Микропроцессорная техника

Лекции по курсу «Микропроцессорная техника» ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 3 1. Классификация микропроцессоров 4 2. Основные понятия 5 3. Структурно–логическая организация микропроцессоров 6 4. Структура простого однокристального микропроцессора 6 5. Структура многокристальных секционированных микропроцессоров 8 6. Архитектура МП системы 9 7. Структура однокристальной микро-ЭВМ 10 8. Система памяти МЭВМ 11 9. Внешние ЗУ (ВЗУ) 12 10. Характеристики ЗУ 12 11. Микропроцессор с точки зрения программиста 13 12. Методы адресации 14 13. Система команд 16 14. Процедура выполнения команд 17 15. Программное обеспечение МП и МЭВМ 19 16.1 Написание программ в машинных кодах 19 16.2 Программирование на Ассемблере 19 16.3 Языки высокого уровня 20 16. Описание типовых МП наборов 22 17. Способы и особенности построения систем на базе типовых наборов и МЭВМ 23 18. БИС параллельно программируемого интерфейса (ППИ) 26 19. Программируемый таймер 28 20. Программируемый связной адаптер 29 21. Методология проектирования систем на основе МП и МЭВМ 31 22. Перспективы развития МПС 35 Редакция 5 от 18.03.2008 г. Введение К началу 70-х годов были созданы сложные, распределённые системы. Возникла потребность в передаче части функций управления периферийным устройствам, расположенным рядом с объектом управления. К концу 60-х годов в технике стала проявляться тенденция к децентрализации управления. Для этого требовались недорогие, малогабаритные и надежные вычислители. С другой стороны электронная промышленность к этому времени способна была производить интегральные микросхемы (ИМС) до 3-го уровня интеграции. Микропроцессор (МП) появился в 1971 году как результат разрешения противоречия между потребностью в разнообразных больших интегральных схемах (БИС) в небольших количествах для конкретных применений и нерентабельностью производства таких БИС. Микропроцессор — это программно управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненное на одном или нескольких кристаллах. МП содержит арифметико–логическое устройство (АЛУ), устройство управления, сверхоперативную память (регистры общего назначения РОН), средства внутреннего и внешнего интерфейса. МП бывают однокристальными и многокристальными. В однокристальном микропроцессоре вся архитектура размещается в одной микросхеме. Если требуемая архитектура МП современными технологическими средствами не может быть размещена на одном кристалле, то структуру МП разбивают на функционально завершенные части и реализуют их на отдельных кристаллах. Центральный процессорный элемент МП обычно разбивают на малоразрядные (2, 4, 8) секции. Многокристальные секционированные микропроцессоры собираются на печатной плате из нескольких микросхем. Можно отметить четыре этапа развития вычислительных систем. Первый этап (1944–1955 гг.) — релейные и ламповые ЭВМ универсального назначения, ориентированные на решение научно–технический задач. Использование пакетов стандартных программ. Второй этап (1955–1964 гг.) — ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах, расширение сфер применения ЭВМ. Широкое внедрение управляющих ЭВМ. Развитие специализированных ЭВМ, обладающих повышенными характеристиками надежности и быстродействия, уменьшение аппаратных затрат за счет узкой специализации. Развитие алгоритмических языков. Третий этап (1964–1971 гг.) — ЭВМ третьего поколения на основе ИС. Разработка программно–совместимых и аппаратно–расширяемых ЭВМ для научно–технических и коммерческих расчетов, а также агрегатных средств вычислительной техники для управления производственными процессами. Создание бортовых информационно-управляющих систем. Разработка современных систем программного обеспечения. Четвертый этап (1971–1975 гг.) — развитие ЭВМ четвертого поколения на основе БИС и микропроцессоров. Интенсивное развитие проблемно–ориентированных микро и мини-ЭВМ. Развитие систем с разделением времени, систем коллективного пользования. Создание персональной ЭВМ и многопроцессорной ЭВМ. Пятый этап (с 1975 г.) — разработка последующих поколений ЭВМ на основе БИС повышенной степени интеграции. Создание распределенных вычислительных систем с «интеллектуальными» абонентскими пунктами. Совершенствование периферийного оборудования. Создание специализированных функциональных «модулей-расширителей» – для повышения производительности вычислительных и управляющих систем. В 80-х годах японцы объявили о создании поколения ЭВМ (японский вызов), которое характеризовалось многопроцессорной организацией с производительностью более 100 млн. операций в секунду, объемом ОЗУ более 10 Мбайт. Предполагалось голосовое и визуальное общение оператора с ЭВМ. В дальнейшем были разговоры о 6 и 7 поколении, но научно–техническая элита прекратила деление на поколения. Инженерам нужна классификация микропроцессора и ЭВМ по их техническим характеристикам и сфере применения. ЭВМ бывают не только цифровые, но и аналоговые, а также гибридные. Аналоговые вычислительные машины АВМ специализируются на решении дифференциальных уравнений. В отличие от ЦВМ, АВМ выполняет любую операцию с погрешностью и не может долго хранить информацию. Но АВМ справляется с решением дифференциальных уравнений высокого порядка или в частных производных легче и быстрее чем ЦВМ. Микропроцессор является основой ЭВМ. Первый МП появился в 1971 году, он был разработан американской фирмой INTEL. Микропроцессор содержал на кристалле около одной тысячи p–МОП вентилей. Выделяют 4 поколения микропроцессоров. Первое поколение (1971–1973 гг.). Эти МП обладают малой разрядностью (четыре разряда), изготовляются по наиболее простой p-канальной МОП–технологии и обладают невысоким быстродействием: тактовая частота до 800 кГц, время выполнения команд порядка 60 мкс. Они также имеют простую структурную организацию, жесткое аппаратное управление или, как иногда говорят, программное управление с жесткой логикой и неразвитую систему команд. МП первого поколения: 4004, 4040 фирмы Intel. Второе поколение (1973–1975 гг.). Эти МП с жестким аппаратным управлением 8–16 ‑разрядные, изготавливаются по более прогрессивной технологии (n–МОП) и обеспечивают среднее быстродействие. Тактовая частота изменяется до 2 МГц, время выполнения команды около 2 мкс. Кроме того, МП второго поколения обладают более совершенной структурой, содержат более мощную и эффективную систему команд. Типичными примерами МП второго поколения являются МП типа 8080 фирмы Intel, M6800 фирмы Motorola, F8 фирмы Fairchild. Третье поколение (с 1974 г.). Эти МП обладают высоким быстродействием, имеют более совершенную структурную организацию, более развитый интерфейс, эффективную систему команд, и изготовляются на основе большинства известных на то время технологий (n–МОП, комплементарная МОП (КМОП), транзисторно-транзисторная логика ТТЛ, ТТЛШ (ТТЛ с диодами Шоттки), инжекционная интегральная логика ИИЛ, эмиттерно-связанная логика ЭСЛ). Они имеют наращиваемую разрядность (из 2-, 4-, 8-разрядных секций) и микропрограммное управление. Типичными примерами МП третьего поколения являются микропроцессоры типа 3000 фирмы Intel, 5701/6701 фирмы Monolithic Memories, RP-16 фирмы Raytheon Semiconductor, отечественные КМ587ВМ1, КМ588ВМ1, К536ВП3, К583ВП1. Четвёртое поколение (с 1978 г.). В данном поколении осуществлён возврат к однокристальной архитектуре, но на новом уровне технологии и с использованием опыта, накопленного третьим поколением. Эти 8-, 16-, а сейчас 32- и 64-разрядные МП обладают высоким быстродействием, имеют более совершенную структурную организацию (адресный сопроцессор, конвейер команд, кэш команд и др.), более развитый интерфейс (у корпуса до 700 выводов), эффективную систему команд. Основные технологии: высококачественная КМОП с размерами элементов от 0,80 мкм до 0,12 мкм, и низкоуровневая n-МОП. 1. Классификация микропроцессоров В настоящее время микропроцессоры можно разделить на четыре больших класса: Универсальные (вычислительные МП) – это микропроцессоры для ЭВМ и для микропроцессорных систем общего назначения. Характеризуются полным набором команд, развитой системой адресации, высоким быстродействием за счет применения конвейерной обработки команд и применения буферной сверхоперативной памяти. Достоинства – высокая скорость, большой объем памяти. Количество команд – более 70, ориентированы они на выполнение любого алгоритма за приемлемое время. Приемлемое время в системах управления – это такое время, которое не приводит к существенному уменьшению качества системы. Качество характеризуется точностью и устойчивостью. Однокристальные микроЭВМ (ОМЭВМ). В одном кристалле присутствует МП, память данных, память программ, различные устройства ввода-вывода и встроенный генератор тактовых импульсов. Архитектура однокристальных микро-ЭВМ отлична от классической (фон-Неймановской) архитектуры ЭВМ. Отличие состоит в физическом и логическом разделении памяти программ и данных. Характеризуется полным набором команд. Внешний интерфейс предназначен для прямого подключения к объекту. Применение: автоматизация периферийных устройств ЭВМ, современных измерительных и генерирующих приборов. Сигнальные процессоры (СП) или цифровые процессоры обработки сигналов (ЦПОС) – это специализированные микропроцессоры с сокращенным набором команд (около 35), имеющие встроенную память данных и программ, а также некоторые устройства ввода–вывода. Архитектура ЦПОС гарвардская и супергарвардская. Магистрали памяти и данных в СП гарвардской архитектуры разделены полностью. В супергарвардской архитектуре между магистралями имеется логическая перемычка, позволяющая передавать информацию между магистралями. СП отличается от обычного МП наличием трех вычислительных устройств: АЛУ, умножителя-накопителя, сдвигателя. Производительность сигнального процессора при решении специальных задач существенно превышает производительность универсального МП за счет параллельного выполнения операций и одновременной пересылки разной информации по двум магистралям (шинам). В настоящее время самые быстродействующие СП выполняют около двух миллиардов операций в секунду. Сигнальный МП успешно справляется с теми задачами, которые ранее выполняли специальные микропроцессоры: конвольверы (МП для вычисления ковариации потоков данных), МП быстрого преобразования Фурье для спектрального анализа и др. Транспьютеры – это специальные МП с сокращенным набором команд (около 12) ориентированные на коммуникационные задачи. Транспьютеры предназначены для создания коммуникационных узлов и многопроцессорных ЭВМ. Их архитектура характеризуется: – простой структурно-логической организацией, ориентированной на быструю передачу данных по многим каналам и направлениям. – сокращенной системой команд, ориентированной на коммуникационные задачи. – расширенным интерфейсом, приспособленным для быстрого обмена по многим каналам одновременно. 2. Основные понятия Микропроцессорный комплект БИС представляет собой совокупность информационно, электрически и конструктивно совместимых БИС, специально разработанных для построения различных микропроцессорных систем. Обычно в микропроцессорный комплект входят: МП, ОЗУ, ПЗУ, контроллеры и устройства ввода–вывода, буферные схемы, регистры, дешифраторы и др. Микропроцессорная система – это любая вычислительная, контрольно-измерительная или управляющая система, обрабатывающим элементом которой является МП. МикроЭВМ – конструктивно завершенное вычислительное устройство, реализованное на базе микропроцессорного комплекта БИС или микропроцессорных модулей и оформленная в виде автономного прибора со своим источником питания, интерфейсом ввода-вывода и комплектом программного обеспечения. Микроконтроллер (МК) – это программируемое устройство логического управления. Однокристальная микроЭВМ (ОМЭВМ) — это большая интегральная схема, в которой реализованы микропроцессор, память программ и память данных, параллельные и последовательные интерфейсы, генератор тактовых импульсов и др.. В отличие от микроЭВМ, ОМЭВМ не имеет собственного источника питания и пульта управления. Мультипрограммный микропроцессор (ММП) имеет дополнительные аппаратные средства, повышающие эффективность одновременного решения им нескольких задач. Мультипрограммный МП имеет дополнительные стеки или дополнительные указатели стеков, средства конвейерной обработки команд и кэш команд, модернизированное устройство управления. Для организации многопрограммного режима ММП необходима многопрограммная операционная система (ОС). Архитектура МП включает в себя 3 составляющих: – структурно-логическая организация МП, – система команд, – интерфейс. Интерфейс – это правила обмена информацией и аппаратура, реализующая эти правила. Одномагистральные и многомагистральные микроЭВМ. Одномагистральная структура проще; отличается единой магистралью связи всех узлов микроЭВМ, малым количеством проводов и соединений, единством интерфейса. Из этого следует простота модернизации и наращивания системы. Недостаток: понижение производительности из-за мультиплексного режима работы магистрали. Многомагистральная структура обеспечивает повышение производительности за счет одновременной передачи информации по нескольким магистралям. Но она сложнее, интерфейсы разные, проводов больше. МП бывают: – Однокристальные МП. Все узлы МП реализованы в одной БИС. – Многокристальные МП. Структура МП разбивается на функционально-завершенные узлы, реализуемые на отдельных больших интегральных схемах). Центральный процессорный элемент разбивается на малоразрядные секции. Процессор необходимой разрядности собирается из секций, соединенных между собой схемой ускоренного переноса. 3. Структурно–логическая организация микропроцессоров Первое, второе и четвертое поколения являются однокристальными. Третье поколение (с 1974 г.) характеризуется многокристальным секционированным исполнением. Третье поколение МП осуществило прорыв в применении технологий, увеличении быстродействия, разрядности и количества шин МП. Однокристальные МП имеют жёсткую логику управления, неизменяемую систему команд, фиксированную разрядность. Простые однокристальные МП характеризуются общей двунаправленной шиной данных для внутренних и внешних устройств. Особенности МП определяют конструктивно–технологические ограничения: – число выводов микросхемы невелико, по этому интерфейс «узкий»; – состояние технологии изготовления кристалла всегда отстает от потребности разработчиков (это движущая сила для разработки новых МП). Многокристальные секционированные МП отличаются: – гибким, микропрограммируемым устройством управления, позволяющим изменить систему команд (простой заменой МПЗУ) и даже реализовать прикладную задачу на уровне микрокоманд; – возможностью наращивать разрядность МП благодаря секционированной структуре центрального процессорного устройства; – более широким интерфейсом, который характеризуется раздельными входной и выходной шинами данных, раздельными шинами данных памяти и устройств ввода–вывода. 4. Структура простого однокристального микропроцессора Двунаправленная шина данных (ШД) соединяет большинство внутренних узлов МП и через буфер (усилитель) соединена с внешней шиной данных. Вычислительным узлом является арифметико-логическое устройство (АЛУ), которое выполняет: –арифметические операции (сложение, вычитание, инкремент, декремент, а в некоторых МП ещё умножение и деление), –логические операции (И, ИЛИ, НЕ, исключающее ИЛИ), сдвиги (логические, циклические, арифметические). Для хранения промежуточных результатов имеются регистры временного хранения (на входах АЛУ, но на структуре они не показаны). Сверхоперативное ЗУ представлено регистрами общего назначения (РОН) – это самая быстрая память, расположенная внутри кристалла МП. Количество регистров – 8, 16, или 32; чаще их число соответствует разрядности процессора. Регистров не делают много, чтобы код их адреса был коротким. Среди РОН иногда выделяется регистр-накопитель (аккумулятор). В МП с аккумуляторной архитектурой большинство операций осуществляются с использованием аккумулятора, как источника одного из операндов и приемника результатов. Пример МП с аккумуляторной архитектурой – 580ВМ80 (I8080). В «электронике-60» нет аккумулятора и все регистры равнозначны. Устройство управления (УУ) в однокристальном микропроцессоре жестко запрограммировано на выполнение фиксированных команд. УУ состоит из регистра команд (PK), дешифратора (Дш. K), схемы распределения импульсов (Сх. РИ). Очередная команда поступает по шине данных в регистр команд, затем декодируется в дешифраторе команд и преобразовывается в последовательность импульсов. Для схемы распределения импульсов требует внешний тактовый генератор (ГТИ), эта схема учитывает и внешний управляющий сигнал, а также генерирует управляющие сигналы для внешних устройств. РСП (регистр состояния процессора) состоит из отдельных триггеров (флагов), каждый из которых индицирует либо состояние МП, либо признак результата выполненной операции. РСП МП К580 7 6 5 4 3 2 1 S Z AC P 1 C S – SIGN (S=1 – при отрицательном результате; S=0 – при положительном результате) Z – ZERO признак нулевого результата (Z=1) АС – дополнительный перенос, устанавливается, если был перенос из третьего в четвертый раздел аккумулятора. P – PARITY – бит паритета равен 1 (если в аккумуляторе нечетное число единиц) и Р=0 (если четное число единиц). СУ – CARRY признак переноса из старшего разряда аккумулятора. Децимальный (двоично-десятичный) корректор (ДК) помогает осуществить арифметические операции в двоично-десятичной системе исчисления. При наличии ДК исходного двоично-десятичного числа обрабатываются обычными двоичными арифметическими командами, каждая из которых должна сопровождаться командой десятичной коррекции. ADD A, C DAA ADD A, C DAA Регистр адреса (РА) – через РА к внешним устройствам передается адрес (либо адрес следующей команды, который формируется счетчиком команд, либо адрес данных, который формируется процессором из адресной части команд). РОН – сверхоперативная память внутри кристальная. Содержит 8, 16 или 32 регистра. Среди РОН выделяют регистр накопитель (аккумулятор). При наличии аккумулятора большинство операций выполняется с его участием. Аккумулируемая архитектура удобна для программ, в которых результаты используются сразу в следующей команде. 5. Структура многокристальных секционированных микропроцессоров Отличие от однокристального МП – в структуре и составе устройства управления. Сейчас многокристальные МП почти не применяются. ЦПЭ – центральный процессорный элемент БМУ – блок микропрограммного управления МПЗУ – микропрограммное запоминающее устройство. Центральный процессорный элемент составлен из n-секций, имеет две входных шины данных (ШД) – от памяти и устройств ввода–вывода, выходную ШД и шину адреса (ША). Из памяти команды поступают в БУМ, где преобразуются в последовательность адресов микрокоманд при участии предыдущих команд (управление следующим адресом) и признаков. Последовательность адресов подается на МПЗУ. Из него выбирается последовательность микрокоманд, образующая микропрограмму. В процессе отладки МПЗУ бывает оперативной памятью. Многокристальные МП имеют следующие отличительные особенности: – устройство управления программируемое, что позволяет изменять систему команд без изменения схемы МП, а также изменять разрядность МП, соединяя нужное число секций ЦПЭ, – расширенный интерфейс, содержащий несколько однонаправленных шин данных, – конструктивно–технологические ограничения реализации многокристальных микропроцессоров менее жесткие, нежели у однокристальных микропроцессоров. – многокристальный микропроцессор можно программировать на прикладном уровне в микрокомандах. Это значительно сложнее программирования в командах, но позволяет получить максимальную производительность программы. 6. Архитектура МП системы ТГ – тактовый генератор Микропроцессоры бывают синхронные и асинхронные. В синхронных микропроцессорах время выполнения каждой операции задает тактовый генератор. В асинхронных микропроцессорах начало следующей операции определяется сигналом окончания предыдущей. В этом случае время выполнения внутренней операции зависит от технологических характеристик. ППИ – программируемый параллельный интерфейс, для обмена дискретными данными. ПСА – программируемый связной адаптер КПДП – контроллер прямого доступа к памяти. Связывает внешние устройства с МП независимо от процессора. При создании микропроцессоров используются такие виды архитектуры, как регистровая, стековая, а также архитектура, ориентированная на оперативную память. Регистровая архитектура МП (архитектура, ориентированная на аккумулятор) определяет наличие достаточно большого регистрового файла внутри БИС МП. Этот файл образует поле памяти с произвольной записью и выборкой информации. МП с регистровой архитектурой имеют высокую эффективность решения научно–технических задач, поскольку высокую скорость работы СОЗУ позволяет эффективно использовать скоростные возможности арифметико-логического блока. Однако при переходе к решению задач управления эффективность таких МП падает, так как при переключениях программ необходимо разгружать и загружать регистры СОЗУ. Стековая архитектура МП дает возможность создать поле памяти с упорядоченной последовательностью записи и выборки информации. Эта архитектура эффективна для организации работы с подпрограммами, что необходимо для решения сложных задач управления, или при работе с языками высокого уровня. Хранение адресов возврата позволяет организовать в стеке эффективную обработку последовательностей вложенных подпрограмм. Однако стек на кристалле МП с малой информационной емкостью быстро переполняется, а стек большой емкости требует значительных ресурсов. Реализация стека в ОЗУ решает эти проблемы. Архитектура МП, ориентированная на оперативную память обеспечивает высокую скорость работы и большую информационную емкость рабочих регистров и стека при их организации в ОЗУ. В МП с такой архитектурой все обрабатываемые числа после операции в микропроцессоре вновь возвращаются в память, а не хранятся в рабочих регистрах. Архитектура МП, ориентированная на оперативную память, обеспечивает экономию площади кристалла микропроцессора. В этом случае на кристалле размещается только регистр–указатель начального файла регистров. Адресация остальных регистров осуществляется указанием в команде кода смещения. Доступ к рабочим регистрам в этом случае замедляется, поскольку приходится совершать сопряженное с затратами времени кольцевое перемещение из процессора во внешнюю память, где размещаются рабочие регистры. Однако контекстное переключение в МП с такой архитектурой происходит быстро, поскольку при прерывании необходимо только изменить значение содержимого регистра–указателя рабочей области. Другая отличительная особенность данной архитектуры МП–это двухадресный формат команд. В этих МП нет специального накапливающего регистра, выполняющего функции подразумеваемой ячейки результата для всех двухоперандных команд. 7. Структура однокристальной микро-ЭВМ Однокристальные микро-ЭВМ часто называют однокристальным микроконтроллером. ОМЭВМ предназначены для автоматизации с помощью локальных систем управления (ЛСУ), для управления периферийными узлами ЭВМ, для создания различных приборов, а также для решения любых задач, которые можно реализовывать внутренними средствами ОМЭВМ, с минимальным внешним оборудованием. Внутри ОМЭВМ есть: – АЛУ с десятичным корректором, – память данных (64–1024 байт), – сверхоперативное запоминающее устройство (СОЗУ) – встроенное ПЗУ программ объемом 4–32 Кбайт – несколько двунаправленных регистров 4–8 байт – УУ со встроенным тактовым генератором, а также некоторые функциональные узлы: – таймеры–счетчики, (два и более) – программируемый связной адаптер – блок приоритетных прерываний. Модификация ОМЭВМ отличаются составом внутреннего оборудования, внешним адаптером (количество выводов), а также технологией изготовления и некоторыми другими параметрами. Модификация ОМЭВМ различается составом внутреннего оборудования, внешним интерфейсом (количеством выводов), а также технологией изготовления и некоторыми другими параметрами. Встроенная память программ (резидентная память программ ) и резидентная память данных разделены на физическом и логическом уровнях, т.е. МЭВМ имеет неклассическую архитектуру. В ОМЭВМ часто встраивают другие вспомогательные узлы: – сторожевой таймер – супервизор питания – автономные часы реального времени – дополнительные массивы таймеров и защелок для реализации многоканальной ШИМ – дополнительные связные адаптеры с реализацией канального уровня некоторых протоколов. 8. Система памяти МЭВМ В МЭВМ применяется иерархическая многоуровневая система памяти. Обязательный элемент системы – ОЗУ, в котором хранятся используемые программы. Информация в ОЗУ теряется при отключении питания, удельная стоимость хранения информации в ОЗУ велика (256Мб–20 долларов). Для хранения часто употребляемых программ используется ПЗУ, в котором также используются программы. Стоимость велика (64Кб-4$). Для хранения больших объемов информации и пакетов программ применяется внешнее ЗУ (ВЗУ). Это магнитные или магнитооптические ЗУ. Стоимость хранения информации в них минимальная 60Гб-100$, т.к. процессор работает в несколько раз быстрее ОЗУ, то для согласования быстродействия используют буферную память (КЭШ). ОЗУ в подавляющем большинстве случаев полупроводниковые. На первом этапе развития МП и МЭВМ использовались ОЗУ на магнитных элементах. Сейчас широкое распространение получили ОЗУ статического и динамического типов. ОЗУ статического типа хранят каждый бит информации в тригерных ячейках. ОЗУ динамического типа хранят информацию в виде заряда на паразитной емкости затвора МОП транзистора. Динамические ОЗУ требуют периодической регенерации информации (подзаряда конденсатора). Регенерация проводится один раз в две миллисекунды, при этом производится считывание каждой ячейки и запись этой информации обратно. Современные микросхемы динамических ОЗУ имеют встроенную схему управления регенерацией. Для построения триггера нужно минимум 5 транзисторов, а в динамическом ОЗУ тот же бит информации сохраняется на одном транзисторе, поэтому при одном уровне технологии динамические ЗУ имеют в несколько раз выше информационную емкость. Типы ПЗУ: 1. Масочные ПЗУ, т.е. изготавливаются на предприятии и не подлежат изменению пользователем (для массовых применений). 2. ПЗУ однократного программирования, поставляются заводом чистыми. Пользователь может один раз прошить микросхему на специальном программаторе. 3. Перепрограммируемые вне системы ПЗУ (EPROM). Программирование производится специальным программатором (электрическим с помощью электронного сигнала). Перепрограммирование возможно несколько десятков или сотен раз. Выпускаются микросхемы ППЗУ с ультрафиолетовым или электрическим стиранием информации. 4. Сейчас широко распространяется Flash ПЗУ. Это электрически перепрограммируемое ПЗУ, причем перепрограммирование производится в системе (ISP)- программируемые в системе микросхемы, не изымаются из работающей системы. 5. Оперативная память с сохранением информации при отключении питания. Сейчас строятся на основе статического ОЗУ с батарейкой и супервизором питания, либо применяются сегнетоэлектрические ОЗУ. 9. Внешние ЗУ (ВЗУ) Как бы быстро не увеличивались объемы ОЗУ и ПЗУ доступные в системе потребности для хранения информации растут быстрее, поэтому для хранения пакетов прикладных программ (ППП), операционных систем (ОС), баз данных (БД) и т.п. применяются ВЗУ магнитного или магнитооптического типа. Удельная стоимость хранения бита информации наименьшая. 10. Характеристики ЗУ – информационный объем. Емкость ЗУ указывают вместе с его структурой, а именно с учетом ширины выборки – удельная стоимость хранения бита – удельный физический объем хранения бита информации – время обращения к ЗУ Tобращения =Тдоступа к ячейкам памяти +Tосуществления операции чтения или записи. Для полупроводниковых запоминающих устройств время доступа составляет около 10нс и затрачивается на задержки в дешифраторе адреса. Время чтения–записи практически одинаково для ОЗУ и составляет порядка 10нс, затрачивается оно на переключение триггера в статическом ОЗУ или перезаряд паразитной емкости в динамическом ОЗУ. Для ППЗУ время доступа и чтения такие же, как в ОЗУ, однако, обращение для записи в ППЗУ (программируемых вне системы) существенно увеличивается и измеряется десятками минут. В ВЗУ время доступа составляет 10мс для накопителей на жестких дисках, 500мс – для накопителей на гибких дисках и несколько минут для накопителей на магнитных лентах. Для ВЗУ время доступа – это время от выдачи команды обращения к ВЗУ до установки считывающего/записывающего элемента под поверхностью носителя информации в требуемом месте. В характеристике ВЗУ указывают не время, а скорость чтения или записи. 11. Микропроцессор с точки зрения программиста Рассмотрим программистскую модель МП580ВМ80 – 64 Кб адресного пространства памяти; – 256 б портов ввода или вывода; Разделение адресного пространства между памятью и устройством ввода–вывода осуществляется на аппаратном и программном уровне. На аппаратном уровне для обращения к памяти используют сигналы READ/WRITE, а для ввода-вывода INPUT/OUTPUT, при использовании одной и той же ША. Для выработки используют разные команды: Для ввода/вывода: IN port OUT port Для обращения к памяти LOAD MOW На следующем рисунке показана структура микропроцессора микро-ЭВМ «Электроника-60» (слева) с точки зрения программиста. Справа – программистская модель микропроцессора микро-ЭВМ СМ-1800. 12. Методы адресации Чем больше методов адресации имеет МП, тем эффективнее его система команд, т.к. ее дополняют арифметические, логические операции с адресами. Основные методы: прямая, косвенная, непосредственная, относительная, неявная. Другие методы адресации являются производными от основных методов. Разновидности относительных адресаций: индексная, страничная, сегментная. Разновидность прямой адресации – регистровая (прямая короткая). Математический адрес – это содержимое адресной части команды относящийся к выбранному операнду. Содержит информацию и инструкции для вычисления исполнительного адреса. Исполнительный адрес – это номер ячейки, в которой содержится операнд. Прямая адресация предусматривает запись исполнительного адреса в адресной части команды (в электронике–60 эквивалентна абсолютной адресации), поэтому адресная часть команды длинная, там указывается полный 16 разрядный адрес. Прямая адресация наглядна, но сильно удлиняет команду, это приводит к уменьшению производительности. Регистровый метод – это прямая короткая адресация, т.к. номер регистра указывается в адресной части команды (он короткий 3–4 бит). Команды однословные читаются из памяти быстрее. Т.к. сами регистры являются сверхоперативной памятью, то скорость выполнения операции на регистрах также наибольшая, поэтому на них осуществляются самые часто употребляемые операции: организуют счетчики циклов, счетчики данных, используют в качестве индексных, как указатели и т.п. От единственного недостатка, малого количества регистров, избавляться нельзя, т.к. увеличится, длина адреса регистра, что уничтожит его основное преимущество. При косвенной адресации по адресу, указанному в команде, выбирается слово, которое интерпретируется как адрес операнда. Недостаток – длинный исполнительный адрес. Этот метод позволяет облегчить работу с таблицами. Существует модификация косвенной адресации – косвенная регистровая адресация, в этом случае в качестве хранителя исполнительного адреса используется регистр МП, т.о. сокращается адресная часть команды, т.к. косвенным адресом будет короткий номер регистра. В этом случае происходит одно обращение к памяти за исполнительным адресом во внешней памяти. По своей скорости она приближается к регистровой адресации. Эта адресация является наиболее часто используемой. Используют в МП 580 ВМ 80. Пример: MOV A, M Исполнение: МП получив номер М регистров Н, L читает содержимое этой пары регистров, а полученный 16-ти разрядный адрес используется как исполнительный. Извлекается из ячейки с этим адресом бит и пересылается в аккумулятор. Непосредственная адресация предполагает запись самого операнда в адресной части команд. Предположим, что команда состоит из одного слова. В этом случае исполнительным адресом является адрес команд (обычно адрес второго или третьего слова команды). Недостаток – длинный. Метод адресации применяется только для начальной загрузки указателей, счетчиков или в командах завершенного цикла, т.к. удлиняет команду. Если в команде больше одного адреса, то каждый может использовать свой метод адресации. Относительный метод. Принцип формирования исполнительного адреса как суммы базового адреса и смещения. Реализуется так же в индексном методе при сегментной и страничной адресации. Базовым адресом называется номер ячейки адресного пространства, относительно которого задается смещение, т.е. расстояние от исполнительного адреса до базового адреса в словах или байтах. Если базовым адресом служит содержимое счетчика команд (СчК), то адресация называется относительной. При относительной адресации исполнительный адрес находится на одном и том же расстоянии от базового при размещении программы в любой области адресного пространства. Адресация относительно счетчика команд помогает создать перемещаемые программы, работоспособность которых не зависит от размещения в адресном пространстве. Смещение имеет разную длину в разных методах адресации. Смещение при относительной адресации занимает отдельное слово в команде. Исполнительный адрес складывается из значения CчK и смещения. Индексный метод адресации. Используется базовый адрес и смещение, но для хранения базового адреса выделяется смещенный индексный регистр. В некоторых МП он носит название «регистр–указатель данных» (МЭВМ СМ 1800). Смещение называется индексным словом. Исполнительный адрес складывается из индексного регистра и индексного слова. Страничная адресация. Страничная адресация применяется для сокращения длины команд, за счет уменьшения длины смещения. Номер страницы указывается в специальном регистре. Память разбивается на небольшие участки, обычно по 256 ячеек. В этом случае адрес ячейки внутри страницы короткий однобайтовый. Страничная часть полного адреса обозначает номер страницы. Для формирования исполнительного адреса номер страницы извлекается из СчК: старшие разряды из СчК складываются с указанным в команде номером ячейки внутри страницы, который указывается в адресной части команды. Исполнительный адрес складывается из старшего содержимого СчК и байта внутри страничного адреса. Метод, подразумеваемый в коде операции: Такой метод адресации сокращает длину команд, но имеет большой недостаток: для адресации ячеек в других страницах этот метод не может быть использован. Недостаток: можно работать только в одной странице. Цель – сократить длину команд. Сегментная адресация. Сегментирование памяти, т.е. разбиение всей памяти на большие блоки объемом по несколько мегабайт применяется для разделения ресурсов ЭВМ между несколькими задачами или несколькими пользователями. Номер сегмента хранится в специальной таблице, которая содержит и другие индивидуальные данные задачи или пользователя. Таблица – это совокупность регистров. Неявная адресация применяется чаще всего в мало разрядных процессорах для сокращения адресной части команд. Чаще всего адресуется регистр накопитель. Применяется в малоразрядных микропроцессорах (4–8 разряда). Существует множество смешанных методов адресации, например, косвенно-относительный метод, косвенно–индексный метод и т.д. 13. Система команд Список команд, которые выполняет МП, определен его разработчиком и заложен в устройство управления. Микропрограммируемые микропроцессоры позволяют менять систему команд. Для этого нужно разработать и записать микропрограмму исполнения новой системы команд в МПЗУ. Системы команд бывают полные и сокращенные. Поскольку сокращенный набор команд обусловлен существенным изменением архитектуры МП, то говорят об архитектуре МП с сокращенным набором команд (RISС) и полным набором команд (CISС). Полным или базовым набором команд называют такой список команд, который позволяет запрограммировать любой алгоритм, программа при этом получается достаточно короткой и выполняется в приемлемое время. В теории управления приемлемым временем надо считать такое время задержки, вносимое программой, которое существенно не ухудшает качество системы. Т.е. величина задержки не должна привести к потере точности системы, а тем более к нарушению устойчивости. Сокращенный набор команд содержит около 30 инструкций, которые ориентированы на быстрое выполнение определенного комплекса задач. Пример – преобразование Фурье для спектрального анализа и т.п. Полный набор команд включает в свой состав базовый набор команд, который расширяться дополнительными наборами команд. Пример – команды расширенной арифметики для работы со словами двойной длины, для работы с плавающей точкой, для работы с битами, группа команд обработки строк и т.д. Базовый набор команд делится на различные группы команд. Обычно делится по функциональному признаку, и выделяют 5 групп команд: 1. команды пересылок 2. арифметические 3. логические 4. передачи управления (в Электронике–60 – ветвления) 5. управлением состояния процессора (системные). Рассматривается мнемоника для МП Intel. Команды пересылки осуществляют передачу операндов из регистра в регистр, из регистра в память, из регистра во внешнее устройство, из регистра в стек, из памяти в память. В Электронике–60 – это команда «MOV» В МП Intel из этой группы команд выделяют команды ввода–вывода для обмена с внешними устройствами: IN port для ввода, OU port для вывода, еще выделяются команды работы со стеком: PUSH – ввести из регистра в стек, PCP – вывести из стека в регистр. Команда записи в стек в Электронике–60: MOV R1,–(R6) Операнд источник этой команды не изменяется, операнд приемник изменяется. Не во всех МП команда пересылки признаки не изменяет. Арифметические – это команды сложения ADD, для расширенной арифметики – сложение с переносом ADDC, вычитание SUB, вычитание с заемом SUBC, инкремент INC и декремент DEC, арифметические команды изменяют содержимое регистра признаков. Логические команды: AND (логическое «И»), OR (логическое «ИЛИ»), XOR (исключающее «ИЛИ»), COM (инверсия, «НЕ»). Команды сдвига: RR – вправо на 1 бит, RRC – вправо через перенос, RL – влево, RLC – влево через перенос, RRA – вправо арифметически, RAL – влево арифметически. Двухадресные логические операции производятся одноименными битами двух слов. Пример: XOR A, A=CLRA Ветвление делает процессор интеллектуальным. Их делят на команды безусловного и условного перехода. К группе команд безусловного перехода относят команды ввода и возврата команд. JMP address – безусловные JMP [Condition] address – условные В Электронике-60 команда перехода осуществляется командой пересылки. Безусловный переход: CALL subroutine – вызов подпрограммы, RET – возврат. Условный переход: JMP Z – переход по нулю, JMP N – переход по биту, JMP C – переход по переполнению, JMP NC – переход по отсутствию переполнения. Branch – переход (в Электронике–60). Управление состоянием процессора. Команды с коротким адресом или безадресные. В Электронике–60: HALT (остановка МП), WAIT (ожидание прерывания). Команды изменения битов в регистре признаков: CLR C – очистка, SET N – установка признака отрицательного результата, NOP – нет операций, для выравнивания временных задержек. Полная система команд может содержать дополнительные группы. Пример: MUL (умножение машинных слов), DIV (деление машинных слов). Команды для работы со строками: ADDL, MULL, SUBL, DIVL. 14. Процедура выполнения команд Функционирование процессора заключается в последовательном выполнении команд. Процедура и время исполнения команды называется рабочим или командным циклом. Командный цикл состоит из нескольких машинных циклов. Машинным циклом называют процедуру и время одного обмена процессора с внешним устройством. Машинный цикл состоит из нескольких машинных тактов. Длительность машинного такта – это единица дискретного времени, которая в синхронных МП равна периоду тактового генератора. В асинхронных МП длительность машинного цикла и командного цикла определяется: – задержками распространения сигналов внутри МП, – задержками распространения сигналов между МП и внешним устройством, – временем переключения электронных схем и временем, затрачиваемым на передачу запроса и получения подтверждения. Выполнение любой команды в любом МП можно разделить на 5 основных этапов: 1. Команды ввода и вывода информации для канального процессора. Номер канала, подканала или периферийного устройства (ПУ) – это адрес: куда вывести или откуда ввести информацию. Основному процессору приходится ждать ответа канального процессора только в случае переполнения очереди команд последнего. Процессор переходит в режим ожидания, из которого его должен вывести канальный процессор прерыванием. Свободному канальному процессору основной процессор посылает команду ввода или вывода и номер ПУ. 2. Системные команды управляют состоянием МП: STOP, HALT, WAIT, CLR C, SET Z и др. 3. Команды ветвления (передачи управления) бывают безусловные и условные. Условные предполагают, что МП должен сравнить код условия, записанного в команде, с состоянием соответствующего бита в регистре состояния процессора (регистре признаков). При выполнении условия осуществляется переход по адресу, указанному в команде; при невыполнении условия – переход к следующей команде программы. 4. К основным командам относятся пересылки, арифметические и логические команды. При исполнении основных команд МП сначала (на этапе t2) вычисляет исполнительные адреса, а затем извлекает операнды из памяти. Для этого требуется использование магистрали. Этап t3 нужен для передачи операндов из памяти в процессор, если такая процедура требуется. Этапы t3 и t4 не требуют использования внешней магистрали, т.к. осуществляются внутри кристалла МП. Этап t5 предполагает, как правило, использование магистрали для размещения результатов в памяти. Командный цикл выполняется за время, равное сумме времён исполнения каждого этапа. Современные микропроцессоры используют принцип конвейерного исполнения команд. Этот принцип основан на том, что для выполнения каждого этапа МП оснащается соответствующим аппаратурным узлом. Такой подход позволяет совмещать операции во времени. № Td 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 2 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 3 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 4 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 5 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 Td – дискретное время. Производительность МП увеличивается за счет введения дополнительной аппаратуры: независимых узлов исполнения этапов команды, буферной памяти команд (конвейера команд), а также соответствующего устройства управлением конвейером. 15. Программное обеспечение МП и МЭВМ МП понимает только язык машинных кодов. Для того чтобы облегчить написание, документирование и отладку программ созданы машинно-ориентированные языки: Ассемблеры. Языки высокого уровня (ЯВУ) или машинно-независимые языки более понятны и удобны для программиста. Программы, написанные на ЯВУ, могут транслироваться для исполнения любым МП, если есть программа транслятор. 1. Написание программ в машинных кодах Процесс трудоемкий. Порождает множество ошибок, т.к. кодировку и проверку осуществляет человек вручную по таблице. Поэтому написание программ длиной свыше 100 команд в машинных кодах не целесообразно. Ручное кодирование применяется только в процессе отладки для мелких исправлений. 2. Программирование на Ассемблере Хорошей программой можно считать такую программу, которая правильно исполняет заданный алгоритм, занимает мало места в памяти, исполняется достаточно быстро и позволяет легко вносить исправления. Всем этим условиям наилучшим образом удовлетворяет программа, написанная на Ассемблере. Программа Ассемблер транслирует исходную версию программы в объектную. Формат листинга программы, созданной с помощью Ассемблера, содержит объектную версию программы (коды команд и адресов), исходную версию программы (текст, содержащий мнемокоды команд, символические адреса и метки), а также комментарии. Объектная версия показывает размещение программы и ее объем. Исходная версия вместе с комментариями позволяет понять замысел программы и облегчает внесение исправлений. Существуют программы дизассемблеры, которые переводят объектную версию программы в мнемокоды команд. Символические имена меток и переменных, придуманные программистом, дизассемблером восстанавливаются только если при ассемблировании создавался файл кары меток и переменных. Листинг программы: Язык Ассемблер содержит алфавит, словарь и синтаксические правила. В алфавит входят буквы английского алфавита, арабские цифры, знаки препинания и некоторые служебные символы. У Ассемблера два постоянных и один переменный словарь. В постоянный словарь входят мнемокоды команд, директивы Ассемблера (псевдокоманды), символические имена регистров МП. Переменный словарь (пользовательский) составляет программист, словарь содержит символические имена меток и переменных. Программист должен определить свои переменные специальными директивами. Ассемблер обязательно имеет библиотеку стандартных подпрограмм (программы перевода из одной системы исчисления в другую, подпрограммы расширенной арифметики и т.п.). Пользователь может создать свою библиотеку подпрограмм. 3. Языки высокого уровня ЯВУ применяются для программирования сложных задач или при жестких требованиях к времени создания программ. Объектные версии программ оттранслированных с ЯВУ получаются в 1,5…2 раза длиннее и исполняются дольше, чем программы оттранслированные с Ассемблера. ЯВУ ориентируются на базовую систему команд, а Ассемблер использует полный набор команд конкретного микропроцессора. ЯВУ неэффективно использует регистры. Верхним уровнем иерархии программного обеспечения является ОС, которая управляет программными и аппаратурными ресурсами МПС. Для создания систем управления чаще всего требуется ОС реального времени (ОСРВ). Для разработки прикладных программ необходимо специальное программное обеспечение, облегчающее и ускоряющее процесс разработки. Специальные программы: загрузчики, трансляторы, компоновщики, отладчики, симуляторы и др. Загрузчики – это программы обеспечивающие передачу информации из файла в оперативную память и обратно, обеспечивая при этом модификацию перемещаемых программ, заключающуюся в изменении всех адресов на единую величину смещения, указанную оператором. Редакторы – это программы для написания исходных текстов программ. Пригодны только редакторы, координирующие символы в коде ASCII (American Standart Code Information Interchange). Трансляторы – это программы преобразующие исходную версию прикладных программ в объектную версию. Транслятор проверяет правильность написания программы, т.е. алфавит, синтаксис и помечает строки с ошибками (указывая тип ошибки). Различают 4 основные разновидности транслятора: 1. Ассемблер 2. Кросс-транслятор 3. Компилятор 4. Интерпретатор. Ассемблер преобразует исходный текст в объектную версию в 2 прохода. В 1-м проходе создается переменный словарь пользователя (таблица меток и переменных), а во 2-м проходе создается таблица перекрестных ссылок, карта распределения памяти и собственно объектная версия программы. Кросс-транслятор применяется в кросс–системах проектирования, программа кросс–транслятора не переносится в память разрабатываемой системы и, соответственно, не отслеживает работу этой программы. Получаемая объектная версия прикладной программы получается компактной и быстродействующей. Компилятор всегда резидентный. Для разработки нужна система развития (инструментальная система). И в процессе трансляции, и в процессе функционирования прикладной программы, - в памяти системы развития должны находиться: компилятор, исходная и объектная версии прикладной программы (ПП). Объем программы-компилятора порядка 10 Кбайт. При включении питания по специальной команде компилятора исходный текст ПП целиком переводится в объектную версию и запускается на исполнение. В процессе исполнения ПП она контролируется компилятором, что чуть-чуть снижает ее быстродействие. Интерпретатор – тоже резидентная программа построчного перевода и исполнения программы. Программа-интерпретатор, как минимум, в два раза короче компилятора. Для объектной версии прикладной программы нужен небольшой объём памяти, т.к. транслируется только одна строка. Интерпретаторы не применяются в системах реального времени из-за малого быстродействия. Они применяются для обучения программированию, т.к. имеют максимальную возможность по идентификации ошибок в процессе исполнения программы. Отладчик – это резидентная программа, которая предоставляет программисту следующие возможности: просмотр и модификация любой ячейки памяти или регистра. Запуск программы в автоматическом и пошаговом режимах с точками остановок, имитация внешних прерываний, загрузка и сохранение программ, их распечатка. Отладчики, как правило, пользуются дизассемблерами. Дизассемблер – это программа, восстанавливающая исходную версию программы из объектной версии. При отладке ПП на кросс-ЭВМ используются симуляторы (моделирующие программы), которые для выполнения функций отладчика моделируют систему команд МП разрабатываемой системы. Вследствие этого временные соответствия при исполнении программ нарушаются. Отладка в кросс-системе более удобна, т.к. в качестве кросс-ЭВМ используется компьютер с достаточными аппаратурными и программными ресурсами (дисковод, большой объем памяти, принтер, полная клавиатура, цветной дисплей и т.п.). После отладки программы в симуляторе все равно необходимо иметь средства, которые дают возможность проверять работу программы совместно со схемами. Внутрисхемный эмулятор (In Circuit Emulator) – комплекс аппаратурных и программных средств, позволяющих отлаживать, испытывать программы и аппаратуру разрабатываемой системы. Внутрисхемный эмулятор обязательно содержит МП или ОМЭВМ разрабатываемой системы. Он состоит из памяти, способной полностью заменить память разрабатываемой системы, средств контроля шин МП, прямого доступа к памяти разрабатываемой системы, а также интерфейс для подключения к компьютеру. До 90-х годов кросс-системы проектирования были единственным средством разработки устройств на однокристальных микро-ЭВМ (вследствие их неклассической архитектуры). В последнее время выпускаются ОМЭВМ с возможностью внутрисхемного программирования (In System Programmable), а также со встроенными средствами отладки – внутрикристальными эмуляторами. 16. Описание типовых МП наборов МП с фиксированной разрядностью и набором команд КМ1821ВМ85 (I8085) – это восьмиразрядный однокристальный микропроцессор, выполненный по КМОП-технологии. Напряжение питания +5В, потребляемая мощность на максимальной тактовой частоте (5 МГц) не превышает 0,1 Вт. Этот МП является улучшенным вариантом КМ580ВМ80 (I8080). Имеет ту же систему команд. Отличия: – один источник питания, меньшая (в 15 раз) потребляемая мощность, – имеет встроенный тактовый генератор и системный контроллер, – имеет два дополнительных входа внешних прерываний и, соответственно, две дополнительные команды, – процессор имеет встроенный контроллер последовательного канала. CPU – центральный процессорный элемент, RESIN – вход сброса, Uп – напряжение питания, A2…A19 – шина адреса, ALDA – запоминание адреса, подается на два 8-разрядных регистра, A8…A15 – старшие разряды адреса, A0…A7 – младшие разряды адреса, D0…D7 – шина данных (двунаправленная), V – направление передачи, DI – data input (ввод данных), DO – data output (вывод данных), M – память. МП КМ1821ВМ85 является развитием МП 580ВМ80. В минимальной конфигурации центральное процессорное ядро, кроме ВМ85, содержит 3 микросхемы: двунаправленный формирователь 8-разрядной информационной шины КР580ВА86 (лучше использовать микросхемы КР1554АП6, выполненные по КМОП-технологии); два регистра КР580ИР82, (лучше использовать микросхемы КР1554ИР22, выполненные по КМОП-технологии). Эти микросхемы выполняют функцию усиления сигналов для внешней магистрали. Регистры запоминают код адреса, поскольку младший байт адресной шины МП мультиплексирован с ШД. Внутренняя тактовая частота 3 МГц образуется путем деления на 2 частоты, вырабатываемой внутренним тактовым генератором. Для задания максимальной тактовой частоты 6 МГц нужно подключить к выводам X1, X2 кварцевый резонатор, LC–цепь или RC–цепь. Тактовая частота может быть подана на вывод X1 от внешнего тактового генератора. Цепь установки МП в исходное состояние при включении питания представляет из себя времязадающую цепочку R1C1. Кнопка (SB) предназначена для принудительного сброса микропроцессора в исходное состояние без выключения питания. Выход CLK может служить источником тактовых сигналов для других узлов МП системы. Выход RESOUT может быть использован для системного сброса других узлов МП системы. Выходы S0,S1 показывают состояние МП. Например, 00 – МП в режиме остановки. Вход SID и выход SOD являются соответственно входом и выходом последовательных данных. А8…А15 – старшие разряды адреса, А0…А7 – младшие разряды адреса (фиксируются регистрами по стробирующему сигналу ALE). Двунаправленный восьмиразрядный буфер ШД (F) обеспечивает усиление сигналов по мощности. Направлением передачи управляет сигнал RD. Выходы регистров и формирователя находятся в третьем состоянии когда сигнал HLDA не активен (высокий уровень). ША и ШД активизируются при низком уровне сигнала HLDA. Управление устройствами памяти и ввода-вывода производится с помощью трех сигналов: IO/M, WR, RD. Система прерывания: МП имеет 5 входов прерывания, это вход RST 6,5; RST 7,5; RST 5,5; INTR; TRAP. Появление активного сигнала на любом из этих входов вызывает прерывание программы, если оно не замаскировано, т.е. разрешено. Прерывание по входу INTR должно сопровождаться адресом вектора прерывания на ШД. Внешнее устройство должно выставить этот адрес на ШД, получив разрешение прерывания от МП. Адрес восьмиразрядный (короткий). Выходы RST с номером «n,m» вызывают прерывания по фиксированным внутри МП векторам, т.е. сразу инициируют переход к команде, находящейся в ячейке памяти с адресом 8h. Прерывание по входу TRAP– это немаскируемое прерывание, осуществляющее переход к адресу 24h. Это прерывание предусмотрено для обработки сбоев по питанию. Приоритеты прерываний: порядок обработки прерываний, возникающих одновременно (возникающих до завершения обработки уже начатого) определяется системой приоритета прерывания. Если обработка прерывания началась, то она может быть прервана другим незапрещенным прерыванием с более высоким приоритетом. Для организации простейшей МПС к центральному процессорному элементу надо подключить память и устройства ввода-вывода. Устройства ввода-вывода представлены в адресном пространстве ввода-вывода парой адресов (ячеек), т.е. регистром состояния и регистром данных. Через регистр состояния МП управляет внешним устройством и контролирует его состояние. Через регистр данных осуществляется обмен информацией. 17. Способы и особенности построения систем на базе типовых наборов и МЭВМ Основной способ построения МПС на основе МПК БИС является модульным. Система собирается из МП, БИС памяти и БИС устройств ввода-вывода (или БИС контроллеров УВВ) в соответствии с рекомендациями производителя МПК, изложенными в сопроводительной или справочной литературе. Для подключения к микропроцессору БИС МПК требуется минимальное количество дополнительных схем: системный дешифратор, шинные формирователи (усилители сигналов шины). При подключении к МП одной или двух БИС МПК никаких дополнительных схем не требуется. При подключении БИС других серий необходимо изучить рекомендации и справочную литературу по обоим комплектам и произвести проверочный расчет электрического согласования сигналов в статике и динамике. При расхождении протоколов обмена информации возможно потребуется спроектировать схему сопряжения интерфейса. Современные микросхемы МПК часто имеют встроенные преобразователи интерфейсов для возможного подключения к МП разных фирм, тип интерфейса задается коммутацией специального вывода микросхемы. На приведенной ниже схеме показан пример модульного построения МПС с использованием МПК 1821, 580 и др. К МП КМ1821ВМ85 подключены: ОЗУ 537РУ17 (RAM), ПЗУ 573РФ4 (ROM), устройство ввода-вывода КР580ВВ55 (IOP), программируемый таймер КР580ВИ53 (PT), контроллер прямого доступа к памяти КР580ВТ57 (DMA). 18. БИС параллельного программируемого интерфейса (ППИ) Микросхема выполнена в 40-выводном корпусе. Входы и выходы согласованы с ТТЛ уровнем, КМОП аналог – КР1834ВВ55 (82С55). В структурной схеме показаны следующие блоки: – двунаправленный восьмиразрядный буфер данных (БД), связывающий ППИ с системной шиной данных; – блок управления (БУ), обеспечивающий управление внутренними и внешними пересылками; – три восьмиразрядных регистра (А, В, С) для обмена информацией с внешними устройствами; – схема управления группой А (УУА), вырабатывающая сигналы управления для канала А и четырех старших разряда канала C (схема УУВ управления группой B аналогична). Внутри кристалла имеется четыре адресных ячейки (регистров А, B, C и управляющего слова (РУС)): Бит адреса А1 Бит адреса А0 Регистр А 1 В 1 С 1 1 РУС Прежде, чем использовать микросхему, необходимо записать управляющее слово в специальный регистр (РУС). По системному сбросу (при включении питания) все порты настраиваются на ввод. Управляющее слово – это байт. Разряд D7 управляющего слова определяет либо установку режимов работы каналов (D7=1), либо работу ППИ в режиме управления отдельными разрядами канала С (D7=0). При D7=0 разряды D1, D2, D3 определяют номер разряда порта С, а разряд D0 задает требуемое состояние у данного разряда порта С. Формат управляющего слова, когда D7=1: Пример: составим управляющее слово, задающее группе А вывод в режиме 1, каналу B ввод в режиме 1, а младшим битам канала С ввод в режиме 0. Старшие биты порта C – на вывод: 10111100. Группа каналов A и B имеют 0 и 1 режимы работы. Группы каналов А имеет 2-ой режим работы. Режим 0 применяется при синхронном обмене или при программной реализации асинхронного обмена. Режим 1 обеспечивает стробированный однонаправленный обмен информацией с УВВ. Передача информации осуществляется через каналы A и B, а линия канала C используется как сопровождающие стробирующие сигналы. Управляющие сигналы: – стробирующие сигналы приёма: 2-я и 4-я линии порта C; – выходной сигнал ППИ, сообщающий ВУ об окончании приёма данных: 1-я и 5-я линии канала C; – запрос прерывания: выходной сигнал ППИ, информирующий МП о завершении приема информации: 0-я и 3-я линии порта С. Режим 2 обеспечивает двунаправленную передачу информации по каналу А к УВВ и обратно. Для управления процессом двунаправленной передачи используются 5 линий канала С. Канал B устанавливается в любой режим (0 или 1). 19. Программируемый таймер В микросхеме КР580ВИ53 (54) nМОП технология сопряжена с ТТЛ логикой. Аналог КМОП – КР1834ВИ53 (54). Импортный аналог 8253 (8254) или 82С53 (82С54). Программируемый таймер (ПТ) содержит три 16–разрядных вычитающих счетчика (CT0…CT2), двунаправленный буфер обмена с ШД МП (Ф), регистр режимов (PгP) и схему управления (СУ). Счетчики могут работать в двоичном или двоично-десятичном коде, как однобайтные и как двухбайтные, допускаемая частота входных импульсов (у 580) – от 0до 2 МГц (у 18434 до 10МГц). Перед использованием ПТ необходимо записать управляющие слова для каждого счетчика. Записываются эти слова по одному адресу, адресу PгP Назначение управляющего слова определяется его старшими двумя байтами. Для инициализации ПТ необходимо послать по адресу PгP три управляющих слова. Для начальной установки содержимого счетчиков необходимо записать 6 пар команд OUT. Режим 0 – программируемая задержка; Режим 1 – программный одновибратор; Режим 2 – программный генератор тактовых сигналов; Режим 3 – генератор прямоугольных сигналов; Режим 4 – программно–управляемый стробирующий импульс; Режим 5 – аппаратно–стробирующий импульс. Каждый из таймеров работает независимо от других в любом режиме. Рассмотрим режим 2. Здесь таймер генерирует периодичный сигнал с частотой Выходной сигнал низкого уровня устанавливается на последнем такте периода. Загрузка в счетчик нового значения N в процессе счета приводит к изменению величины следующего периода. Сигнал разрешения P можно использовать для внешней синхронизации ПТ, т.к. низкий уровень сигнала P запрещает счет, устанавливая высокий уровень сигнала выход, а высокий уровень сигнала P начинает все сначала. 20. Программируемый связной адаптер Программируемый связной адаптер (ПСА), или последовательный интерфейс (ПИ), или универсальный синхронно–асинхронный приёмопередатчик (УСАПП=USART) КР580ВВ51 (8251); КР1834ВВ51 (82С51). БИС КР580ВВ51 представляет собой УСАПП, предназначена она для организации обмена между МП и ВУ в последовательном формате USART. УСАПП может: – принимать данные с восьмиразрядной шины данных МП, – передавать их в последовательном формате BУ, – получать последовательные данные от периферии и преобразовывать их в параллельную форму для передачи в микропроцессор. Обмен данными производится в асинхронном режиме со скоростью до 9600 бод, в синхронном – до 56 Кбод. Длину передаваемых посылок можно задавать от 5 бит до 8 бит. Стандарт USART предусматривает выдачу логической единицы в линию при отсутствии передачи. Передача начинается служебным импульсом СТАРТ (логический нуль). После сигнала «СТАРТ» следует 8 информационных позиций, в которых размещена информация младшим разрядом вперед. СЗР – старший значащий разряд, МЗР – младший значащий разряд. Стартовый импульс обеспечивает синхронизацию передатчика и приёмника. Синфазирование должно быть обеспечено равенством тактовых частот приёмника и передатчика. Микросхема выдает и принимает сигнал в ТТЛ–уровне. Для электрического сопряжения с RS-232 используют специальные микросхемы преобразователей уровня. В состав БИС входят: буфер передатчика (TBF) со схемой управления передатчиком (TCU); буфер приёмника (RBF) со схемой управления приёмником (RCU); буфер данных (БД); блок управления записью/чтением (RWCU); блок управления модемом (MCU). Перед использованием БИС её необходимо запрограммировать. Для этого в нее загружаются управляющие слова. Различают управляющие слова двух видов: инструкции режима и команды. Инструкция режима задает синхронный или асинхронный режим работы, формат данных, скорость приёма и передачи, необходимость контроля. Команды осуществляют управление установленным режимом обмена и могут многократно выдаваться в процессе обмена, управляя различными его этапами. Д0, Д1 определяют частоту асинхронного режима передачи. При сочетании 01 - делитель 1:1 10 - делитель 1:16 11 - делитель 1:64 Д2, Д3 определяют число битов данных в посылке: 00 – 5 бит 01 – 6 бит 10 – 7 бит 11 – 8 бит недостающие биты задаются нулевыми. Д4, Д5 задают режимы контроля: Х0 – нет контроля 01 – контроль нечётности 11 – контроль чётности Д6, Д7 определяют число передаваемых СТОП-битов. 00 – запрет СТОП битов 01 – 1 СТОП бит 10 – 1,5 СТОП бита 11 – 2 СТОП бита Командные слова вводятся после слова–режима. Они управляют выполнением конкретной операции. Для записи управляющего слова необходимо дать команду OUT в порт с адресом, содержащим 1 в младшем бите. Запись байта данных в микросхему автоматически инициирует последовательную передачу этого байта. Чтение байта из буфера приёмника производится по окончании преобразования последовательного кода в параллельный код, которое осуществляется аппаратно. Это аппаратное преобразование инициируется стартовым импульсом, а заканчивается через фиксированное число тактов. Окончание приёма сопровождается выработкой запроса прерывания в МП. Программист решает, в каком режиме принимать данные: по прерыванию или в ожидании заданного числа тактов (или бита готовности приёмника). 21. Методология проектирования систем на основе МП и МЭВМ Здесь рассматриваются этапы проектирования устройств. Для решения поставленной задачи целесообразно привлекать схемотехника, программиста и специалиста в отрасли для которой создается устройство. При разработке систем на основе МП необходимо придерживаться определенных правил и рекомендаций, несоблюдение которых является причиной многих неудачных проектов. Возможны различные варианты построения микро-ЭВМ, каждому из которых будут соответствовать специфические подходы к проектированию: простые микро-ЭВМ, разработка которых может выполнена одним специалистом; микро-ЭВМ, требующие для разработки большие по составу группы. Модель процесса проектирования простых микро-ЭВМ представлена в форме сетевого графа. Средняя часть графа содержит четыре параллельных и в известных пределах независимых ветви: разработка и изготовление систем ввода-вывода; разработка остальной аппаратной части; разработка математического обеспечения; разработка тестового обеспечения, необходимого для проверки работоспособности микро-ЭВМ. 1 — системный этап, 2 — выбор структуры МПС, 3 — выбор МП, 4 — разработка аппаратурной части, или заказ ядра, 5 — разработка системы ввода-вывода, 6 — изготовление УСО, 7 — наладка аппаратуры, 8 — написание тестового и диагностического программного обеспечения, 9 — наладка диагностического программного обеспечения, 10 — наладка тестового программного обеспечения, 11 — написание основного программного обеспечения, 12 — отладка основного программного обеспечения, 13 — комплексная отладка, 14 — изготовление технической документации. В рассматриваемой модели в самом начале разработки предусмотрен системный этап, необходимый для детального изучения назначения системы. Следует обратить внимание на то, что системная разработка заканчивается до выбора МП, а не после. Определяющее значение для времени выполнения проекта имеет время изготовления плат процессора и памяти, или получения уже готовых плат. В последнем случае до поступления плат можно выполнить разработку и изготовление оборудования системы ввода-вывода (УСО), необходимого для сопряжения микро-ЭВМ с внешними объектами, и составить план его проверки. После получения плат процессора и памяти и изготовления микро-ЭВМ осуществляется двухступенчатая проверка. На первом этапе в память микро-ЭВМ загружаются диагностические программы для проверки работоспособности и настройки специализированного оборудования ввода-вывода. При правильном функционировании системы можно загрузить программы реального применения и, используя их совместно с оборудованием инструментальной системы, окончательно проверить работу микро-ЭВМ. 1. Системный этап. С самого начала должны быть определены и документированы основные характеристики разрабатываемого устройства. Всякая неясность и неоднозначность обязательно приведут к последующим проблемам. Разработчики и изготовитель микро-ЭВМ могут интерпретировать характеристики не так, как заказчик, и это может привести к необходимости переделки всей уже выполненной работы. Результатом этого этапа должна быть структурная схема микро-ЭВМ. Очевидно, что здесь же должны быть определены все входные и выходные сигналы, их электрические и временные характеристики. Системный этап предполагает рассмотрение разрабатываемой системы управления во взаимосвязи и взаимовлиянии с объектом управления, источниками питания и окружающей средой. При разработке простых микро-ЭВМ и микро-ЭВМ средней сложности желательно на этом этапе составить «служебный обзор», в котором форма задания функциональных характеристик заказчика заменяется более удобной для разработчика. Это может быть конкретизированное или формализованное описание, которое представляется для согласования заказчику. В результате должно быть достигнуто полное понимание и единое толкование этого документа и терминов. В то же время можно внести предложения по улучшению разрабатываемой системы, которые могут заинтересовать заказчика. 2. Выбор структуры МПС. Выбор структуры МПС прост, но ответственен. Выбирать одномагистральную или многомагистральную структуру следует на основании анализа сложности, требуемого быстродействия и возможностей последующей модификации системы. Многие задачи могут быть решены однокристальным микроконтроллером. 3. Выбор микропроцессора. Выбор МП – достаточно сложная процедура, при которой нужно учитывать множество факторов. Если, например, доступна только одна модель МП, то проблема выбора сводится к ответу на вопрос: можно ли построить микро-ЭВМ с требуемыми характеристиками на основе этого МП. При разработке микро-ЭВМ с предполагаемым большим объемом выпуска выбор, а затем проверка правильности принятого решения потребуют значительного времени. Одним из главных критериев при выборе МП является быстродействие. Время выполнения операции сложения в МП может служить лишь грубой оценкой. Наибольшая точность оценки, безусловно, может быть получена только из анализа использования МП в задачах, аналогичных предполагаемому применению. Самым распространенным методом такой оценки является использование бенчмарковских программ (БПр). БПр – это программа из смеси команд, которая по составу соответствует классу предполагаемой задачи для микропроцессора. Обычная длина БПр – (100…200) команд. В состав ее обязательно должны входить операции по вводу и выводу информации. В качестве БПр для задач, связанных с выполнением вычислений, могут, например, использоваться программы арифметической обработки. Важным достоинством процедуры выбора МП на основе БПр является то, что она не только определяет время решения задачи на конкретном микропроцессоре, но и вскрывает достоинства и недостатки его системы команд для заданной области применения. Предварительный просмотр сводной таблицы с характеристиками доступных микропроцессоров обычно позволяет выбрать 3–4 модели, которые в дальнейшем и следует исследовать на соответствие требованиям технического задания. Начинать анализ целесообразно с МП со средним быстродействием. Получив БПр от фирмы-производителя (или составив её самостоятельно), следует проверить её правильность на числовых примерах, а затем вычислить время её выполнения для трёх случаев: простейшего, среднего и наихудшего. Если проверка покажет, что БПр дает неудовлетворительные временные показатели, то следует использовать один из двух возможных подходов: – повторить разработку для этого же МП, но перераспределить при этом программные и аппаратурные средства таким образом, чтобы обеспечить требуемые характеристики по быстродействию; – выбрать более быстродействующий МП. Если быстродействие микро-ЭВМ превышает необходимое, то, значит, имеются возможности для сокращения аппаратурных затрат переложением функций соответствующего устройства на программные средства. При проектировании следует помнить, что большее быстродействие достигается и более дорогой ценой. 4. Разработка аппаратурной части микро-ЭВМ. Разработка аппаратурной части микро-ЭВМ должна начинаться с разработки ее процессора, поскольку в дальнейшем она может использоваться для проверки других устройств. Особенностью процессора микро-ЭВМ является его реализация на базе одной или нескольких стандартных БИС МПК, схема соединения и режимы работы которых регламентированы техническими условиями на этот МП. Поэтому разработка процессора складывается обычно из ряда этапов по разработке вспомогательного оборудования, которое позволяет упростить проверку и отладку процессора. Первым должен быть разработан и изготовлен генератор тактовых импульсов. Генератор может быть единственным элементом, необходимым для запуска МП. Если микро-ЭВМ будет реализована на большом числе ИС, а рабочая программа достаточно сложна, то потребуется разработка и изготовление пульта. Пульт должен иметь индикацию состояния адресной шины и шины данных. Наконец, необходимо предусмотреть средства для ввода данных и команд в ОЗУ непосредственно с пульта. Проверку следует начать в выполнения команды условного перехода, которая передает управление самой себе. Это позволит, во-первых, убедиться в работоспособности МП, во-вторых, исследовать временную диаграмму работы МП с помощью осциллографа. На основе памяти в 16 слов можно проверить выполнения всех команд, а позже проверить работоспособность остальной аппаратуры микро-ЭВМ. Запоминающие устройства занимают большую часть БИС микро-ЭВМ; их стоимость может составлять до 70% аппаратурных затрат микро-ЭВМ. В систему памяти входят внутренние и внешние ЗУ. Обычный состав внутренней памяти – несколько БИС постоянных, полупостоянных и оперативных ЗУ. Различные БИС ЗУ подключаются одинаковым образом к шинам адреса и данных, их количество ограничено нагрузочной способностью шин; однако в состав МПК входят буферные схемы, позволяющие снять эти ограничения. Программы микро-ЭВМ и константы, как правило, хранятся в ПЗУ как в наиболее надежном и дешевом типе памяти. Отладка программ должна проводиться при использовании оперативного или полупостоянного ЗУ. 5. Разработка системы ввода-вывода. Характеристики микро-ЭВМ в значительной степени определяются организацией обмена информацией между МП, основной памятью и внешними устройствами. Сложность этого этапа обуславливается тем, что связь БИС, входящих в МПК, обычно функционально и структурно строго регламентирована руководящими техническими материалами. Специфика микро-ЭВМ, предназначенной для конкретного применения, определяется исключительно внешними устройствами микро-ЭВМ и их связью с МП и основной памятью. На аппаратуру, обеспечивающую этот интерфейс, в некоторых случаях приходится (60…80)% общих аппаратурных затрат. В функции интерфейса обычно входят операции по дешифрации адреса устройства, синхронизации обмена; согласование информационных и управляющих сигналов, дешифрация кода команды, генерирование запросов на прерывание процессора и др. Использование более эффективных методов обмена с помощью системы прерываний или режима прямого доступа в память связано с введением дополнительных аппаратурных затрат и поэтому должно быть оправдано требованиями конкретного применения микро-ЭВМ. Если от системы прерываний требуется выбор одного из нескольких внешних устройств, то она может быть предельно упрощена за счет программной реализации ее функций. При больших объёмах передаваемой информации удельный вес затрат времени и памяти на вход в режим прерывания и выход из него становится слишком большим, в таких случаях может оказаться более эффективным режим прямого доступа в память. Разработка средств обеспечения обмена информацией заключается в выборе способа передачи информации, определении методов реализации отдельных функций канала и покрытии структурных решений компонентами какой-либо системы элементов. Разработка УСО. Сопряжение МП с объектом требует разнообразных преобразований сигналов. Как правило, имеется возможность использовать стандартные модули УСО. Широкая номенклатура УСО предлагается отечественными и зарубежными изготовителями, но электронная техника является бурно развивающейся отраслью в промышленности, предлагаемые модули могут не устраивать по цене, интерфейсу, техническим характеристикам, и вообще, необходимо поддерживать инженерное творчество. Основания для разработки УСО: - несмотря на широкий ассортимент УСО отечественного и зарубежного производства, требуется разработка новых типов УСО. Это происходит из-за следующих причин: а) метрологические характеристики отличаются от современных требований, б) интерфейс связи с микропроцессором отличается от требуемого; - стандартные модули УСО, как правило, универсальные. Универсальность обеспечивает массовость производства и невысокую цену. Специализированные УСО очень дорогие; - электронная техника бурно развивается, поэтому существующие и даже лучшие технические характеристики УСО могут быть достигнуты меньшей ценой, габаритами, массой, трудоемкостью изготовления и настройки с применением современной элементной базы. 6. Изготовление УСО. Изготовление УСО вручную допускается только для макетов. Изготовление УСО в единичном экземпляре или в малой серии необходимо заказывать на специализированном предприятии. Для этого необходимо подготовить всю техническую документацию в электронной форме. Некоторые фирмы имеют средства приобрести специальный станок для производства единичных и малосерийных печатных плат. Система отладки. У многих разработчиков бытует неправильное мнение, что программное обеспечение может составляться без какой-либо аппаратуры. Уже на самых ранних этапах проектирования микро-ЭВМ совершенно необходимо иметь дополнительное оборудование для проверки и отладки программ. Очень часто программное обеспечение, разрабатываемое в конце, зависит от качества ранее разработанных программ. В качестве мощного вспомогательного средства в руках разработчика может быть выступать система отладки. В случае простой микро-ЭВМ системой отладки может быть микро-ЭВМ – прототип, дополненная некоторым оборудованием и программами для упрощения отладки. Важным элементом системы отладки программного обеспечения являются программы, моделирующие работу УВВ. Использование моделирующих программ требует некоторых аппаратурных затрат. Во-первых, должны моделироваться все входные сигналы, во-вторых, необходимо контролировать все выходные сигналы, поэтому требуется их запоминание и вывод в удобной форме. 7. Этап наладки аппаратуры. Наладка аппаратуры МПС невозможна без диагностических программ. Диагностические программы разрабатываются под конкретную аппаратуру. Для диагностирования аппаратуры необходимы дополнительные устройства: тумблеры, светодиоды, приборы и т.п. 8-12. Этап отладки основного и тестового программного обеспечения. Отладка может производиться в симуляторе, но только до определённого момента, пока не потребуется участие аппаратуры разрабатываемой МПС. Но в этом случае аппаратуру можно смоделировать (если симулятор имеет такие средства). Более удобным средством является внутрисхемный эмулятор. Он, в отличие от симулятора, точно воспроизводит временные характеристики программ. Для наладки аппаратуры в сложных случаях требуется запоминающий осциллограф или сигнатурный анализатор. 13. Этап комплексной отладки предполагает пробную эксплуатацию изготовленной МПС сначала на решении заранее просчитанных тестовых задач. Если возможно, то производится пробная эксплуатация в реальных условиях. Приёмо-сдаточные испытания - после системного этапа они следующие по ответственности. Для испытания готовится специальная программа, которая утверждается специальной организацией. Испытание контролируется независимыми экспертами. 14. Этап оформления технической документации готовится на протяжении всей разработки. На данном этапе все разделы технической документации собираются и оформляются. Содержание технической документации определяется техническим заданием. 22. Перспективы развития МПС Практика показывает, что МП, хоть и является универсальным устройством цифровой обработки информации, но в конкретных применениях зачастую требуется особо мало потребляющие или быстродействующие многоразрядные МП. Подтверждением этого являются тысячи разнообразных МП, выпускаемых в настоящее время. Для каждого применения процессор выбирается исходя из соответствия цена-качество, опыта работы и наличия системы поддержки разработчика. Просматривается тенденция выпуска МП для отдельных областей применения: ЭВМ, электропривод, фотоаппараты и видеокамеры, и т.п. Большое разнообразие подвидов МП внутри одного вида не всегда хорошо, т.к. не востребованные подвиды быстро снимаются с производства, и закладывать их в проект опасно. Развитие технологии уже мало что может сделать в плане увеличения плотности упаковки элементов в кристалле, т.к. размеры элементов в настоящее время составляют десятые доли микрометра, что сравнимо с размерами атома. Поэтому увеличение количества элементов на кристалле будет происходить за счет увеличения объема или площади. Стратегическим направлением увеличение производительности является создание многопроцессорных систем, обеспечивающих распараллеливание выполнения задач с использованием параллельного программирования. Сейчас выпускают микросхемы МП, содержащие два или четыре кристалла в корпусе.