Цифровые устройства и микропроцессоры: Учебное пособие, страница 4

      7) сверхбыстродействующие ЭВМ - престижные ЭВМ для решения специальных задач.

Особую группу вычислительных устройств составляют микропроцессоры (МП). МП - это большая интегральная схема (ИС) с программируемой логикой работы.

На рисунке 1 приведена условная классификация существующей цифровой схемотехники.

                   Рисунок 1 – Классификация цифровой схемотехники

Задачу повышения надёжности радиоэлектронной аппаратуры, снижения её стоимости и габаритов можно  решить только с помощью цифровой техники. Для жёсткой логики – это разработка специализированных ИС, но стоимость такого устройства снижается только при крупносерийном производстве. Для среднего и малого объёмов производства такое решение неприемлемо.

Ещё одним решением  является применение программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Это направление активно развивается в настоящее время, но оно  выходит за рамки данного учебного курса.

Третий способ решения поставленной задачи заключается в том, что можно программным путём с помощью одного устройства последовательно решать несколько различных задач, изменяя его структуру во времени. Этот способ используется в микропроцессорной технике. В МП возможен компромисс между быстродействием конкретного микропроцессора и сложностью реализуемого устройства. Именно по этой причине разработчики стремятся максимально увеличить быстродействие микропроцессоров, что позволяет реализовывать все более сложные устройства в одном и том же объеме.  Именно такой подход к решению задачи уменьшения габаритов и стоимости радиоэлектронных устройств и рассматривается в данном учебном пособии.

В современном мире трудно найти область техники, где не использовались бы микропроцессоры. Они применяются в  вычислителях, выполняют функции управления,  используются при обработке звука и изображения. В зависимости от области применения микропроцессора изменяются и требования к его внутренней структуре. В настоящее время определились три направления развития микропроцессоров:

§  универсальные микропроцессоры

§  сигнальные микропроцессоры

§  микроконтроллеры

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. МП самостоятельного значения не имеет (у него нет памяти и  устройств  ввода/ вывода информации)  и может работать только в составе микропроцессорной системы (МПС). МП имеют разрядность 4,8,10,12,16,32,64 бит (двоичных разрядов). Тактовая частота работы  достигает  единиц ГГц и они являются базой любого современного вычислителя.

Сигнальные процессоры. Это процессоры с высокой степенью специализации. От этих процессоров требуются максимальное быстродействие и малые габариты, простое сопряжение с аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями, большая разрядность обрабатываемых данных и небольшой набор математических операций, обязательно включающий операцию аппаратного умножения с накоплением и аппаратную организацию циклов. Сигнальные процессоры решают задачи фильтрации, модуляции и демодуляции сигналов во временной и спектральной областях.

Микроконтроллеры. Термин контроллер образовался от глагола to control – управлять. Контроллеры могут реализовываться на различных принципах действия от механических  или оптических устройств до электронных  цифровых устройств. Контроллер, выполненный в виде БИС называют микроконтроллером. Микроконтроллер отличается от микропроцессора более простой организацией, меньшим объёмом внутренней памяти и упрощенной системой команд.

В зависимости от сложности и габаритов устройства, которым требуется управлять, определяются и требования к контроллеру. Если объект управления занимает десятки метров по площади, как, например, автоматические телефонные станции, базовые станции сотовых систем связи или радиорелейные линии связи, то в качестве контроллеров можно использовать универсальные компьютеры.В оперативную память таких компьютеров при включении питания заносится управляющая программа, которая и превращает универсальный компьютер в контроллер.