Содержание
- 2. Рейтинговая система Местонахождение : IV - 127
- 3. Литература Евгений Павлович Угрюмов, Цифровая схемотехника, Издательство: БХВ-Петербург ISBN 978-5-9775-0162-0; 2010 г. Вадим Валериевич Подбельский, Сергей
- 4. Вопросы Понятие микропроцессорной системы. Общие сведения о МПС. Архитектура МПС.
- 5. История Как известно, процессор является основным вычислительным блоком компьютера, в наибольшей степени определяющим его мощь. Процессор
- 6. История
- 7. История Проследим историю развития микропроцессоров на примере семейства процессоров х86. Первый 16-разрядный процессор i8086 фирма Intel
- 8. История Рождение 32-разрядных процессоров (архитектура IA-32 - Intel Architecture 32 bit) ознаменовалось в 1985 году моделью
- 9. История Процессор Intel486DX появился в 1989 году. Транзисторов - 1,2 млн, технология 1 мкм. От процессора
- 10. История В начале 1997 года фирма Intel выпустила процессоры Pentium ММХ. Технология ММХ (MultiMedia Extensions, мультимедийные
- 11. История В 1999 году появились процессоры Pentium III - в них ввели новый блок 128-битных регистров
- 12. Понятие микропроцессорной системы Микропроцессорная система – система, включающая в свой состав хотя бы один микропроцессор, запоминающее
- 13. Общие сведения о микропроцессорных системах Множество областей применения МП и микроЭВМ позволяет классифицировать МПС на системном
- 14. Общие сведения о микропроцессорных системах Внедрение МПС в контрольно-измерительную аппаратуру позволяет повысить точность измерений, надежность, расширить
- 15. Основные типы микропроцессорных систем Основные типы микропроцессоров следующие: микроконтроллеры — наиболее простой тип микропроцессорных систем, в
- 16. Основные типы микропроцессорных систем Микроконтроллеры представляют собой универсальные устройства, которые практически всегда используются не сами по
- 17. Архитектура микропроцессорной системы Логическая структура МПС приведена на рисунке 1.1: где ОУ – объект управления, Д
- 19. Архитектура Фон-Неймана С точки зрения организации процессов выборки и исполнения команды в современных МПС применяется одна
- 20. Гарвардская архитектура Основной особенностью гарвардской архитектуры является использование раздельных адресных пространств для хранения команд и данных,
- 21. Архитектура с общей шиной Так же эти два типа архитектуры различаются по количеству используемых шин, и
- 22. Архитектура с раздельными шинами данных и команд Рис. 1.5. Архитектура с раздельными шинами данных и команд
- 24. Скачать презентацию
Рейтинговая система
Местонахождение : IV - 127
Рейтинговая система
Местонахождение : IV - 127
Литература
Евгений Павлович Угрюмов,
Цифровая схемотехника,
Издательство: БХВ-Петербург
ISBN 978-5-9775-0162-0; 2010 г.
Вадим Валериевич Подбельский,
Сергей
Литература
Евгений Павлович Угрюмов,
Цифровая схемотехника,
Издательство: БХВ-Петербург
ISBN 978-5-9775-0162-0; 2010 г.
Вадим Валериевич Подбельский,
Сергей
Программирование на языке Си
Издательство: Финансы и статистика
ISBN 5-279-02180-6, 5-279-02180-2; 2005 г.
Вопросы
Понятие микропроцессорной системы.
Общие сведения о МПС.
Архитектура МПС.
Вопросы
Понятие микропроцессорной системы.
Общие сведения о МПС.
Архитектура МПС.
История
Как известно, процессор является основным вычислительным блоком компьютера, в наибольшей степени
История
Как известно, процессор является основным вычислительным блоком компьютера, в наибольшей степени
Термин "микропроцессор" был впервые употреблен в 1972 г., хотя годом рождения этого прибора следует считать 1971 г., когда фирма Intel выпустила микропроцессор серии 4004 - "интегральное микропрограммируемое вычислительное устройство", представляющее собой однокристальный центральный процессор, имеющий в своем составе 4-разрядный параллельный сумматор, 16 4-х - разрядных регистров, накапливающий сумматор и стек. Микропроцессор 4004 был реализован на 2300 транзисторах и мог выполнять 45 различных команд. Последующие поколения микропроцессоров, представляющие собой 8-, 16- и 32-разрядные устройства, появились соответственно в 1972, 1974 и 1981гг.
История
История
История
Проследим историю развития микропроцессоров на примере семейства процессоров х86.
Первый 16-разрядный процессор i8086 фирма
История
Проследим историю развития микропроцессоров на примере семейства процессоров х86.
Первый 16-разрядный процессор i8086 фирма
Процессор i80286, знаменующий следующий этап архитектуры, появился только в 1982 году. Он уже имел 134000 транзисторов (технология 1,5 мкм) и адресовал до 16 Мбайт физической памяти. Его принципиальные новшества - защищенный режим и виртуальная память размером до 1 Гбайт - не нашли массового применения; процессор большей частью использовался как очень быстрый 8088.
История
Рождение 32-разрядных процессоров (архитектура IA-32 - Intel Architecture 32 bit) ознаменовалось в 1985
История
Рождение 32-разрядных процессоров (архитектура IA-32 - Intel Architecture 32 bit) ознаменовалось в 1985
История процессора 80386 повторила судьбу 8086/8088: первую модель с 32-разрядной шиной данных (впоследствии названной 386DX) сменил 386SX с 16-разрядной шиной. Он довольно легко вписывался в архитектуру PC AT, ранее базировавшуюся на процессоре 80286.
История
Процессор Intel486DX появился в 1989 году. Транзисторов - 1,2 млн, технология
История
Процессор Intel486DX появился в 1989 году. Транзисторов - 1,2 млн, технология
В 1993 году появились первые процессоры Pentium с частотой 60 и 66 МГц - 32-разрядные процессоры с 64-разрядной шиной данных. Транзисторов 3,1 млн, технология 0,8 мкм, питание 5 В. От 486 процессор Pentium принципиально отличается суперскалярной архитектурой - способностью за один такт выпускать с конвейеров до двух инструкций (что, конечно, не означает возможности прохождения инструкции через процессор за полтакта). Интерес к процессору со стороны производителей и покупателей PC сдерживался его очень высокой ценой. Кроме того, возник скандал с ошибкой в сопроцессоре. Хотя фирма Intel математически обосновала невысокую вероятность ее проявления (раз в несколько лет), она (фирма, а не ошибка) все-таки пошла на бесплатную замену уже проданных процессоров на новые, исправленные.
История
В начале 1997 года фирма Intel выпустила процессоры Pentium ММХ. Технология
История
В начале 1997 года фирма Intel выпустила процессоры Pentium ММХ. Технология
В мае 1997 года появился процессор Pentium II. Он представляет собой слегка урезанный вариант ядра Pentium Pro с более высокой внутренней тактовой частотой, в которое ввели поддержку ММХ. Трудности размещения вторичного кэша и процессорного ядра в корпусе одной микросхемы преодолели нехитрым способом - кристалл с ядром (processor core) и набор кристаллов статической памяти и дополнительных схем, реализующих вторичный кэш, разместили на небольшой печатной плате - картридже. Первые процессоры имели частоту ядра 233, 266 и 300 МГц (технология 0,35 мкм), летом 1998 года была достигнута частота 450 МГц (технология 0,25 мкм), причем внешняя тактовая частота с 66 МГц повысилась до 100 МГц. Вторичный кэш этих процессоров работает на половине частоты ядра.
История
В 1999 году появились процессоры Pentium III - в них ввели
История
В 1999 году появились процессоры Pentium III - в них ввели
Фирма Intel сейчас занимается 64-разрядной архитектурой - такая разрядность позволит считать целые числа с числом разрядов почти до 2ґ1019. Первый представитель 64-разрядных процессоров - Itanium, разрабатываемый под кодовым названием Merced. Его архитектура - IA-64 - обеспечивает совместимость с существующим программным обеспечением для используемой ныне архитектуры IA-32.
Понятие микропроцессорной системы
Микропроцессорная система – система, включающая в свой состав хотя
Понятие микропроцессорной системы
Микропроцессорная система – система, включающая в свой состав хотя
Микропроцессорная система может рассматриваться как частный случай электронной системы, предназначенной для обработки входных сигналов и выдачи выходных сигналов. В качестве входных и выходных сигналов при этом могут использоваться аналоговые сигналы, одиночные цифровые сигналы, цифровые коды, последовательности цифровых кодов. Внутри системы может производиться хранение, накопление сигналов (или информации), но суть от этого не меняется. Если система цифровая (а микропроцессорные системы относятся к разряду цифровых), то входные аналоговые сигналы преобразуются в последовательности кодов выборок с помощью АЦП, а выходные аналоговые сигналы формируются из последовательности кодов выборок с помощью ЦАП. Обработка и хранение информации производятся в цифровом виде.
Общие сведения о микропроцессорных системах
Множество областей применения МП и микроЭВМ позволяет
Общие сведения о микропроцессорных системах
Множество областей применения МП и микроЭВМ позволяет
встроенные системы контроля и управления;
локальные системы накопления и обработки информации;
распределенные системы управления сложными объектами;
распределенные высокопроизводительные системы параллельных вычислений.
Исходя из этого, в настоящее время определились следующие приоритетные области применения МПС:
системы управления;
контрольно-измерительная аппаратура;
техника связи;
бытовая и торговая аппаратура;
транспорт;
военная техника;
вычислительные машины, системы, комплексы и сети.
Общие сведения о микропроцессорных системах
Внедрение МПС в контрольно-измерительную аппаратуру позволяет
Общие сведения о микропроцессорных системах
Внедрение МПС в контрольно-измерительную аппаратуру позволяет
Внедрение МПС в системы связи обусловлено все большим вытеснением аналоговых методов цифровыми и привело к их широкому использованию в мультиплексорах, преобразователях кодов, устройствах контроля ошибок, блоках управления передающей и приемной аппаратуры.
Все шире используются МПС в таких устройствах, как контрольно-расчетные терминалы торговых центров, автоматизированные электронные весы, терминалы и кассовые аппараты для банков и т.п. Применение МП и МПС в бытовой технике открывает также широкие возможности последней с точки зрения повышения надежности, эффективности и разнообразия применений.
Доля применения МПС в различных областях военной техники растет с каждым годом − от навигационных систем летательных аппаратов до управления движением транспортных роботов.
Основные типы микропроцессорных систем
Основные типы микропроцессоров следующие:
микроконтроллеры — наиболее простой тип
Основные типы микропроцессорных систем
Основные типы микропроцессоров следующие:
микроконтроллеры — наиболее простой тип
контроллеры — управляющие микропроцессорные системы, выполненные в виде отдельных модулей;
микрокомпьютеры — более мощные микропроцессорные системы с развитыми средствами сопряжения с внешними устройствами.
компьютеры (в том числе персональные) — самые мощные и наиболее универсальные микропроцессорные системы.
Четкую границу между этими типами иногда провести довольно сложно. Быстродействие всех
типов микропроцессоров постоянно растет, и нередки ситуации, когда новый микроконтроллер
оказывается быстрее, например, устаревшего персонального компьютера. Но кое-какие
принципиальные отличия все-таки имеются.
Основные типы микропроцессорных систем
Микроконтроллеры представляют собой универсальные устройства, которые практически всегда
Основные типы микропроцессорных систем
Микроконтроллеры представляют собой универсальные устройства, которые практически всегда
Контроллеры, как правило, создаются для решения какой-то отдельной задачи или группы близких задач. Они обычно не имеют возможностей подключения дополнительных узлов и устройств, например, большой памяти, средств ввода/вывода. Их системная шина чаще всего недоступна пользователю. Структура контроллера проста и оптимизирована под максимальное быстродействие. В большинстве случаев выполняемые программы хранятся в постоянной памяти и не меняются. Конструктивно контроллеры выпускаются в одноплатном варианте.
Микрокомпьютеры отличаются от контроллеров более открытой структурой, они допускают подключение к системной шине нескольких дополнительных устройств. Производятся микрокомпьютеры в каркасе, корпусе с разъемами системной магистрали, доступными пользователю. Микрокомпьютеры могут иметь средства хранения информации на магнитных носителях (например, магнитные диски) и довольно развитые средства связи с пользователем (видеомонитор, клавиатура). Микрокомпьютеры рассчитаны на широкий круг задач, но в отличие от контроллеров, к каждой новой задаче его надо приспосабливать заново. Выполняемые микрокомпьютером программы можно легко менять.
Наконец, компьютеры и самые распространенные из них — персональные компьютеры — это самые универсальные из микропроцессорных систем. Они обязательно предусматривают возможность модернизации, а также широкие возможности подключения новых устройств. Их системная шина, конечно, доступна пользователю. Кроме того, внешние устройства могут подключаться к компьютеру через несколько встроенных портов связи (количество портов доходит иногда до 10). Компьютер всегда имеет сильно развитые средства связи с пользователем, средства длительного хранения информации большого объема, средства связи с другими компьютерами по информационным сетям. Области применения компьютеров могут быть самыми разными: математические расчеты, обслуживание доступа к базам данных, управление работой сложных электронных систем, компьютерные игры, подготовка документов и т.д.
Архитектура микропроцессорной системы
Логическая структура МПС приведена на рисунке 1.1:
где
Архитектура микропроцессорной системы
Логическая структура МПС приведена на рисунке 1.1:
где
В зависимости от областей применения МПС подразделяются на специализированные и универсальные, встроенные и автономные.
Рисунок 1.1 Логическая схема МПС
Архитектура Фон-Неймана
С точки зрения организации процессов выборки и исполнения команды в
Архитектура Фон-Неймана
С точки зрения организации процессов выборки и исполнения команды в
Основной особенностью фон-неймановской архитектуры является использование общей памяти для хранения программ и данных.
Основное преимущество архитектуры Фон-Неймана – упрощение устройства МПС, так как реализуется обращение только к одной общей памяти. Кроме того, использование единой области памяти позволяло оперативно перераспределять ресурсы между областями программ и данных, что существенно повышало гибкость МПС с точки зрения разработчика программного обеспечения. Размещение стека в общей памяти облегчало доступ к его содержимому. Неслучайно поэтому фон-неймановская архитектура стала основной архитектурой универсальных компьютеров, включая персональные компьютеры.
Рис. 1.2. Структура МПС с фон-неймановской архитектурой.
Гарвардская архитектура
Основной особенностью гарвардской архитектуры является использование раздельных адресных пространств для
Гарвардская архитектура
Основной особенностью гарвардской архитектуры является использование раздельных адресных пространств для
Рис. 1.3. Структура МПС с гарвардской архитектурой.
Кроме того, гарвардская архитектура обеспечивает
потенциально более высокую скорость выполнения
программы по сравнению с фон-неймановской за
счет возможности реализации параллельных
операций. Выборка следующей команды может
происходить одновременно с выполнением
предыдущей, и нет необходимости останавливать
процессор на время выборки команды. Этот метод
реализации операций позволяет обеспечивать
выполнение различных команд за одинаковое число
тактов, что дает возможность более просто
определить время выполнения циклов и критичных
участков программы.
Архитектура с общей шиной
Так же эти два типа архитектуры различаются по
Архитектура с общей шиной
Так же эти два типа архитектуры различаются по
Архитектура с общей шиной (рис. 1.4) распространена гораздо больше, она применяется, например, в персональных компьютерах и в сложных микрокомпьютерах. Архитектура с раздельными шинами (рис. 1.5) применяется в основном в однокристальных микроконтроллерах.
Рис. 1.4. Архитектура с общей шиной данных и команд.
Архитектура с общей шиной (принстонская, фон-
неймановская) проще, она не требует от
процессора одновременного обслуживания двух
шин, контроля обмена по двум шинам сразу.
Наличие единой памяти данных и команд
позволяет гибко распределять ее объем между
кодами данных и команд. Например, в некоторых
случаях нужна большая и сложная программа, а
данных в памяти надо хранить не слишком
много. В других случаях, наоборот, программа
требуется простая, но необходимы большие
объемы хранимых данных. Перераспределение
памяти не вызывает никаких проблем, главное —
чтобы программа и данные вместе помещались в
памяти системы. Как правило, в системах с
такой архитектурой память бывает довольно
большого объема (до десятков и сотен мегабайт).
Это позволяет решать самые сложные задачи.
Архитектура с раздельными шинами данных и команд
Рис. 1.5. Архитектура с
Архитектура с раздельными шинами данных и команд
Рис. 1.5. Архитектура с
Архитектура с раздельными шинами данных и
команд сложнее, она заставляет процессор
работать одновременно с двумя потоками кодов,
обслуживать обмен по двум шинам одновременно.
Программа может размещаться только в памяти
команд, данные — только в памяти данных. Такая
узкая специализация ограничивает круг задач,
решаемых системой, так как не дает возможности
гибкого перераспределения памяти. Память данных
и память команд в этом случае имеют не слишком
большой объем, поэтому применение систем с
данной архитектурой ограничивается обычно не
слишком сложными задачами.
В случае двухшинной архитектуры обмен по обеим шинам может быть независимым, параллельным во времени. Соответственно, структуры шин (количество разрядов кода адреса и кода данных, порядок и скорость обмена информацией и т.д.) могут быть выбраны оптимально для той задачи, которая решается каждой шиной. Поэтому при прочих равных условиях переход на двухшинную архитектуру ускоряет работу микропроцессорной системы, хотя и требует дополнительных затрат на аппаратуру, усложнения структуры процессора. Память данных в этом случае имеет свое распределение адресов, а память команд — свое.
Проще всего преимущества двухшинной архитектуры реализуются внутри одной микросхемы. В этом случае можно также существенно уменьшить влияние недостатков этой архитектуры. Поэтому основное ее применение — в микроконтроллерах, от которых не требуется решения слишком сложных задач, но зато необходимо максимальное быстродействие при заданной тактовой частоте.