Лекции по Вычислительным системам, сетям и телекоммуникациям   

2. Структура и принципы функционирования процессора вычислительной системы

В настоящее время технически процессоры, как правило, реализуются в виде микропроцессорных устройств выполненных на базе одной микросхемы, в связи с этим понятие процессор и микропроцессор (МП) практически равнозначны.

2.1. Классификация и структура микроконтроллеров

В настоящее время выпускается целый ряд типов микроконтроллеров (МК). Все эти приборы можно условно разделить на три основных класса:

-       8-разрядные МК для встраиваемых приложений;

-       16- и 32-разрядные МК;

-       цифровые сигнальные процессоры (DSP).

Наиболее распространенным представителем семейства МК являются 8-разрядные приборы. Росту популярности 8-разрядных МК способствует постоянное расширение номенклатуры изделий, выпускаемых такими известными фирмами, как Motorola, Microchip, Intel, Zilog, Atmel и многими другими.

Современные МК обладают, как правило, рядом отличительных признаков:

-       модульная организация, при которой на базе одного процессорного ядра (центрального процессора) проектируется ряд (линейка) МК, различающихся объемом и типом памяти программ, объемом памяти данных, набором периферийных модулей, частотой синхронизации;

-       использование закрытой архитектуры МК, которая характеризуется отсутствием линий магистралей адреса и данных на выводах корпуса МК. Таким образом, МК представляет собой законченную систему обработки данных, наращивание возможностей которой с использованием параллельных магистралей адреса и данных не предполагается;

-       использование типовых функциональных периферийных модулей (таймеры, процессоры событий, контроллеры последовательных интерфейсов, аналого-цифровые преобразователи и др.), имеющих незначительные отличия в алгоритмах работы в МК различных производителей;

-       расширение числа режимов работы периферийных модулей, которые задаются в процессе инициализации регистров специальных функций МК.

При модульном принципе построения все МК одного семейства содержат процессорное ядро, одинаковое для всех МК данного семейства, и изменяемый функциональный блок, который отличает МК разных моделей.

Структура модульного МК приведена на рис. 2.1.

Модульная организация МК.

Рисунок 2.1 – Модульная организация МК

Процессорное ядро включает в себя:

-       центральный процессор;

-       внутреннюю контроллерную магистраль (ВКМ) в составе шин адреса, данных и управления;

-       схему синхронизации МК;

-       схему управления режимами работы МК, включая поддержку режимов пониженного энергопотребления, начального запуска (сброса) и т.д.

Изменяемый функциональный блок включает в себя

-       модули памяти различного типа и объема,

-       порты ввода/вывода,

-       модули тактовых генераторов (Г),

-       таймеры.

В относительно простых МК модуль обработки прерываний входит в состав процессорного ядра. В более сложных МК он представляет собой отдельный модуль с развитыми возможностями. В состав изменяемого функционального блока могут входить и такие дополнительные модули как компараторы напряжения, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и другие. Каждый модуль проектируется для работы в составе МК с учетом протокола ВКМ. Данный подход позволяет создавать разнообразные по структуре МК в пределах одного семейства.



*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.