Изучение архитектуры учебной микроЭВМ.

Практическая работа № 11

Цель работы:изучить архитектуру учебной микроЭВМ.

1.Электроная система- это любой электронный узел, блок, прибор или комплекс, производящий обработку информации.

2. Задача — это набор функций, выполнение которых требуется от электронной системы.

3.Быстродействие— это показатель скорости выполнения электронной системой ее функций.

4. Гибкость — это способность системы подстраиваться под различные задачи.

5.Избыточность— это показатель степени соответствия возможностей системы решаемой данной системой задаче.

6.Интерфейс — соглашение об обмене информацией, правила обмена информацией, подразумевающие электрическую, логическую и конструктивную совместимость устройств, участвующих в обмене. Другое название — сопряжение.

7.Микропроцессорная система (МПС) – информационная, измерительная, управляющая или другая специализированная цифровая система, включающая микроЭВМ и средства сопряжения с обслуживаемым объектом.

8.Имеется 2 подхода при разработке цифровых электронных схем:

1) на основе “жесткой” логики;

2) на основе программируемой логики.

9. Любая система на "жесткой логике" обязательно представляет собой специализированную систему, настроенную исключительно на одну задачу или (реже) на несколько близких, заранее известных задач. Это имеет свои бесспорные преимущества. Во-первых, специализированная система (в отличие от универсальной) никогда не имеет аппаратурной избыточности, то есть каждый ее элемент обязательно работает в полную силу (конечно, если эта система грамотно спроектирована).Во-вторых, именно специализированная система может обеспечить максимально высокое быстродействие, так как скорость выполнения алгоритмов обработки информации определяется в ней только быстродействием отдельных логических элементов и выбранной схемой путей прохождения информации. А именно логические элементы всегда обладают максимальным на данный момент быстродействием.

10. На основе программируемой логики.

АЛУ − арифметико-логическое устройство;

УУ − устройство управления;

ПЗУ − постоянная память;

ОЗУ − оперативная память;

Регистры − для хранения данных;

УУВВ − предназначено для связи с внешними устройствами.

11.Системы на "жесткой логике" хороши там, гдерешаемая задача не меняется длительное время, где требуется самое высокое быстродействие, где алгоритмы обработки информации предельно просты.

12. А универсальные, программируемые системы хороши там, где часто меняются решаемые задачи, где высокое быстродействие не слишком важно, где алгоритмы обработки информации сложные. То есть любая система хороша на своем месте.

13. Сформировалось несколько типов микропроцессорных систем, различающихся мощностью, универсальностью, быстродействием и структурными отличиями. Основные типы следующие:

· микроконтроллеры — наиболее простой тип микропроцессорных систем, в которых все или большинство узлов системы выполнены в виде одной микросхемы;

· контроллеры — управляющие микропроцессорные системы, выполненные в виде отдельных модулей;

· микрокомпьютеры — более мощные микропроцессорные системы с развитыми средствами сопряжения с внешними устройствами.

· компьютеры (в том числе персональные) — самые мощные и наиболее универсальные микропроцессорные системы.

14. Микроконтроллеры представляют собой универсальные устройства, которые практически всегда используются не сами по себе, а в составе более сложных устройств, в том числе и контроллеров.

15. Контроллеры, как правило, создаются для решения какой-то отдельной задачи или группы близких задач

16. Микрокомпьютер ы могут иметь средства хранения информации на магнитных носителях (например, магнитные диски) и довольно развитые средства связи с пользователем (видеомонитор, клавиатура). Микрокомпьютеры рассчитаны на широкий круг задач, но в отличие от контроллеров, к каждой новой задаче его надо приспосабливать заново. Выполняемые микрокомпьютером программы можно легко менять.

17. Компьютеры (в том числе персональные) — самые мощные и наиболее универсальные микропроцессорные системы.

18.Микропроцессор (МП)- это программно управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управление этим процессом, реализованное в одной ли нескольких БИС.

19. Микропроцессорная ЭВМ (или микроЭВМ)- это ЭВМ, включающая микропроцессор, полупроводниковую память, средства связи с периферийными устройствами и, при необходимости, пульт управления и блок питания, объединенные одной несущей конструкцией.

20. В зависимости от способа конструирования микроЭВМ делят на:

- однокристальные, выполненные на одном кристалле,

- одноплатные, реализованные на одной плате,

- многоплатные, когда микропроцессор и основная память располагаются на одной плате, средства связи с периферийными устройствами - на других.

21.Существует 2 класса микроЭВМ:

1. Универсальные;

2. Специализированные.

22.Универсальные микроЭВМ предназначены для решения широкого класса научных задач. Характерно высокое быстродействие, большой объем памяти, большой набор внешних устройств.

23. Специализированные микроЭВМ применяются для целей управления, контроля различных технологических объектов и систем. Имеются средства сопряжения с объектом (с внешними устройствами).

В МПС можно выделить микроконтроллер (МК). Для него характерно:

§ МК ориентированы на выполнение узкого класса задач управления и контроля различными объектами.

§ МК работает по одной программе, которая храниться в ПЗУ.

§ МК имеют простую схему команд, ориентированную на управление.

24.Программное обеспечение МПС (ПО МПС) - совокупность программ, которые находятся в памяти системы и реализуют алгоритм функционирования системы.

25. Основные части МПС:

· центральный процессор

· подсистема внутренней памяти

· подсистема ввода - вывода

· системная магистраль

· интерфейс (И)

§ микропрограммное управление − программы управления МП разрабатывает пользователь.

§ Объем адресуемой памяти

§ Быстродействие МП определяет скорость выполнения операций. С быстродействием связана тактовая частота МП.

§ Тип микроэлектронной технологии: ТТЛ, ТТЛШ, n-МОП, КМОП, ЭСЛ, И²Л.

26. Характеристики МП

Для сравнения процессоров между собой используют набор параметров:

· Разрядность обрабатываемых данных (8 ~ 64 разряда)

· В процессе работы МП взаимодействует с элементами системы. Каждому элементу присваивается свой номер (адрес). Множество адресуемых элементов, с которыми возможен обмен, носит название адресуемое (адресное) пространство (4 Gb).

· Тактовая частота (до 600 MHz)

· Микроэлектронные технологии, применяемые при изготовлении СБИС:

1. расстояние между проводниками на плате (0,5 - 0,35 микрон)

2. уровень интеграции - количество транзисторов на кристалле (порядка 10 млн)

3. рассеиваемая мощность (до 60 Вт)

4. размер кристалла (около 300 кв. мм)

5. число слоев металлизации платы (до 5 слоев)

· Тип устройства управления:

§ схемное управление − система команд неизменима, закладывается заводом-изготовителем;

27. Под архитектурой микропроцессорных устройств понимают совокупность следующих характеристик и параметров:

· разрядность адресов и данных;

· состав, имена и назначение программно доступных регистров;

· форматы и систему команд;

· режимы адресации памяти;

· способы машинного представления данных разного типа;

· структура адресного пространства;

· способы адресации периферийных устройств и средства выполнения операций ввода/вывода;

· классы прерываний, особенности инициирования и обработки прерывания.

· 28. Архитектура компьютера

29.Однако за последние десятилетия быстродействие универсальных (микропроцессорных) систем сильно выросло (на несколько порядков). К тому же большой объем выпуска микросхем для этих систем привел к резкому снижению их стоимости. В результате область применения систем на "жесткой логике" резко сузилась. Более того, высокими темпами развиваются сейчас программируемые системы, предназначенные для решения одной задачи или нескольких близких задач. Они удачно совмещают в себе как достоинства систем на "жесткой логике", так и программируемых систем, обеспечивая сочетание достаточно высокого быстродействия и необходимой гибкости. Так что вытеснение "жесткой логики" продолжается.

30. В качестве входных и выходных сигналовпри этом могут использоваться аналоговые сигналы, одиночные цифровые сигналы, цифровые коды, последовательности цифровых кодов.

Вывод:Я изучил архитектуру учебной микроЭВМ.