Общие принципы построения микроконтроллеров, страница 2

  Помимо БИС микропроцессора, в МК входят также БИС таймера КР580ВИ53, контроллера прерываний КР580ВН59, параллельного интерфейса КР580ВВ55 и последовательного интерфейса КР580ВВ51. Для таких МК характерна организация, названная в честь известного американского ученого архитектурой фон Неймана. В ЭВМ такой архитектуры программы и данные располагаются в едином адресном пространстве памяти и никаких признаков, указывающих на тип информации, не несут. Содержимое ячейки памяти интерпретируется оператором обработки, в качестве которого выступает код операции команды.

  Таким образом, память программ (Code Segment - CSEG) и память данных (Data Segment - DSEG) для ахитектуры фон Неймана являются совмещенными; ячейки памяти адресуются единым кодом адреса, размер которого определяется объемом этой памяти. Как показывает практика составления управляющих программ, основная их часть связана с обращением к памяти данных DSEG что в случае совмещенной памяти приводит к необходимости формирования многоразрядного исполнительного адреса. Это обстоятельство уменьшает эффективность использования адресной части команды, увеличивает объем программ и уменьшает скорость их выполнения.

  Однокристальные микроконтроллеры интегрируют на одном кристалле процессор, память, устройства ввода-вывода и средства поддержки работы в реальном масштабе времени. Для ОМК вопросы архитектурной оптимизации являются первостепенными, поскольку их ресурсы весьма и весьма ограничены.

  В однокристальных микроконтроллерах используется так называемая Гарвадская архитектура, разработанная в Гарвардском университете США специально для ОМК. Согласно концепциям этой архитектуры память программ CSEG и память данных DSEG имеют раздельные адресные пространства, при обращении к которым используются различные механизмы адресации. Это позволяет реализовать компактное кодирование набора машинных команд и, следовательно, экономно использовать память данных.

  Согласно требованиям Гарвардской архитектуры находящаяся на кристалле физическая память МК делится на постоянную (для записи программ) и оперативную (для хранения изменяющихся данных). Содержимое памяти программ формируется либо на заводе-изготовителе ОМК (масочное программирование), либо с использованием программатора пользователя (электрическое программирование). Для различных ОМК объем ПЗУ программ колеблется в диапазоне от 1 до 8 килобайт, ОЗУ данных от 64 до 256 байт.

  Развитие интегральной технологии и дальнейшее совершенствование архитектурных и структурных принципов организации привело к появлению нового поколения однокристальных микроконтроллеров.

  Фирма Intel разработала семейство микроконтроллеров iMCS -48, iMCS -51, iMCS -96, в основе которых лежат БИС 8048, 8051, 8096 соответственно.

  Сегодня элементы семейства iMCS -48 рассматриваются как стандартные для построения микропроцессорных средств и систем.

  Базовая вычислительная среда iMCS -48 включает 4 Кбайт программного ПЗУ, формируемого как внутренними (1/2 Кбайт), так и внешними по отношению к микроЭВМ средствами, 64/128/256 байт внутренней и 256 байт внешней памяти данных, 27 внутренних и 16 внешних линий ВВ, 8-разрядный таймер/счетчик, а также одноуровневую систему прерываний.

  Более совершенное семейство iMCS -51, совместимое с архитектурой iMCS -48, обладает более обширными адресными пространствами памяти программ и данных, усовершенствованными средствами ВВ и поддержки реального времени. В архитектуре предусмотрено до 64 Кбайт ПЗУ, часть которого (4/8 Кбайт) реализуется в кристалле, 128/256 байт внутреннего ОЗУ, до 64 Кбайт внешнего ОЗУ, 32 линии физического ВВ, программируемый последовательный интерфейс, два или три 16-разрядных таймера/счетчика, двухуровневая система прерываний с пятью или шестью источника­ми запросов. Дальнейшее развитие получила система команд и способы доступа к отдельным элементам данных, в состав системы введены команды умножения и деления, реализован булевский подпроцессор. Сейчас в семействе iMCS -51 более восьми однокристальных микроЭВМ с различными физическими возможностями. Развитие семейства продолжается.