1. Основні визначення та поняття мікропроцесорної техніки
Вивчення інтенсивно розвивається і наукомісткої предметної області, такий як мікроелектроніка і мікропроцесорна техніка - завдання цікава і складна, що вимагає постійного вдосконалення, поповнення знань, що отримуваються, і знайомства з суміжними науково-технічними областями. У зв'язку з широким застосуванням електронних систем управління та з метою ефективного вирішення будь-яких прикладних завдань сучасний фахівець, професійно пов'язаний і не пов'язаний з обчислювальною технікою, повинен мати не лише елементарне уявлення про основні поняття побудови сучасних електронних систем, але й мати адекватне уявлення про стані та перспективи розвитку елементної бази.
За більш ніж чверть вікову історію мікропроцесори пройшли воістину гігантський шлях.
Перша мікросхема МП, випущена фірмою INTEL у 1971 р., працювала на тактовій частоті 108 кГц, містила 2300 транзисторів, виконана була за 10 мкм технології та коштувала близько 200 доларів. Одна з останніх модифікацій мікросхеми INTEL PENTIUM-4 виконана за 0,09 мкм технологією, має 140 мільйонів транзисторів усередині кристала напівпровідника розміром 87 кв.мм.
Порівняння вищенаведених даних підтверджує і образна оцінка успіхів мікропроцесорної індустрії, дана засновником і головою ради директорів фірми INTEL Гордоном Муром (Gordon Moore): «Якби автомобілебудування еволюціонувало зі швидкістю напівпровідникової промисловості, то сьогодні «Роллс-Ройс» коштував півмільйона миль на одному галоні бензину, і було б дешевше його викинути, аніж платити за паркування».
Не важко зрозуміти, що і на сьогоднішній день комп'ютеризація є одним із головних напрямів науково-технічного прогресу та концентрованим його виразом. У МПвтілені найпередовіші досягнення інженерної думки, і від того, як насичені обчислювальною технікою різні галузі виробництва, залежить не тільки економічний, а й військовий потенціал країни.
1. Основні визначення та поняття мікропроцесорної техніки
Ключові слова: жорстка логіка, гнучка логіка, мікропроцесор, мікропроцесорна система, шина, пам'ять, пристрої введення-виведення.
1.1. Жорстка та гнучка логіка
Перш ніж розглядати мікропроцесорну систему, розглянемо електронну систему взагалі.
Електронна система - це будь-який електронний вузол, блок або прилад, що робить обробку вхідних сигналів і видачу вихідних (Рис. 1.1).
Мал. 1.1. Електронна система жорсткої логіки
Як вхідні або вихідні сигнали при цьому можуть використовуватися: аналогові сигнали, одиночні цифрові сигнали, цифрові коди, послідовності цифрових кодів. Всередині системи може здійснюватися зберігання, накопичення сигналів (або інформації) та їхня обробка. Якщо система цифрова, то вхідні аналогові сигнали перетворюються на послідовність кодів за допомогою аналого-цифрового перетворювача (АЦП), а вихідні
аналогові сигнали формуються із послідовності цифрових кодів за допомогою цифро-аналогового перетворювача (ЦАП).
Характерною особливістю традиційних цифрових систем є те що, що алгоритм обробки та зберігання інформації у ній жорстко пов'язані з схемотехнікою системи, тобто конкретно поставленої завдання розробляється і реалізується конкретна електронна схема. Будь-яка зміна вихідних умов завдання спричинить і зміна її схемотехнического рішення, тобто. зміна алгоритму функціонування системи можлива лише шляхом зміни їїструктури. Такі схеми називаютьсхемами жорсткої логіки.
Таким чином, будь-яка система жорсткої логіки є спеціалізованою електронною системою, розробленою і налаштованою на вирішення однієї або декількох заздалегідь відомих завдань.
Перевагою систем жорсткої логіки є їхня висока швидкодія, оскільки такі системи ніколи не мають апаратної надмірності, а швидкість виконання алгоритмів визначається в ній тільки швидкодією окремих логічних елементів.
Найбільшим недоліком цифрової системи на жорсткій логіці є той факт, що за зміни умов завдання схему потрібно проектувати та виготовляти заново.
Подолати цей недолік дозволяють електронні системи гнучкої логіки, які можуть легко адаптуватися під будь-яку задачу, перебудовуючись з одного алгоритму на інший без зміни електронної схеми. У таких системах зміна умов впливає лише зміну програми, відповідно до якої працює система (Рис. 1.2).
Така система є програмованою (перепрограмованою). Саме до системи гнучкої логіки і належать мікропроцесорні системи.
Звичайно, апаратно така схема може бути надмірна, тому що повинна функціонувати і для вирішення найпростішої, і для вирішення найскладнішого завдання. А розв'язання важкого завдання потребує набагато більше апаратних засобів, ніж розв'язання простого.
Мал. 1.2. Електронна система гнучкої логіки
чим простіше вирішується завдання, тим більша надмірність. Така надмірність веде, з одного боку, до підвищення вартості схеми, збільшення споживаної потужності, з іншого боку - до значного зменшення швидкодії.
З вищевикладеного можна зробити такий висновок: системи жорсткої логіки повинні застосовуватися там,де вирішуване завдання не змінюється тривалий час, де потрібна висока швидкодія, а алгоритми обробки інформації прості. Системи гнучкої логіки повинні застосовуватися там, де часто змінюються задачі, що вирішуються, висока швидкодія не надто важлива, а алгоритми обробки інформації складні.