В начало

МП, МПС и МК (Лекция)

 

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1.      Введение

2.      Области применения

1.   Введение

За все время существования и применения электронно-вычислительных машин (ЭВМ) их важнейшие параметры  быстродействие, потребляемая мощность, надежность определялись, прежде всего, применяемой элементной базой, то есть теми электронными «кирпичиками»,  из которых строится большое и сложное  «здание» – сама ЭВМ. В машинах первого поколения применялись электровакуумные приборы (радиолампы), обеспечивающие быстродействие ЭВМ в сотни или тысячи операций в секунду. Эти машины были громоздки, часто выходили из строя, и для обеспечения их нормальной работы требовалась сложная система охлаждения.

Изобретение транзистора позволило довести быстродействие ЭВМ до десятков и сотен тысяч операций в секунду при существенном увеличении плотности упаковки (компоновки) элементов: транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов. Такие ЭВМ относились к машинам второго поколения.

Появление интегральных микросхем, включающих большое количество электронных элементов, и применения их в ЭВМ третьего и дальнейших поколений еще более увеличило быстродействия последних, позволило упростить процедуру общения человека с ЭВМ, максимально приблизило ее к объекту управления и контроля.

Микропроцессор (МП) – это устройство, которое осуществляет прием, об­работку и выдачу информации. Конструктивно МП содержит одну или не­сколько интегральных схем и выполняет действия, определенные програм­мой, записанной в памяти.

Универсальные МП – это такие МП, в системе команд которых заложена алгоритмическая универсальность. Последнее означает, что выполняемый машиной состав команд позволяет получить преобразование информации в соответствии с любым заданным алгоритмом.

Специализированные МП предназначены для решения определенного класса задач, а иногда только для решения одной конкретной задачи. Их существенными особенностями являются простота управления, компактность аппаратурных средств, низкая стоимость и малая мощность потребления.

Микропроцессорная система (МПС) – это вычислительная, контрольно-измери­тельная или управляющая система, основным устройством обработки ин­формации в которой является МП. Микропроцессорная система строится из набора микропроцессорных БИС.

Замечательным свойством микропроцессорных систем является их высокая гибкость, возможность быстрой перенастройки при необходимо­сти даже значительных изменений алгоритмов управления. Перенастройка осуществляется программным путем без существенных производственных затрат. Создание микропроцессоров позволяет уменьшить стоимость и раз­меры технических средств обработки информации, увеличить их быстро­действие, снизить энергопотребление.

Характерные особенности микропроцессорных информационно-управляющих систем, предназначенных для автоматизации технологиче­ских процессов:

-     наличие ограниченного набора четко сформулированных задач;

-     работа в реальном масштабе времени, т.е. обеспечение минималь­ного времени реакции на изменение внешних условий;

-     наличие развитой системы внешних устройств, их большое разно­образие;

-     существенное различие функциональных задач;

-     высокие требования по надежности с учетом большой продолжи­тельности непрерывной работы;

-     сложные условия эксплуатации;

-     обеспечение автоматического режима работы или режима с участи­ем оператора как элемента системы.

 

Дальнейший рост степени интеграции позволил разместить в кристалле микросхемы уже не отдельные простые узлы или фрагменты устройств ЭВМ, а целые устройства и даже целые ЭВМ. Это привело к созданию микроконтроллера (МК) – изделия микроэлектроники и вычислительной техники принципиально нового класса, способного вести обработку и хранение информации в одном или нескольких корпусах микросхем.

Использование микроконтроллеров в изделиях не только приводит к повышению технико-экономических показателей (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров), но и позволяет сократить время разработки изделий и делает их модифицируемыми, адаптивными. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение высоких показателей эффективности при низкой стоимости.

Микроконтроллеры представляют собой эффективное средство автоматизации разнообразных объектов и процессов.

Можно считать что микроконтроллер – это компьютер, разместившийся в одной микросхеме. Отсюда и его основные привлекательные качества: малые габариты; высокие производительность, надежность и способность быть адаптированным для выполнения самых различных задач.

Однокристальный микроконтроллер представляет собой устройство, выпол­ненное конструктивно в одном корпусе БИС и содержащее все основные составные части микропроцессорного комплекта.

Микроконтроллер помимо центрального процессора (ЦП) содержит память и многочисленные устройства ввода/вывода:

-       универсальные цифровые порты, которые можно настраивать как на ввод, так и на вывод;

-       различные интерфейсы ввода-вывода, такие как UART, I²C, SPI, CAN, USB, IEEE 1394, Ethernet;

-       аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи;

-       компараторы;

-       широтно-импульсные модуляторы;

-       таймеры;

-       контроллеры бесколлекторных двигателей;

-       контроллеры дисплеев и клавиатур;

-       радиочастотные приемники и передатчики;

-       массивы встроенной флеш-памяти;

-       встроенный тактовый генератор и сторожевой таймер;

 

2.                 Области применения

В современном мире трудно найти область техники, где не применялись бы микропроцессоры. Они применяются при вычислениях, они выполняют функции управления, они используются при обработке звука и изображения. В зависимости от области применения микропроцессора меняются требования к нему. Это накладывает отпечаток на внутреннюю структуру микро­про­цессо­ра. В настоящее время определилось три направления развития микропроцессоров:

-   универсальные микропроцессоры;

-   микроконтроллеры;

-   сигнальные микропроцессоры.

 

Универсальные микропроцессоры используются для построения вычислительных машин. В них используются самые передовые решения по повышению быстродействия, не обращая особого внимания на габариты, стоимость и потребляемую энергию. В технике связи компьютеры используются для управления системами связи или устройствами связи, обладающими большими габаритами и стоимостью. Такие компьютеры называются контроллерами.

Сигнальные процессоры используются для решения задач, которые традиционно решала аналоговая схемотехника. К сигнальным процессорам предъявляются специфические требования. От них требуются максимальное быстродействие, малые габариты, легкая стыковка с аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями, большая разрядность обрабатываемых данных и небольшой набор математических операций, обязательно включающий операцию умножения-накопления и аппаратную организацию циклов. В этих процессорах тоже важны такие параметры как стоимость габариты и потребляемая мощность, но здесь приходится мириться с большими значениями этих характеристик по сравнению с микроконтроллерами.

Микроконтроллеры используются для управления малогабаритными и дешёвыми устройствами связи они раньше назывались однокристальными микроЭВМ. В микроконтроллерах, в отличие от универсальных микропроцессоров, максимальное внимание уделяется именно габаритам, стоимости и потребляемой энергии.

Использование в современном микроконтроллере достаточного мощного вычислительного устройства с широкими возможностями, построенного на одной микросхеме вместо целого набора, значительно снижает размеры, энергопотребление и стоимость построенных на его базе устройств. Используются в управлении различными устройствами и их отдельными блоками:

-     в вычислительной технике: материнские платы, контроллеры дисководов жестких и гибких дисков, CD и DVD;

-     электронике и разнообразных устройствах бытовой техники, в которой используется электронные системы управления – стиральных машинах, микроволновых печах, посудомоечных машинах, телефонах и современных приборах;

В промышленности:

-     устройств промышленной автоматики – от программируемого реле и встраиваемых систем до ПЛК,

-     систем управления станками.

 

В то время как 8-разрядные процессоры общего назначения полностью вытеснены более производительными моделями, 8-разрядные микроконтроллеры продолжают широко использоваться. Это объясняется тем, что существует большое количество применений, в которых не требуется высокая производительность, но важна низкая стоимость. В то же время, есть микроконтроллеры, обладающие большими вычислительными возможностями, например цифровые сигнальные процессоры.

В настоящее время существует огромная номенклатура (более 10000) различных микроконтроллеров, различающихся сферой применения, параметрами, встроенными в кристалл периферийными узлами. Выпуском микроконтроллеров занимается более десятка производителей.

 

Шрифт ККМ АМС-100К
Шрифт ККМ АМС-100К


iTunes Gift Card (РОССИЯ) - 700 руб
iTunes Gift Card (РОССИЯ) - 700 руб


Grand Theft Auto-4: Complete Edition
Grand Theft Auto-4: Complete Edition