Микропроцессорные устройства. Общие сведения. Классификация микропроцессоров. Система команд МП

СОДЕРЖАНИЕ

РАЗДЕЛ 2. Микропроцессорные устройства

2.1. Общие сведения                                                                                   2

2.2. Классификация микропроцессоров                                                    4

2.3. Структура МП                                                                                     7

2.4. Принцип работы МПУ                                                                        13

2.5. Формат команд и данных МП                                                             15

2.6. Способы адресации в МП                                                                    16

2.7. Виды прерываний при выполнении программ в МП                         19

2.8. Языки программирования                                                                   20

2.9. Система команд МП                                                                            22

Рекомендуемая литература                                                                           24

РАЗДЕЛ 2. Микропроцессорные устройства

2.1. Общие сведения

Микропроцессор (МП) – выполненное в виде большой интегральной схемы (БИС) цифровое устройство, предназначенное для обработки информации в соответствии с хранимой в памяти программой.

Отличительным качеством МП, появившемся в начале 70-х годов, от других видов цифровых микросхем является их возможность функционального изменения путем изменения программы управления микропроцессором. Так реализовывается принцип гибкой логики в отличие от жесткой логики, которую выполняют цифровые устройства, реализованные на основе микросхем малой и средней степеней интеграции. Функция, выполняемая устройствами, построенными по принципу жесткой логики, полностью определяется «жесткими» соединениями в схеме. Для ее изменения требуется демонтаж устройства и монтаж нового. Хотя данные устройства способны обеспечить высокое быстродействие, однако использование принципа жесткой логики при проектировании и производстве больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС) оказалось экономически не целесообразным. Это объясняется следующим. В различных микропроцессорных устройствах, используемых в устройствах автоматики, управлении производственными процессами, измерительной и бытовой технике, требуются БИС с различными свойствами и функциями. Разработка их логической структуры, состоящей из тысяч логических элементов, технологическая подготовка производства экономически становятся оправданы лишь при массовом производстве БИС. Количество различных типов БИС, выполняющих узкоспециализированную функцию, в зависимости от их области применения, оказывалось большим, а объем выпуска каждого из них – малым.

Разработка БИС с использованием принципа гибкой (программируемой) логики позволила решить данную проблему. Этот подход предполагает построение с использованием одной или нескольких БИС некоторого универсального устройства, функционирование и специализация которого обеспечивается программой, закладываемой в память этого устройства. При необходимости функционального изменения уже не требуется полный демонтаж устройства, а достаточно изменить его программу. Такие БИС получили название микропроцессоров и являются универсальными устройствами, любой из их типов возможно использовать в различных областях техники.

Набор БИС, обеспечивающих построение таких универсальных устройств, образует микропроцессорный комплект (МПК). Устройства, реализуемые на МПК называются микропроцессорными устройствами (МПУ).

Для МП свойственны не только широкие функциональные и эксплуатационные возможности, но и низкая себестоимость, высокая компактность, надежность и быстродействие. Высокая надежность и быстродействие достигнуты за счет того, что высокая и сверхвысокая степень интеграции, большая функциональная сложность самих микросхем значительно снижают число внешних соединений, которые являются основной причиной отказов. Снижение их количества естественно повышает надежность безотказной работы устройства. Кроме того, снижается общая длина соединений, что ведет к повышению быстродействия.

Контрольные вопросы

1. Какое устройство называется микропроцессором?

2. В чем заключаются методы построения цифровых устройств по принципу жесткой и гибкой логики? Укажите достоинства и недостатки этих методов.

3. Чем обусловлена высокая надежность работы БИС?

2.2. Классификация микропроцессоров

1. По назначению МП классифицируются:

- универсальные, предназначенные для решения широкого круга задач;

- специализированные, предназначенные для решения специфических задач (математические МП; миктроконтроллеры и др.).

2. По количеству БИС в МПК все МП классифицируются:

- однокристальные, когда МП конструктивно выполнен на одном кристалле микросхемы (в виде одного корпуса). Обычно однокристальные МП имеют фиксированную разрядность и фиксированную систему команд;

- многокристальные, когда каждый тип устройства структуры МП реализованы в отдельном корпусе  микросхемы. Обычно многокристальные МП также имеют фиксированную разрядность и фиксированную систему команд. Однокристальные и многокристальные МП образуют класс замкнутого типа, для которых свойственно наращивание разрядности только программным путем. При этом многоразрядное число разбивается на отдельные части и затем каждая из них обрабатывается последовательно, что снижает быстродействие работы МП.