Развитие микроэлектроники, с одной стороны, и вычислительной техники — с другой, привело к появлению качественно новых технических средств — микропроцессоров и микро-ЭВМ.
Главный узел цифровой вычислительной машины — процессор.
Процессором называют устройство обработки информации, осуществляемой по программе. Микропроцессор (МП) — это процессор, выполненный по интегральной технологии в одной или нескольких БИС.
Например, широко распространенный микропроцессор КР580ИК80 (серия 580) содержит 5000 транзисторов и выполнен в одном кристалле БИС.
Структура микропроцессора иллюстрируется рис. 6.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) реализует арифметические (сложение, вычитание) и логические (сравнение, И, ИЛИ) операции над двумя числами и выдает результат операций. Регистры (Р) служат для хранения и выдачи команд (регистр команд), адресов (регистр адресов) и данных (аккумулятор). Устройство управления (УУ) служит для преобразования команд, поступающих из регистров и внешнего запоминающего устройства (ЗУ), в сигналы, непосредственно воздействующие на все элементы МП и стимулирующие выполнение команд. Все блоки МП связаны между собой и с внешними устройствами тремя шинами: шиной данных (ШД).
Рис.6 Рис.7
и шиной адресов (ША) и шиной управления (ШУ). Шина состоит из параллельных проводников, к которым подключаются блоки МП и внешние устройства. Она служит для обмена информацией между этими блоками. Устройство управления определяет разделение во времени связей между блоками по одним и тем же проводникам (мультиплексирование).
Шина данных служит для обмена операндами — исходными эле-ментами данных, под которыми можно понимать числовые данные ли команды (также представляемые числами). Шина адресов служат для передачи адресов — указаний (в виде чисел) местоположения ячейки памяти в запоминающем устройстве. Шина управления служит для обмена сигналами управления.
Для того чтобы получить законченную ЭВМ, к процессору необходимо добавить, как минимум, устройство ввода — вывода информации. (УВВ), запоминающее устройство (ЗУ) и тактовый генератор (ТГ) (рис. 7). Первое служит для ввода информации от внешних устройств в процессор или в ЗУ и для вывода информации о внешние устройства, второе — для приема, хранения и выдачи программы и данных. Тактовый генератор синхронизирует через МП работу всех блоков системы. Показанную на рис. 7 систему называют микро-ЭВМ или микропроцессорной системой (комплектом)
Микропроцессорные комплекты оперируют информацией, представленной в двоичном коде в виде электрических сигналов. Большинство МП рассчитаны на работу с 4, 8, 12 и 16-разрядными «словами». Программа, по которой работает МП, обычно хранится в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), в которое она заносится однократно при изготовлении ПЗУ. Возможно применение репрограммируемых ПЗУ (РеПЗУ) или перепрограммируемых ПЗУ (ППЗУ), допускающих многократную записи и стирание информации (например, микросхемы К573РФ1 - К573РФ5), в которых стирание происходит при ультрафиолетовом облучении. Для хранения данных применяют оперативные ЗУ (ОЗУ), в которые информация может быть введена микропроцессором или внешними устройствами (например, клавиатурой ввода, каналом связи с объектом).
В МП и микро-ЭВМ используется микропрограммное управление, при котором каждая команда представляется набором микрокоманд — реализуемых электрической схемой элементарных машинных операций. Обычно число команд (или микрокоманд), которые могут выполняться микропроцессорной системой, не очень велико (десятки и сотнитсяч).
Математическое обеспечение микропроцессорного комплекта — совокупность программ для эффективного использования системы. Для создания математического обеспечения используются программные кросс-средства и резидентные средства. Программные кросс-средства — набор программ для разработки и отладки программного обеспечения ЭВМ, отличной от той, на которой готовится это программное обеспечение. Программные резидентные средства — набор программ для создания и отладки программного обеспечения ЭВМ, на которой готовится это обеспечение. Таким образом, для создания программного обеспечения необходима система разработки (СР) — совокупность аппаратных и программных средств. В систему разработки обычно входит так называемая прототипная микро-ЭВМ, отличающаяся от той, для которой ведется разработка программ, более широкими возможностями за счет расширения состава. Помимо этого, в СР входят внешние устройства: накопители данных (на магнитных дисках или лентах), устройства ввода и вывода информации (фотосчитыватели с перфоленты и перфораторы, алфавитно-цифропечатающие устройства, графопостроители, дисплеи, клавиатура, дискеты, диски, флэш-память), устройства сопряжения с другими ЭВМ (интерфейсы) и т. д. Разработка программ может вестись на языках высокого уровня: ассемблер или в машинных кодах. С помощью компилятора — специальной служебной программы — разработанная на языке высокого уровня рабочая программа переводится в программу на языке данного микропроцессорного комплекта, а затем заносится в ее ПЗУ или РеПЗУ.
С помощью микропроцессорной техники возможна практически полная автоматизация любой сферы человеческой деятельности, в том числе и электроснабженя.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1.Назовите типы полупроводниковых ЗУ?
2.Какое ЗУ имеет больший объем памяти при одинаковом размере полупроводникового кристалла?
3.Чем отличается структура ПЛМ от структуры ПМЛ?
4. Что такое ЦАП и АЦП?
5. Что такое квантование сигнала по уровню?
6. Назовите основные узлы микропроцессора?
7. Назовите основные узлы микро-ЭВМ?