Микропроцессорные системы - Александров Е.К.
ISBN 5-7325-0516-4
Скачать (прямая ссылка):
распространение получили микроконтроллеры, предназначенные для выполнения
функций управления различными объектами, и цифровые процессоры сигналов
(DSP - Digital Signal Processor), которые ориентированы на реализацию
процедур, обеспечивающих необходимое преобразование аналоговых сигналов,
представленных в цифровой форме (в виде последовательности числовых
значений).
Микропроцессоры общего назначения предназначены для решения широкого
круга задач обработки разнообразной информации. Их основной областью
использования являются персональные компьютеры, рабочие станции, серверы
и другие цифровые системы массового применения. К этому классу относятся
CISC-процессоры Pentium компании "lntel", К7 - компании "Advanced
MicroDevices" (AMD), 680x0 - компании "Motorola", RISC-процессоры
PowerPC, выпускаемые компаниями "Motorola" и IBM, SPARC - компании "Sun
Microsystems" и ряд других изделий различных производителей.
Расширение области применения таких микропроцессоров достигается главным
образом путем роста производительности, благодаря чему увеличивается круг
задач, который можно решать с их использованием. Поэтому повышение
производительности является магистральным направлением развития этого
класса микропроцессоров. Обычно это 32-разрядные микропроцессоры
(некоторые микропроцессоры этого класса имеют 64-разрядную или 128-
разрядную структуру), которые изготавливаются по самой современной
промышленной технологии, обеспечивающей максимальную частоту
функционирования.
Ряд наиболее популярных микропроцессоров этого класса (Pentium, AMD К7 и
некоторые другие) следует отнести к CISC-процессорам, так как они
выполняют большой набор разноформатных команд с использованием
многочисленных способов адресации. Однако в их внутренней структуре
содержится RISC-процессор, который выполняет поступившие команды после их
преобразования в последовательность простых RISC-операций. Ряд других
микропроцессоров этого класса непосредственно реализует RISC-
3035 Л-
КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ, ОСНОВНЫЕ ВАРИАНТЫ ИХ АРХИТЕКТУРЫ И
СТРУКТУРЫ
архитектуру. Поэтому можно считать, что использование RISC-архитектуры
характерно для большинства этих микропроцессоров. Однако в ряде последних
разработок (Itanium, РА8500) некоторых ведущих производителей успешно
применяются принципы VLIW-ap-хитектуры, которая может составить
конкуренцию RISC-архитектуре в соревновании за достижение наивысшей
производительности.
Практически все современные микропроцессоры этого класса используют
Гарвардскую внутреннюю архитектуру, где разделение потоков команд и
данных реализуется с помощью отдельных блоков кэш-памяти. В большинстве
случаев они имеют суперскалярную структуру с несколькими исполнительными
конвейерами (до 10 в современных моделях), которые содержат до 20
ступеней.
Благодаря своей универсальности микропроцессоры общего назначения
используются также в специализированных системах, где требуется высокая
производительность. На их основе реализуются одноплатные компьютеры и
промышленные компьютеры, которые применяются в системах управления
различными объектами. Одноплатные (встраиваемые) компьютеры содержат на
плате необходимые дополнительные микросхемы, обеспечивающие их
специализированное применение, и предназначены для встраивания в
аппаратуру различного назначения. Промышленные компьютеры размещаются в
корпусах специальной конструкции, обеспечивающих их надежную работу в
жестких производственных условиях. Обычно такие компьютеры работают без
стандартных периферийных устройств (монитор, клавиатура, "мышь") или
используют специальные варианты этих устройств, модифицированные с учетом
специфических условий применения.
Микроконтроллеры являются специализированными микропроцессорами, которые
ориентированы на реализацию устройств управления, встраиваемых в
разнообразную -'J'f. аппаратуру. Ввиду огромного количества объектов,
управление которыми обеспечивается с помощью микроконтроллеров, годовой
объем их выпуска превышает 2 миллиарда экземпляров, на порядок превосходя
объем выпуска микропроцессоров общего применения. Весьма широкой является
также номенклатура выпускаемых микроконтроллеров, которая содержит
несколько тысяч типов.
Характерной особенностью структуры микроконтроллеров является размещение
на одном кристалле с центральным процессором внутренней памяти и большого
набора периферийных устройств. В состав периферийных устройств обычно
входят несколько 8-разрядных параллельных портов ввода-вывода данных (от
1 до 8), один или два последовательных порта, таймерный блок, аналого-
цифровой преобразователь. Кроме того, различные типы микроконтроллеров
содержат дополнительные специализированные устройства - блок формирования
сигналов с широтно-импульсной модуляцией, контроллер
жидкокристаллического дисплея и ряд других. Благодаря использованию
внутренней памяти и периферийных устройств реализуемые на базе
микроконтроллеров системы управления содержат минимальное количество
