность и надёжности в работе - выше. Микропроцессорные модули используются в измерительных приборах, для того, чтобы расширить их функциональные возможности, придать им новые свойства, превратить их в системные комплексы, а также улучшить характеристики отдельных блоков и устройства в целом.
Микропроцессор состоит из:
- Арифметико-логического устройства (АЛУ), предназначенного для реализации арифметических и логических операций. Арифметической операцией считается процедура информационной обработки, аргументы и итоги которой выражены в числовом формате. Логической операцией является процедура, осуществляющая формирование сложных высказываний (операции И, ИЛИ, НЕ и так далее).
- Регистров общего назначения (РОН), применяемых для информационного хранения. Это сверхоперативные запоминающие устройства, которые служат для хранения операндов при исполнении операций. Количественный набор и предназначение этих регистров в микропроцессоре определяется его архитектурной организацией.
- Аккумуляторов, то есть регистров из которых считывается одно из чисел, с которыми выполняются арифметические или логические операции. В него же записывается итоговый результат.
- Счётчика адреса команд, где сохраняется адрес ячейки памяти с записанным кодом исполняемой команды.
- Регистра флагов или условий, в котором размещается информация о параметрах итога исполнения арифметических или логических операций. К примеру, результат равен нулю, произошло переполнение и прочее.
- Регистра адреса стека, где записывается адрес последней отведённой для стека ячейки памяти.
- Блока управления шинами микропроцессорной системы, то есть модуля, вырабатывающего сигналы для внешних шин микропроцессора, что означает управление микропроцессорной системой.
- Блока дешифровки кодов команд.
- Таймера, то есть счётчика, предназначенного для подсчёта внутренних действий.
- Модуля оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), которое предназначено для приёма, сохранения и отправки информационных данных, применяемых при выполнении программы.
- Модуля постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), который предназначен для выдачи констант, требуемых при переработке данных в АЛУ.
- Модуля кэш памяти, который служит для сохранения в микропроцессоре копий команд, операндов и информационных данных, к которым в последний раз обращался микропроцессор.
- Шин адреса, данных и управления, то есть это набор линий для передачи однотипных данных.
- Шинного интерфейса, то есть модуля, выполняющего операции по согласованию действий среди внутренних модулей микропроцессора и внешними системами.
По количеству БИС микропроцессоры классифицируются следующим образом:
- Однокристальные, в которых все модули микропроцессора помещаются в едином кристалле одной микросхемы.
- Многокристальные, в которых разные модули микропроцессора помещены в разные кристаллы.
По своему предназначению микропроцессоры подразделяются на следующие типы:
- Микропроцессоры универсального типа, предназначенные для решения обширного набора различных задач.
- Микропроцессоры специализированного типа, то есть проблемно ориентированные, что даёт возможность повысить их эффективность.
