Трудности изготовления качественных кристаллов тормозят разработку значительно больших по степени интеграции кристаллов ИС, на основе которых могли бы быть созданы ЭВМ большой мощности, возможно на одном кристалле. В журнале «Ньюсвик» было опубликовано сообщение Марбаха, Роджерса и Конанта [391, согласно которому разработчик ЭВМ Джин Амдал занят созданием кристалла ИС размером с пластину. Такая ИС заменит сотни обычных ИС. Чтобы понять важность задачи создания такого кристалла, следует учесть, что «чертеж суперкристалла, на котором мельчайшие компоненты представлены в масштабе 2,54 мм, занял бы площадь размером с два футбольных поля» [39]. Несмотря на очистку воздуха в производственных помещениях и применение современной технологии, производство ИС на кристаллах размером с пластину все еще отличается несовершенством. Для компенсации незначительных дефектов кристаллы размером с пластину содержат резервные схемы, для того чтобы полная схема при наличии таких дефектов оставалась работоспособной.
Перспективы разработки быстродействующих малогабаритных кристаллов ИС с малым энергопотреблением открывают новые возможности для разработки микропроцессоров, предназначенных для роботов и автоматизированного оборудования. Получив общее представление об ИС, рассмотрим структуру ИС микропроцессора, поскольку последний играет важную роль в автоматизации роботов и производственного оборудования.
14.4. СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА
Хотя существуют различия между ЭВМ и микропроцессором, в состав последнего должны входить функциональные элементы центрального процессора ЭВМ, ограниченная память, а также средства обмена цифровой информацией между компонентами микропроцессора, между микропроцессором и внешними устройствами (однако не обязательно периферийными устройствами, как это имеет место в микроЭВМ). Рассмотрим структуры компонентов, из которых состоит микропроцессор. Остановимся на особенностях, которые ставят микропроцессор для инженеров по робототехнике и автоматизации производства в ряд важнейших устройств.
Центральный процессор. Основной частью микропроцессора или любой ЭВМ является центральный процессор. В его состав входят цифровые регистры для хранения логических данных в двоичном коде. Эти регистры используются для хранения промежуточных данных при расчетах или обработке логической информации. Один из таких регистров называется аккумулятором. Это название объясняется функциональным назначением регистра, который обеспечивает сложение содержимого одной ячейки памяти с содержимым другой ячейки. Аккумулятор во многих случаях также действует как буферное устройство для ввода данных в двоичном коде в центральный процессор из памяти, в память и при обмене данными с периферийными устройствами. Другим важным регистром является регистр команд или дешифратор, который обеспечивает запоминание и интерпретацию выполняемой команды ЭВМ, которая представлена в двоичном коде. Следующими являются адресные регистры, предназначенные для обращения к командам программы или данным в памяти.
В состав центрального процессора также входит арифметико-логическое устройство (АЛУ), которое на основе булевой логики выполняет стандартные арифметические операции, такие как сложение и вычитание. Логическая схема достаточно сложна. Однако принципы ее построения соответствуют структуре, описанной в гл. 10.
Наконец, центральный процессор должен располагать некоторыми средствами временной синхронизации для обеспечения координации и управления всеми операциями. Генератор, входящий в состав центрального процессора, может использоваться программистом для синхронизации импульсов, поступающих на вход какого-нибудь регистра. Благодаря этому функции микропроцессора могут быть синхронизированы с функциями внешних устройств на реальном объекте и в реальном времени. Однако доступ к генератору в большинстве случаев для пользователя ограничен, и в случаях, когда последнему необходим доступ к таким устройствам, применяются специальные кристаллы, на которых реализованы программируемые интервальные таймеры. Реальный генератор в центральном процессоре микропроцессора работает на очень высоких частотах — например, 8 МГц.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.