Mikrokontrollerite programmeerimine. Mikrokontrollerid (teema) Microcircuit, mis on ette nähtud elektrooniliste seadmete juhtimiseks

Mälu Microcontrolleri korraldamine
I / O pordid
Taimerid loendurid
Katkestama
Analoog-digitaalne konverter
Sideliidesed
  • Universaalne sünkroonne asünkroonne USART transiiver

Videokursus Mikrokontrollerite programmeerimiseks STM32

Mikroprotsessortarkvara ja juhitav seade, mis rakendab digitaalse teabe töötlemisprotsessi ja kontrollida neid. Mikroprotsessorit rakendatakse suurena (bis) või super-suur (SBI) integreeritud kiip. Mikroprotsessor teostab rolli protsessori digitaalsüsteemides erinevatel eesmärkidel.

Mikroprotsessori peamine omadus on töö loogika programmeerimise võimalus.

Mikrokontroller (MCU) - mikrotsircuit, mis on ette nähtud elektrooniliste seadmete juhtimiseks. Tüüpiline mikrokontroller ühendab protsessori funktsioone ja perifeersed seadmedVõib sisaldada RAM ja ROM. Sisuliselt on see üksik-lehtlik arvuti, mis on võimeline täitma lihtsad ülesanded. Ühe kiibi kasutamine kogu komplekti asemel, nagu personaalarvutites kasutatavate tavapäraste protsessorite puhul, vähendab märkimisväärselt mikrokontrollerite põhjal ehitatud seadmete suurust, energiatarbimist ja kulusid.

Mikroprotsessorisüsteem (MPS) See on funktsionaalselt valmis toode, mis koosneb ühest või mitmest seadmes, peamiselt mikroprotsessorist: mikroprotsessor ja / või mikrokontroller.

Mikroprotsessori seade (MPU) on funktsionaalne ja konstruktiivne valmis toode, mis koosneb mitmest mikrotsircuitist, mis sisaldab mikroprotsessori; Selle eesmärk on täita konkreetse funktsioone: vastuvõtmine, töötlemine, edastamine, teabe muundamine ja kontroll.

Mikroprotsessorisüsteemide peamised eelised Võrreldes digitaalsete süsteemidega "kõva loogika" kohta.

  • Multifunktsionaalsus: suur kogus Funktsioonide saab rakendada ühe elemendi andmebaasis.
  • Paindlikkus: rakendamise mikroprotsessori programmi korrigeerimise ja muutmise võimalus erinevad režiimid Süsteem töötab.
  • Kompaktne: kiibi miniatuursed mõõtmed ja nende koguse vähendamine võrreldes "jäiga loogika" rakendamisega võimaldab teil vähendada seadme mõõtmeid.
  • Suurenenud müra immuunsus: Seadme usaldusväärsuse parandamiseks aitab kaasa vähem sidemehhanisme.
  • Tulemuslikkus: võime rakendada suuri töösagedusi ja keerukamaid teabe töötlemise algoritme.
  • Teabe kaitse: võime kaitsta mikroprotsessori programmi lugemisest võimaldab teil kaitsta autoriõiguse arendajaid.

Kuigi mikroprotsessor on digitaalse teabe töötlemise universaalne vahend, nõuavad eraldi taotlused nende struktuuri ja arhitektuuri teatud eri variantide rakendamist. Seetõttu eraldatakse kaks klassi funktsionaalse märgiga: mikroprotsessorid Üldine otstarve ja spetsialiseerunud mikroprotsessorid. Spetsiaalsete mikroprotsessorite hulgas olid mikrokontrollerid kõige laialdasemalt jaotatud, mille eesmärk on teostada erinevate objektide ja digitaalsignaaliprotsessorite juhtfunktsioonide (DSP - digitaalsignaali protsessori) juhtfunktsioonid, mis keskenduvad vajaliku konversiooni andva menetluste rakendamisele analoogsignaalidesitatud digitaalses vormis.

Mittetäielik loetelu välisseadmete, mis võivad esineda mikrokontrollerites, sisaldab:

  • erinevad I / O liidesed, nagu UART, I²C, SPI, saab, USB, Ethernet;
  • analoog-digitaalsed ja digitaalsed analoogmuundurid;
  • võrdlused;
  • latitedinal ja impulsi modulaatorid;
  • taimerite loendurid;
  • kella sageduse generaator;
  • kuvarite ja klaviatuuride kontrollerid;
  • integreeritud välkmälu massiivid.

Mikroprotsessori ja perifeersete seadmete ühe kristallide esitamise idee kuulub inseneridele M. Kochen ja G. Bun, Texas Instruments töötajatele. Esimene mikrokontroller oli Texase instrumentidest 4-bitine TMS1000, mis sisaldas RAM-i (32 baiti), ROM (1 KB), kella ja tuge I / O. Välja antud 1972. aastal, tal oli uus viis uute juhiste lisamiseks uute juhiste lisamiseks.

1976. aastal (5 aastat pärast esimese mikroprotsessori loomist) ilmus esimene mikrokontroller intelLisaks kesksele protsessorile oli 1 kilobaiti mälumälu programmid, 64 andmemälu baiti, kaks kaheksa-bitist taimerit, kella generaatorit ja 27 I / o sadamaid. Magnehox Odyssey mängukonsooli konsooli eesliidetes kasutati MAGNAVOX ODYSSEY mängukonsoolikonsoolide mikrokontrollerites ja mitmetes teistes seadmetes.

Täna seas suured tootjad Mikrokontrollereid tuleb mainida atmel, mikrokiip, sticroelectronics, Texas Instruments, Freescale Semiconductor, NXP jne.

Mikrokontroller - See on spetsiaalne mikrotsircuit, mille eesmärk on juhtida erinevaid elektroonilisi seadmeid. Mikrokontrollerid ilmusid kõigepealt samal aastal kui üldised mikroprotsessorid (1971).

Mikrokontrolleri arendajad on välja tulnud vaimukas idee - ühendage protsessor, mälu, rom ja perifeeria ühel juhul väliselt sarnane tavalise kiibiga. Sellest ajast alates on mikrokontrollerite tootmine igal aastal mitu korda suurem kui töötlejate tootmine ja nende vajadus ei ole vähendatud.

Mikrokontrollerid toodavad kümneid ettevõtteid ja mitte ainult kaasaegseid 32-bitisi mikrokontrollereid, vaid ka 16 ja isegi 8-bitist (nagu I8051 ja analoogid). Iga pere sees saate tihti leida peaaegu samad mudelid, mis erinevad CPU kiirusest ja mälumahast.

Mikrokontrollerid reeglina ei tööta üksi, vaid on õmblusteta, kus lisaks selle juurde on ühendatud ekraanid, klaviatuuri sisendid, erinevad andurid jne.

Mikrokontrolleri tarkvara võib meelitada tähelepanu nendele, kes armastavad "Chase Bitti", nagu tavaliselt mälu mikrokontrollerites on 2 kuni 128 KB. Kui vähem, siis kirjutage kokkupanekule või Forte'ile, kui on olemas võimalus, kasutate Beysik, Pascal, kuid enamasti - SI erilisi versioone. Enne lõpuks programmeerige mikrokontrollerit, testitakse see emulaatorid - tarkvara või riistvara.

Küsimus võib tekkida: mikroprotsessor ja mikrokontroller on lihtsalt sama seadme nimi, või kas see on kõik samad erinevad asjad?

Mikroprotsessor See on mis tahes arvuti keskne seade, mis on valmistatud integreeritud tehnoloogia abil. Nimi ise soovitab, et see on arvutusprotsessid. Selleks, et arvuti sellest, isegi kui mitte väga kaasaegne ja võimas (mäletan amatöör struktuure raadio 86 või Sinclair), tuleb seda täiendada väliste seadmetega. Esiteks on see RAM ja sadamad teabe väljundisse sisenemiseks.

Mikrokontrolleril on protsessor, RAM, mälumälu ja lisaks sellele on kogu perifeersete seadmete kogum, mis muudavad protsessori täisfunktsionaalseks arvutiks. Nõukogude aegade vana terminoloogia sõnul nimetati selliseid seadmeid ühe kristalli mikroarvutina. Aga Nõukogude arvutamise tehnikat, nagu te teate, läks ummikusse ja sellega ja Omeviga.

Ülemeredepartemangu tehnika ei olnud veel seista, nii et OMES sai tuntuks kontrolleritena (inglise keelest. Juhtimine - juhtimine, kontroll). Ja tegelikult on kontrollerid osutusid väga sobivaks erinevate tehnikate haldamiseks, mitte isegi väga raskeks.

Mikrokontroller ei ole enam protsessor, kuid mitte arvuti.

Iga arvuti olemasolev keskne protsessor on peamine kalkulaator. Kuigi arvuti ei ole mõeldud eranditult arvutikoormuse jaoks, on protsessor seda peaelemendiga. Kuid mitte ainult arvutil on protsessor.

Kui te arvate ja vaatate, leiate, et töötlejaid kasutatakse enamikus kodumasinates. Ainult sellised protsessorid ei ole nii arvutis, vaid mikroprotsessoreid ja isegi mikrokontrollereid.

Mis on mikrokontroller ja mis erineb tegelikust protsessorist või on see täiesti erinevad elektroonilised komponendid?

Suured integreeritud kiibid või kiibid suure integratsiooni ja töötlejatega. Mikroprotsessorid on sisuliselt samad protsessorid, kuid eesliide "Micro" tõttu määrata nende olemus, et nad on oma "suure" mehe miniatuurne. Selle ajaloolise aja jooksul võib protsessor oma suurusega mitte ühe ruumi võtta, see sobib, et helistada neid makroprotsessorite väljasurnud dinosaurusteks, et nad oleksid kuidagi lihtsustatud kaasaegses elektroonika kontseptsioonis.

Mõõtmetes vähendatud ja paigutatud protsessor võtab vähem ruumi ja seda saab paigutada kompaktsemaks tooteks, see on mikroprotsessor. Kuid protsessor ise on vähe suutma teha, välja arvatud andmed registrite ja nende vaheliste aritmeetiliste ja loogiliste meetmete edastamiseks.

Selleks, et mikroprotsessor andmete mällu salvestada, peab see mälu olema olemas kas kristallil, millele töötleja element ise asub või ühendada eraldi kristallina või mooduli välise RAM-ga.

Lisaks mälule peab protsessor suhtlema väliste seadmetega - perifeeria. Vastasel juhul, millist kasu saab oodata töötleja toimimisest, nende andmete segamist ja liigutamist seal ja siin. Tähendus tekib siis, kui protsessor suhtleb I / O seadmetega. Arvutil on klaviatuur, hiire manipulaatori ja kuvaseadmete kuvamise seadmed, valikuliselt printer ja näiteks skanner uuesti sisestamiseks.

I / O-seadmete juhtimiseks on kindlasti vajalikud puhverskeemid ja elemendid kindlasti vajalikud. Nende põhjal rakendatakse liidese nn riistvara. Meetodid liideseelementide suhtlemiseks hõlmab I / O sadamate olemasolu, aadressi dekoodereid ja rehvide moodustajaid puhverskeemidega, et suurendada mikroprotsessori kandevõimet.

Integreerimine protsessori kõik vajalikud täiendavad elemendid selleks, et toode valatakse mõnda lõpetatud konstruktiivse ja põhjustab moodustumise mikrokontroller. Mikrokrupid või mikrokontrolleri kiip rakendab ühe kristalli protsessori ja liidese ahelaid.

Täieliku toote ehitamiseks on piisav iseseisev kiip, mis sisaldab peaaegu kõike, mis sisaldab peaaegu kõik, et ehitada täielik toode ja tüüpilise mikrokontrolleri näide on näide. Näiteks randme elektrooniline kell või äratuskell on mikrokontrolleri sees, mis rakendab kõiki sellise seadme funktsioone. Eraldi perifeersed seadmed on ühendatud otse mikrokontrolleri kiibi jalgadega või täiendavad elemendid või mikrotsircuid jagatakse väikese või keskmise integratsiooniga.

Mikrokontrollereid kasutatakse laialdaselt toodetes, mis sisaldavad kogu süsteemi täielikult ühes miniatuurne mikrotsircuit, mida sageli nimetatakse microSite'iks. Näiteks "Chip" krediitkaart sisaldab mikrokontrollerit sees sees plastikust alusel. Ka sees sisaldab mikrokontrollerit. Ja mikrokontrollerite kasutamise ja kasutamise näited on kaasaegses maailmas nii ulatuslikud, mida on lihtne tuvastada kontrolleri kohalolekut igasuguse vähe vähem intelligentse seadmega laste mänguasjadest traadita peakomplekt Mobiiltelefon.

Mõtle ka meie saidile:

Vaadake ka Selivanovi makchima õppevideo kursusi: Selivanov MAKCHIMA:

Kanad neile, kes on juba tuttavad elektroonika ja programmeerimise põhialuste põhitõdesid, kes teavad elektrooniliste komponentide kogumist lihtsad skeemid, Ma tean, kuidas hoida jootmise rauda ja tahab minna kvalitatiivselt uuele tasemele, kuid pidevalt lükkab selle ülemineku tõttu raskusi uue materjali arendamisel.

Kursus on imeline ja need, kes alles hiljuti läbinud esimesed katsed uurida programmitöö mikrokontrollerite, kuid see on juba valmis loobuma kõike alates sellest, mida ta ei tööta ega toimi, kuid mitte nii, nagu ta vajab (tuttav?!).

Kursus on kasulik ja need, kes juba lihtsad (ja mitte väga) skeemid mikrokontrollerite kohta, kuid halvasti mõistavad, kuidas mikrokontroller töötab ja kuidas see väliste seadmetega suhtleb.

Kursus on pühendunud koolituse programmide mikrokontrolleritele SI keeles. Kursuse eristusvõime on keele uuring väga sügaval tasemel. Koolitus toimub AVR-mikrokontrollerite näitel. Kuid põhimõtteliselt sobib see neile, kes kasutavad teisi mikrokontrollereid.

Kursus on mõeldud valmis kuulaja jaoks. See tähendab, et arvutiteaduse ja elektroonika ja mikrokontrollerite põhiteate ei arvestata. Aga see oleks vaja kapten muidugi vaja minimaalne teadmised programmeerimine AVR mikrokontrollerite mis tahes keeles. Elektroonika teadmised on soovitatavad, kuid mitte kohustuslikud.

Kursus on ideaalne neile, kes lihtsalt hakkasid õppima aVR programmeerimine Mikrokontrollerid keeles C ja tahab süvendada oma teadmisi. Noh sobib neile, kes teavad, kuidas programmeerida mikrokontrollereid teistes keeltes. Ja see sobib endiselt tavalistele programmeerijatele, kes soovivad süvendada teadmisi C-keeles.

See kursus neile, kes ei taha piirata nende arendustegevuse lihtsaid või valmis näiteid. Kursus on ideaalne neile, kes on oluline luua huvitavaid seadmeid, millel on täielik arusaam sellest, kuidas nad töötavad. Kursus sobib hästi neile, kes on juba tuttavad mikrokontrollerite programmeerimisega SI keeles ja need, kes on neid kaua programmeerinud.

Kursuse kulg keskendub peamiselt kasutustavale praktikale. Arvesse loetakse järgmisi teemasid: raadiosageduste identifitseerimine, heli taasesitus, traadita andmevahetus, töötamine värvi TFT-ekraanidega, puuteekraan, töötage koos faili süsteem Fat SD-kaart.

20. sajandi 70-ndatel aastatel esitasid teadlased revolutsioonilise idee mikroprotsessori loomisele, "mõistmisele" ainult võimaliku arvu meeskondade arv.

RISC-i protsessori plaan (vähendatud juhendamine Arvuti, vähendatud meeskondade arvuga arvuti) sündis meeskondade kasutamise sageduse praktilise uurimise tulemusena Ameerika Ühendriikide ja Inglismaa 70ndatel läbiviidud programmeerijate poolt. Nende otsene tulemus on kuulus "reegel 80/20": 80% tüüpilisest rakenduskoodist kasutatakse ainult 20% kogu olemasoleva komplekti lihtsamatest käskidest.

Esimene "reaalne" RISC protsessor 31 võistkonnaga loodi DAVID PATTERSONi juhendamisel Berkeley ülikoolist, seejärel järgnes protsessorile 39 võistkonna komplekti. Nad sisaldasid 20-50 tuhat transistorit. Pattersoni puuviljad kasutasid Sun Microsystemsi firma, mis arendas SPARC arhitektuuri 70-ndate aastate lõpus 75 võistkonnaga. 1981. aastal algas Stanfordi ülikoolis RISC-protsessori vabastamise projekt 39 võistkonnaga. Selle tulemusena asutati MIPS arvuti Corporation 1980. aastate keskel ja 74 võistkonnaga ehitati järgmine protsessor.

Vastavalt sõltumatu IDC firma, 1992. SPARC arhitektuuri hõivatud 56% turust, seejärel järgnes MIPS - 15% ja PA-RISC - 12,2%

Umbes samal ajal on Intel välja töötanud IA-32 perekonnas viimaste "tõsi" CISC-protsessorite seeria 80386. Viimase aja parandamise tulemuslikkuse saavutamist saavutati ainult protsessori arhitektuuri keerulisena: 16-bitisest muutumisest 32-bitiseks toetas täiendavaid riistvarakomponente virtuaalse mälu ja lisati mitmeid uusi käske.

RISC-protsessorite põhijooned:

Lühendatud käsud (80 kuni 150 käsku).

Enamik meeskondi toimub 1 takti jaoks.

Suur hulk üldotstarbelisi registreid.

Jäikade mitmekesiste konveierite olemasolu.

Kõik käsud on lihtne formaat ja vähe pöördumismeetodeid kasutatakse.

Olemasolu ruumikas eraldi vahemälu.

Lähtekoodi analüüsivate kompileerite optimeerimise optimeerimise ja osaliselt käskude järjekorra muutmiseks.

3. põlvkonna RISC-protsessorid

Suurimad RISC protsessori arendajad loetakse Sun Microsystems (SPARC arhitektuur - Ultra Sparc), IBM (Power Multi-shisty protsessorid, ühe kiibiga PowerPC - PowerPC 620), digitaalvarustus (alfa-alpha 21164), MIPS tehnoloogiate (RXX00 - R 100,000 Perekond) ja Hewlett-Packard (PA-RISC-PA-8000 arhitektuur).

Kõik kolmanda põlvkonna RISC protsessorid:

on 64-bitine bitt ja üliõppes (mitte vähem kui 4 võistkonda takti kohta);

on sisseehitatud konveierplokid ujuva punkti aritmeetika;

neil on mitmetasandiline vahemälu. Enamik RISC protsessorite vahemälu eelnevalt dekodeeritud käske;

need on valmistatud CMOS-tehnoloogias 4 metalliseeriva kihiga.

Andmete töötlemiseks rakendatakse harude dünaamilise prognoosi algoritmi ja registrite ümberpaigutamise meetodit, mis võimaldab teil rakendada käskude erakorralist täitmist.

RISC-protsessorite jõudluse suurenemine saavutatakse kristallskeemi kellasageduse ja komplikatsiooni suurendamisega. Esindajad esimeses suunas on alfa protsessorid ettevõtte DEC, kõige raskem jääb Hewlett-Packard protsessorid.

RISC-arhitektuuri masina käskude kogumi vähendamine võimaldas arvutamistulekskristallide arvutamiseks suur hulk üldotstarbelisi registreid. Üldotstarbeliste registrite arvu suurendamine võimaldas minimeerida juurdepääsu aeglasele RAM-ile, jättes RAM töötama RAM-iga ainult andmete lugemiseks RAM-iga registreerimiseks ja andmete salvestamiseks RAM-i registrist, kõiki teisi masina käske kasutatakse operandidena eesmärgi registrid.

RISCi arhitektuuri peamised eelised on järgmised omadused:

Suur hulk üldotstarbelisi registreid.

Kõigi mikroetantside universaalne vorm.

Võrdse aja tegemiseks kõikide masina käsud.

Peaaegu kõik tehingud andmeedastuse tehingud viiakse läbi marsruudi register - Register.

Võrdse aja täitmise kõikide masina käsud võimaldab teil töödelda käsujuhiste voolu konveieri põhimõttel, st Riistvara osade sünkroonimine toimub, võttes arvesse kontrolli järjestikku edastamist ühest riistvara plokist teise.

Riistvara plokid RISC-arhitektuuris:

Juhendi laadimisüksus sisaldab järgmisi komponente: juhiste mälukorralduse juhendist, juhiste register, kus juhend on paigutatud pärast proovi ja juhiste dekodeerimisüksus. Seda etappi nimetatakse juhiste proovivõtustaadiumis.

Üldotstarbelised registrid koos registri kontrollplokkidega moodustavad konveieri teise etapi, mis vastutab juhendamise operandi lugemise eest. Operandid saab salvestada juhistes ise või ühes üldotstarbelises registrites. Seda etappi nimetatakse operandi valimi etapiks.

Aritmeetiline loogiline seade ja kui see arhitektuur on rakendatud aku, koos juhtimisloogikaga, mis põhineb juhiste registri sisu põhjal mikro-tööliigi. Andmeallikas lisaks juhiste registrile võib olla käsk loendur, kui tegemist on tingimuslike või tingimusteta ülemineku mikroperatsioone. Seda etappi nimetatakse konveieri täitevfaasiks.

Üldotstarbeliste registrite kogum, salvestusloogika ja mõnikord RAM-i moodustavad andmete salvestamise taset. Selles etapis registreeritakse juhiste tulemused üldotstarbelistes registrites või põhikasse.

RISCi arhitektuuri arendamise ajaks oli SISCi arhitektuuri põhimõttel tehtud intel X86 arhitektuur mikroprotsessoride tööstusstandardis de facto. Intel X86 arhitektuuri all kirjutatud suurte programmide olemasolu tegi RISC-arhitektuurile võimatu massiivne arvuti üleminek. Sel põhjusel oli RISC-arhitektuuri peamine valdkond mikrokontrollerite tõttu, kuna need ei olnud seotud olemasoleva tarkvaraga. Lisaks mõned EMM tootjad juhivad IBM ka hakkas toota arvutid ehitatud RISC arhitektuuri, aga vastuolu tarkvara Intel X86 ja RISC arhitektuuri suuresti piiratud selle levikuga viimane.

Kuid RISCi arhitektuuri eelised olid nii olulised, et insenerid leidsid viisi, kuidas minna RISCi arhitektuuri kalkulaatoritele, samas kui tarkvara olemasolust keeldumata jätta. Kernel kõige kaasaegsemad mikroprotsessorid, mis toetavad Intel X86 arhitektuuri poolt RISC-arhitektuuri poolt mitmekaarone konveieri töötlemise toega. Mikroprotsessor saab Intel X86 sisendisse juhise, asendades selle mitme (kuni 4) RISCi juhisega.

Seega on kõige kaasaegsemate mikroprotsessorite südamikud alustades Intel 486DX-i poolt RISC-arhitektuuriga, millel on toetus välise Inteli X86 liidese toega. Lisaks valdav enamus mikrokontrollerid, samuti mõned mikroprotsessorid on valmistatud RISC arhitektuuri.

Kaasaegses RISC-protsessoris kasutatakse sageli vähem kui 32 registrit, sageli

rohkem kui 100, samas klassikalises TSMMis tavaliselt 8-16 üldregistrid

sihtkoht. Selle tulemusena protsessor on 20% -30% vähem sageli viitab

rAM, mis tõstatas ka andmete töötlemise kiirust. Pealegi

minema suur number Registrid lihtsustab kompilaatori tööd muutujate all olevate registrite jaotamise kohta. Ühe integraallülituse vormis teostatud protsessori topoloogia lihtsustati selle arengu ajastus vähendati, muutusid odavamaks.

Pärast WISC-protsessorite välimust saadi traditsioonilised töötlejad

cISC nimetus - see on koos täieliku käskude komplektiga (täielik juhend arvuti).

Praegu on RISC-protsessorid olnud laialt levinud. Kaasaegsed RISC-protsessorid iseloomustavad

järgmine:

lihtsustatud meeskondade kogum;

kasutatakse fikseeritud pikkusega ja fikseeritud vormi käske,

lihtsad võimalused tegeleda, mis võimaldab teil lihtsustada dekodeerimiskäskude loogikat;

enamik käske viiakse läbi protsessori ühe tsükli jaoks;

loogika käsude täitmine tootlikkuse suurendamiseks

keskendunud riistvarale ja mitte püsivara rakendamisele,

makro makro ei ole protsessori struktuuri keerulisemaks ja

selle töö vähendatud kiirus;

rAM piirdub toimingutega

andmete ülekanne;

töötlemiseks kasutatakse reeglina kolme tärni meeskondi

lisaks dekrüpteerimise lihtsustamisele võimaldab säilitada rohkem

muutujate arv registriteta ilma nende hilisema taaskäivitamiseta;

loodud konveieri käsud, mis võimaldab töödelda mitu neist

üheaegselt;

suure hulga registrite olemasolu;

kasutatud kiire mälu.

RISC-protsessoris on masina käsu töötlemine jagatud

mitmed sammud, iga etapp teenindab individuaalset riistvara

fondid ja organiseeritud andmete edastamine ühest etapist teise.

See tootlikkus suureneb tingitud asjaolust, et samal ajal tehakse mitmeid käske konveieri erinevatel etappidel.

Tüüpilise meeskonna täitmist saab jagada järgmistesse etappidesse:

proovide võtmine IF - käsuarvesti määratud aadressil laaditakse käsk mälust välja;

3) ex operatsiooni täitmine, kui see on vajalik, et viidata mälu - füüsilise aadressi arvutamine;

4) Apense mulle mälu mind;

5) meenutades tulemuse WB

RISC-arhitektuuri protsessoris vähendatakse käivitatavate käskude komplekti miinimumini. Keerukamate toimingute rakendamiseks peate käskude kombineerima. Sellisel juhul on kõigil käsudel fikseeritud pikkusega formaadis (näiteks 12, 14 või 16 bitti), mälust ja selle täitmise käskude valik toimub ühes sünkroniseerimise ühes tsüklis (taktitukt). RISC protsessori käsu süsteem hõlmab kõigi protsessoriregistrite võrdse kasutamise võimalust. See annab täiendava paindlikkuse mitmete toimingute tegemisel. MK RISC protsessor sisaldab AVR AVR AVR, MK PIC16 ja Pic17 Microchip ja teised.

Esmapilgul peaks MK RISC protsessoriga olema suurem jõudlus võrreldes Cisc MK-ga sisemise maanteel sama kella sagedusega. Praktikas on toimivuse küsimus keerulisem ja ebaselge.

Joonis.2

Harvardi arhitektuuri peaaegu ei kasutati enne 70ndate lõpuni, samas kui MK tootjad ei mõistnud, et see annab arendajatele teatud eeliseid autonoomsed süsteemid Kontroll.

Fakt on see, et parlamendiliikmete kasutamise kogemuse hindamine erinevate objektide juhtimiseks, enamiku juhtimisalgoritmide rakendamiseks selliste tausta-Nimanovi arhitektuuri eelised kui paindlikkus ja mitmekülgsus ei ole olulised. Analüüs reaalsed programmid Juhtkond näitas, et vahepealsete tulemuste salvestamiseks kasutatava MK-andmete mälu on tavaliselt suurusjärgus vähem kui vajaliku programmi mälu. Nende tingimuste kohaselt viitas ühe aadressiruumi kasutamine käskude vormi suurendamisse, suurendades operataranide lahendamiseks tekkinud heitmete arvu. Eraldi väikese andmete kasutamine andmemahu jooksul on aidanud kaasa käsujõudude vähendamisele ja kiirendada andmete salvestamist andmemällu.

Lisaks pakub Harvardi arhitektuur potentsiaalselt rohkem suure kiirusega Programmi rakendamine võrreldes Neumanovskaya taustaga paralleelsete operatsioonide rakendamise võimaluse tõttu. Järgmise käsu valimine võib toimuda samaaegselt eelmise ühega ning protsessor ei ole käsu proovide võtmise ajal peatada. See rakenduseeskirjade meetod võimaldab tagada erinevate käskude täitmise sama arvu kellade jaoks, mis võimaldab programmi tsüklite ja kriitiliste osade täitmise aega hõlpsasti kindlaks määrata.

Enamik kaasaegse 8-bitise MK tootjatest kasutavad Harvardi arhitektuuri. Harvardi arhitektuur ei ole siiski piisavalt paindlik, et rakendada mõningaid programmi protseduure. Seetõttu tuleks eri arhitektuuride kohaselt tehtud MK võrdlus teha konkreetse taotluse osas.

Hea päev Lugupeetud raadio amatöörid!
Tervitused saidil saidil ""

Mikrokontrollerid

Mikrokontroller (Micro Controller Unit, MCU) - microcircuit, mille eesmärk on juhtida elektroonilisi seadmeid (Vt joonis 1a). Tüüpiline mikrokontroller ühendab protsessori ja välisseadmete funktsioonid, sisaldab funktsioone Oz (Operatsiooniline salvestusseade) või Rom (Pidev salvestusseade). Sisuliselt on see väike arvuti, mis suudab teatud ülesandeid täita.

Kasutamine "võimas" arvutiseade kaasaegses mikrokontrolleris, mis on ehitatud ühele kiibile kogu komplekti asemel, vähendab oluliselt selle baasil loodud instrumentide suurust, energiatarbimist ja maksumust. Mikrokontrollereid võib leida peaaegu igas kaasaegses elektroonilises seadmes: mobiiltelefonid, foto- ja videokaamerad, kalkulaatorid, tunde, telerid, meediamängijad, arvutid, tööstuslikud, autotööstuse, sõjavarustuse ja isegi elektriveekanalitega.

Praeguseks on suur hulk mikrokontrollereid erinevad tüübid. Arendajad on populaarsus mikrokontrollerid Rs Microchip tehnoloogia, samuti AVR ja käsi. Atmel Corporation. Mikrokontrolleri sundimiseks ülesannete täitmiseks tuleb seda programmeerida konkreetse programmi abil. Tavaliselt on see seotud kontseptsioon ja sisaldab laiendiga faili. Hex. Sagedamini nimetatakse seda programmi "püsivara" (püsivara). Erinevad mikrokontrollerid on kirjalikud püsivara. Iga püsivara sisaldab masina koode, mis mõistavad mikrokontrollerit. Kuid isikule on raske meeles pidada juhtide ja masina koodide vastavust. Seetõttu on programm esmakordselt kirjutatud mõne keelegaprogrammeerimine (kokkupanek, c) ja seejärel kantakse üle kontrolleri masina koode kasutades tõlkija programmi.

Samuti on programmide kirjutamiseks spetsiaalne tarkvara. Näiteks Winavr kasutatakse AVR püsivara arendamiseks, millel on kõik vajalikud vahendid: kompilaator (keeltes C ja C ++), programmeerija, siluri, toimetaja jne. WAVVRi kasutatakse laialdaselt üle kogu maailma, nii armastajad kui ka spetsialistid. PIC-mikrokontrolleri püsivara loomiseks saate CCS-i PCWHD-d kasutada (pic kompilariga) - C kompilaator S. Sama, mis eelmise tarkvara sisaldab kõike, mida vajate mikrokontrollerite programmeerimiseks.
Selleks, et "Flash" mikrokontroller, on vaja programmeerija (vt joonis 16). See on tarkvara ja riistvara kompleks, mis koosneb otse seadmega, mis ühendab mikrokontrollerit arvutiga ja programmi, mis juhib seadet. Programmeerija siseneb oma mälu mikrokontrolleri jaoks valmis programmi. Programmeerijat saab osta või koguda ennast.

On eraldi programmeerijad erinevat tüüpi mikrokontrollerid, samuti universaalsed, mis on võimelised vilkuma enamik neist kiibidest. Üks viimaste programmeerijate minimaalne miinused on kõrge hind.

Klassifikatsioon ja struktuur mikrokontrollerid. Mikrokontrolleri protsessori südamiku struktuur, selle tulemuslikkuse peamised omadused. Protsessorumi mooduli arhitektuur, integreeritud mälu suurus ja tüüp, perifeersete seadmete kogum, korpuse tüüp.

Saada oma hea töö teadmistebaasis on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Õpilased, kraadiõppurid, noored teadlased, kes kasutavad oma õpingute teadmistebaasi ja töötavad, on teile väga tänulikud.

  • Sissejuhatus
    • 2. Eriline osa
    • 2.2 RISCi arhitektuur.
    • 2.3 Microcontroller S.Risc arhitektuur
    • Järeldus

Sissejuhatus

Mikrokontroller (MCU) on mikrotsircuit, mis on ette nähtud elektrooniliste seadmete juhtimiseks. Tüüpiline mikrokontroller ühendab protsessori ja välisseadmete funktsioonid võivad sisaldada RAM ja ROM-i. Sisuliselt on see ühe kiibi arvuti, mis on võimeline täitma lihtsaid ülesandeid. Ühe kiibi kasutamine kogu komplekti asemel, nagu personaalarvutites kasutatavate tavapäraste protsessorite puhul, vähendab märkimisväärselt mikrokontrollerite põhjal ehitatud seadmete suurust, energiatarbimist ja kulusid. Mikrokontrollerid on sisseehitatud süsteemide ehitamise alus, neid võib leida paljudes kaasaegsetes seadmetes, nagu telefonid, pesumasinad jne. Termin "mikrokontroller" (MK) ümberasutud eelnevalt kasutatud termin "ühe saba mikro-arvuti" tarbimisest. Esimene patent ühe kiibi mikro-arvuti väljastati 1971. aastal Inseneride M. Kochen ja G. Bun, Texas Instruments töötajad. See oli need, kes pakkusid ühel kristallis mitte ainult mikroprotsessorit, vaid ka mälu, I / O seadmeid. Ühe kiibiga mikro-arvuti tekkimisega on arvuti automatiseerimise ajastu juhtimise valdkonnas siduv. Ilmselt see asjaolu ja määratakse mõiste "mikrokontroller" (juhtimine). 1979. aastal töötas NII TT välja ühe kiibi 16-bitise arvuti K1801V1, mille arhitektuuri nimetati "NC Electronics". 1980. aastal toodab Intel I8048 mikrokontrolleri. Veidi hiljem, samal aastal, toodab Intel järgmise mikrokontrolleri: I8051. Edukas perifeersete seadmete komplekt, välise või sisemise tarkvaramälu paindliku valiku võimalus vastuvõetav hind Andis selle mikrokontrolleri edu turul. Tehnoloogia vaatenurgast oli mikrokontroller I8051 väga keeruline toode selle aja jooksul - kristallis kasutati 128 tuhat transistorit, mis 4 korda ületas 16-bitise I8086 mikroprotsessori transistorite arvu.

1. Üldosa

1.1 Mikrokontrollerite klassifikatsioon ja struktuur

Praegu toodetakse mitmeid MK tüüpi tüüpi. Kõik need seadmed saab jagada kolme peamise klassi:

8-bitine MK sisseehitatud rakenduste jaoks;

16 - ja 32-bitine MK;

digitaalsignaali töötlejad (DSP).

Kõige tavalisem esindaja MK pere on 8-bitised seadmed laialdaselt tööstuses, majapidamises ja arvutitehnika. Nad on läbinud nende arengu tee lihtsamate seadmetega suhteliselt vähearenenud perifeeriaga kaasaegsete multifunktsionaalsete kontrolleritega, mis tagavad keeruliste reaalajas juhtimisalgoritmide rakendamise. 8-bitise MK elujõulisuse põhjus on kasutada neid tõeliste objektide haldamiseks, mida kasutatakse peamiselt ülekaaluse algoritme loogikaoperatsioonid, töötlemise määr on praktiliselt sõltumatu protsessori heakskiidu.

8-bitise MK populaarsuse suurenemine aitab kaasa selliste tuntud ettevõtete toodetud tootevaliku pidevale laiendamisele nagu Motorola, Mikrokiip, Intel, Zilog, Atmel ja paljud teised. Modern 8-bitine MK omab reeglina mitmeid eristusvõimeid. Me loetleme peamised:

modulaarne organisatsioon, milles number (joon) MK erineb ühe protsessori kerneli (keskprotsessori) alusel erinevad andmemälu, perifeersete moodulite komplekt, sünkroniseerimissagedus;

mK suletud arhitektuuri kasutamine, mida iseloomustab aadresside ja andmete puudumine MK korpuse väljundite kohta. Seega on MK täielik andmetöötlussüsteem, mis suurendab võimalusi, mille kasutavad paralleelseid maanteede aadressi ja andmeid ei ole oodata;

tüüpiliste funktsionaalsete perifeersete moodulite kasutamine (taimerid, ürituste töötlejad, seerialiideste kontrollerid, analoog-digitaalsed muundurid jne), millel on erinevate tootjate MK töötavate algoritmide erinevused;

perifeersete moodulite töörežiimide arvu laiendamine, mis on määratletud MK erifunktsioonide registrite initsialiseerimise protsessis.

Modulaarse konstruktsiooni põhimõttega sisaldavad kõik ühe pere MK protsessori südamik, sama perekonna MK-ga ja muutuva funktsiooni plokk, mis eristab Mk eri mudelite. Protsessor kernel sisaldab: protsessor; sisemine kontroller (VKM) aadressi, andmete ja kontrolli rehvi osana; Sünkroonimisskeem MK; MK töörežiimi juhtimissüsteem, sealhulgas madala võimsusega režiimide toetamine, esialgne käivitamine (lähtestamine) jne.

Muutuv funktsionaalne plokk sisaldab mälumooduleid eri liiki ja maht, I / O sadamad, kella generaatori moodulid, taimerid. Suhteliselt lihtsas MK-s on katkestusmoodul osa protsessori kerneli osa. Keerama MK-s on see eraldi moodul täiustatud funktsioonidega. Muutuva funktsiooni plokk võib sisaldada selliseid täiendavaid mooduleid pinge võrdlusvõrdsetena, analoog-digitaalsete muunduritena (ADCS) ja teised. Iga moodul on mõeldud töötama osana MC, võttes arvesse VKM protokolli. Selline lähenemine Võimaldab luua mitmesuguseid MC struktuure ühe pere.

1.2 Mikrokontrolleri protsessori kerneli struktuur

Peamised omadused, mis määravad MK protsessori kerneli jõudluse on:

komplekt registreerib vaheandmete salvestamiseks;

protsessori käsu süsteem;

mäluruumi operandi käsitlemise meetodid;

meeskonna proovide võtmise ja täitmise korraldamine.

Alates vaatenurgast süsteemi käsud ja meetodid tegelemise operandid, protsessori tuum kaasaegse 8-bitine MK rakendab ühte kahest ehitusprotsessorite põhimõttest:

cISC-arhitektuuriprotsessorite rakendavad nn täielikku käsu süsteemi (keeruline juhendamine arvuti);

rISC-arhitektuuri protsessorid rakendavad vähendatud käsu süsteemi (vähendatud juhiseid seadistatud arvuti).

CISC protsessorid täidavad suure hulga meeskondi arenenud aadressivõimsustega, andes arendajale võime valida kõige sobivam käsk vajaliku toimingu tegemiseks. Kohaldatakse 8-bitise MC-ga, võib CISC arhitektuuriga protsessoril olla ühe bait, kahe bait ja kolmerattaline (harva nelja-pass) käsuformaadis. Käsu täitmise aeg võib olla 1 kuni 12 tsüklit. MK koos CISC arhitektuuriga sisaldab MK ettevõtte Intel Intel MCS-51 tuum, mis on praegu toetavad mitmed tootjad, MK perekondade NS05, NS08 ja NS11 motorola Ja mitmed teised.

Alates seisukohast korraldamise protsesside proovide võtmise ja täidesaatva meeskonna kaasaegse 8-bitine MK, üks kahest MPS arhitektuuris juba mainitud: Nimananovskaya (Princetoni) või Harvardi piirkonna rakendatakse.

Tausta-Neimani arhitektuuri peamine eelis on MPS-seadme lihtsustamine, kuna seda rakendatakse ainult ühe jagatud mälu. Lisaks kasutamist ühtne mälupiirkonnas võimaldas kiiresti ümber jagada ressursse programmide ja andmete vahel, mis märkimisväärselt suurendas IPU paindlikkust tarkvaraarendaja osas. Paigutamine virna kogu mällu hõlbustas juurdepääsu selle sisu. Ei ole juhus, et tausta-Neumanovski arhitektuur on muutunud peamiseks arhitektuuriks universaalsed arvutid, sealhulgas personaalarvutid.

Fakt on see, et parlamendiliikmete kasutamise kogemuse hindamine erinevate objektide juhtimiseks, enamiku juhtimisalgoritmide rakendamiseks selliste tausta-Nimanovi arhitektuuri eelised kui paindlikkus ja mitmekülgsus ei ole olulised. Tegelike juhtimisprogrammide analüüs näitas, et vahepealsete tulemuste salvestamiseks kasutatavad MK-andmete mälu on tavaliselt suurusjärgus väiksem kui vajalik tarkvaramälu. Nendes tingimustes kasutati ühe aadressiruumi kasutamist käskude vormi suurendamisse, suurendades aadresside operandile heitmete arvu. Eraldi väikese andmete kasutamine andmemahu jooksul on aidanud kaasa käsujõudude vähendamisele ja kiirendada andmete salvestamist andmemällu.

Praegu on SISC ja RISC-mikrokontrollerite kõige silmapaistvamad esindajad vastavalt Nimanovskaya ja Harvardi arhitektuurid Mikrokontrollerid I8051 ja AVR-atmel mikrokontrollerid, mis mitmete omaduste jaoks ületas väga tuntud pildid - mikrokontrollerid. Seetõttu leiame ülalnimetatud esindajate organisatsiooni ja seadme.

2. Eriline osa

2.1 CISC ja RISC protsessori arhitektuur

Arvutitööstuse kasutatavate käskude kogumi peamised arhitektuurid arvutusseadmete arendamise kaasaegses etapis on CISC ja RISCi arhitektuurid. CISC arhitektuuri asutaja - arhitektuur koos täieliku käskude komplektiga (CISC-täielik juhend arvuti) võib pidada IBM-iga Basic IBM / 360 arhitektuuriga, mille kerneli kasutatakse alates 1964. aastast ja jõudis näiteks meie päevadele, näiteks Sellistes kaasaegsetes suurarvutites, kuna IBM ES / 9000.

Leaderi arendamisel mikroprotsessorite täieliku käskude komplekti peetakse intel. Mikroprotsessoritega x86 ja pentium. See on mikroprotsessori turu jaoks praktiliselt standard. RISC-protsessori arhitektuuri lihtsus annab oma kompaktsuse kristallide jahutamisega seotud probleemide praktilise puudumise, mis ei ole Inteli protsessorite protsessoris, mis vastab püsivalt CISCi arhitektuuri arendamisele. SISC-arhitektuuri strateegia moodustamine on toimunud tingitud tehnoloogilisest võimalusest üle kanda "raskuskeskme" andmetöötluse tarkvara tasemest süsteemi riistvarani, kuna CISC arvuti peamine tõhususe tee on näinud peamiselt kompilaatorite lihtsustamisel ja minimeerides käivitatava mooduli. Praeguseks on CISC-protsessorid arvutituru sektori peaaegu monopoli personaalarvutidRISC protsessorid ei ole siiski võrdsed kõrge jõudlusega serverite ja töökohtade sektoris. RISC-arhitektuuri põhijooned, millel on sarnane iseloomuga, kuvatakse CISC arhitektuuri tunnused järgmiselt (tabel 1):

Tabel 1. Arhitektuuri põhifunktsioonid

RISCi arhitektuuri üks olulisi eeliseid on aritmeetiliste arvutuste suur kiirus. RISC-protsessorite esimesed jõudsid kõige levinuma IEEE 754 standardse seadistuse riba 32-bitise formaadis, et esindada numbreid fikseeritud punkti ja 64-bitise täieliku täpsusega "formaadiga ujuva punkti numbritega. Kiire jõudlus aritmeetiline tegevus Kombineeritud arvutuste suure täpsusega annab tingimusteta juhtimise RISC-protsessoritele CISC-protsessoritega võrreldes.

Teine RISC-protsessorite omadus on keeruline vahenditega, mis tagavad aritmeetiliste seadmete mittepeatuseta operatsiooni: filiaalide dünaamilise prognoosi mehhanism, suur hulk operatiivseid registreid, mitmetasandilist sisseehitatud vahemälu.

Registri struktuuri korraldamine on peamine eelis ja peamine probleem RISC. Peaaegu kõik RISCi arhitektuuri rakendamine kasutab kolmeaastast töötlemistoimingut, mille tulemusena ja kahel operandil on sõltumatu aadress - R1: \u003d R2, R3. See võimaldab teil valida adresseeritavate operatiivregistrite operandid ilma märkimisväärse aja veetmiseta ja registrisse töötamise tulemusena kirjutada. Lisaks pakuvad kolmekordsed toimingud kompilaatori suurema paindlikkuse suurendamiseks võrreldes CISC-arhitektuuri tüübiproovi "Register-mälu" abil. Kombinatsioonis suure kiirusega aritmeetilise RISC-operatsiooni tüübi "Register - register" muutuvad väga võimas vahend protsessori jõudluse parandamiseks.

Samal ajal on registrite toetus Achilleuse viies RISC-arhitektuur. Probleem on selles, et ülesande täitmise protsessis on RISC-süsteem korduvalt sunnitud ajakohastama protsessori registrite sisu ja minimaalse aja jooksul, et mitte põhjustada aritmeetilise seadme pikkust seisakuid. CISC-süsteemide puhul sellist probleemi ei ole olemas, kuna registrite muutmine võib toimuda "Memory-Memory" vormingu käsu töötlemise taustal.

RISC-arhitektuuri registrite muutmise probleemi lahendamiseks on kaks lähenemisviisi: RISC-1 ja RISC-2 projektides pakutud riistvara ja IVM ja Standfordi ülikooli spetsialistide väljatöötatud programm. Peamine erinevus nende vahel on see, et riistvaralahendus põhineb soovil vähendada aega protseduuride helistamiseks, paigaldades täiendavaid protsessori seadmeid, samas kui tarkvaralahendus See põhineb kompilaatori võimalustel ja on protsessori varustuse seisukohast ökonoomsem.

2.2 RISCi arhitektuur.

20. sajandi 70-ndatel aastatel esitasid teadlased revolutsioonilise idee mikroprotsessori loomisele, "mõistmisele" ainult võimaliku arvu meeskondade arv.

RISC-i protsessori plaan (vähendatud juhendamine Arvuti, vähendatud meeskondade arvuga arvuti) sündis meeskondade kasutamise sageduse praktilise uurimise tulemusena Ameerika Ühendriikide ja Inglismaa 70ndatel läbiviidud programmeerijate poolt. Nende otsene tulemus on kuulus "reegel 80/20": 80% tüüpilisest rakenduskoodist kasutatakse ainult 20% kogu olemasoleva komplekti lihtsamatest käskidest.

Esimene "reaalne" RISC protsessor 31 võistkonnaga loodi DAVID PATTERSONi juhendamisel Berkeley ülikoolist, seejärel järgnes protsessorile 39 võistkonna komplekti. Nad sisaldasid 20-50 tuhat transistorit. Pattersoni puuviljad kasutasid Sun Microsystemsi firma, mis arendas SPARC arhitektuuri 70-ndate aastate lõpus 75 võistkonnaga. 1981. aastal algas Stanfordi ülikoolis RISC-protsessori vabastamise projekt 39 võistkonnaga. Selle tulemusena asutati MIPS arvuti Corporation 1980. aastate keskel ja 74 võistkonnaga ehitati järgmine protsessor.

Vastavalt sõltumatu IDC firma, 1992. SPARC arhitektuuri hõivatud 56% turust, seejärel järgnes MIPS - 15% ja PA-RISC - 12,2%

Umbes samal ajal on Intel välja töötanud IA-32 perekonnas viimaste "tõsi" CISC-protsessorite seeria 80386. Viimase aja parandamise tulemuslikkuse saavutamist saavutati ainult protsessori arhitektuuri keerulisena: 16-bitisest muutumisest 32-bitiseks toetas täiendavaid riistvarakomponente virtuaalse mälu ja lisati mitmeid uusi käske.

RISC-protsessorite põhijooned:

Lühendatud käsud (80 kuni 150 käsku).

Enamik meeskondi toimub 1 takti jaoks.

Suur hulk üldotstarbelisi registreid.

Jäikade mitmekesiste konveierite olemasolu.

Kõik käsud on lihtne formaat ja vähe pöördumismeetodeid kasutatakse.

Olemasolu ruumikas eraldi vahemälu.

Lähtekoodi analüüsivate kompileerite optimeerimise optimeerimise ja osaliselt käskude järjekorra muutmiseks.

3. põlvkonna RISC-protsessorid

Suurimad RISC protsessori arendajad loetakse Sun Microsystems (SPARC arhitektuur - Ultra Sparc), IBM (Power Multi-shisty protsessorid, ühe kiibiga PowerPC - PowerPC 620), digitaalvarustus (alfa-alpha 21164), MIPS tehnoloogiate (RXX00 - R 100,000 Perekond) ja Hewlett-Packard (PA-RISC-PA-8000 arhitektuur).

Kõik kolmanda põlvkonna RISC protsessorid:

on 64-bitine bitt ja üliõppes (mitte vähem kui 4 võistkonda takti kohta);

on sisseehitatud konveierplokid ujuva punkti aritmeetika;

neil on mitmetasandiline vahemälu. Enamik RISC protsessorite vahemälu eelnevalt dekodeeritud käske;

need on valmistatud CMOS-tehnoloogias 4 metalliseeriva kihiga.

Andmete töötlemiseks rakendatakse harude dünaamilise prognoosi algoritmi ja registrite ümberpaigutamise meetodit, mis võimaldab teil rakendada käskude erakorralist täitmist.

RISC-protsessorite jõudluse suurenemine saavutatakse kristallskeemi kellasageduse ja komplikatsiooni suurendamisega. Esindajad esimeses suunas on alfa protsessorid ettevõtte DEC, kõige raskem jääb Hewlett-Packard protsessorid.

RISC-arhitektuuri masina käskude kogumi vähendamine võimaldas arvutamistulekskristallide arvutamiseks suur hulk üldotstarbelisi registreid. Üldotstarbeliste registrite arvu suurendamine võimaldas minimeerida juurdepääsu aeglasele RAM-ile, jättes RAM töötama RAM-iga ainult andmete lugemiseks RAM-iga registreerimiseks ja andmete salvestamiseks RAM-i registrist, kõiki teisi masina käske kasutatakse operandidena eesmärgi registrid.

RISCi arhitektuuri peamised eelised on järgmised omadused:

Suur hulk üldotstarbelisi registreid.

Kõigi mikroetantside universaalne vorm.

Võrdse aja tegemiseks kõikide masina käsud.

Peaaegu kõik tehingud andmeedastuse tehingud viiakse läbi marsruudi register - Register.

Võrdse aja täitmise kõikide masina käsud võimaldab teil töödelda käsujuhiste voolu konveieri põhimõttel, st Riistvara osade sünkroonimine toimub, võttes arvesse kontrolli järjestikku edastamist ühest riistvara plokist teise.

Riistvara plokid RISC-arhitektuuris:

Juhendi laadimisüksus sisaldab järgmisi komponente: juhiste mälukorralduse juhendist, juhiste register, kus juhend on paigutatud pärast proovi ja juhiste dekodeerimisüksus. Seda etappi nimetatakse juhiste proovivõtustaadiumis.

Üldotstarbelised registrid koos registri kontrollplokkidega moodustavad konveieri teise etapi, mis vastutab juhendamise operandi lugemise eest. Operandid saab salvestada juhistes ise või ühes üldotstarbelises registrites. Seda etappi nimetatakse operandi valimi etapiks.

Aritmeetiline loogiline seade ja kui see arhitektuur on rakendatud aku, koos juhtimisloogikaga, mis põhineb juhiste registri sisu põhjal mikro-tööliigi. Andmeallikas lisaks juhiste registrile võib olla käsk loendur, kui tegemist on tingimuslike või tingimusteta ülemineku mikroperatsioone. Seda etappi nimetatakse konveieri täitevfaasiks.

Üldotstarbeliste registrite kogum, salvestusloogika ja mõnikord RAM-i moodustavad andmete salvestamise taset. Selles etapis registreeritakse juhiste tulemused üldotstarbelistes registrites või põhikasse.

RISCi arhitektuuri arendamise ajaks oli SISCi arhitektuuri põhimõttel tehtud intel X86 arhitektuur mikroprotsessoride tööstusstandardis de facto. Intel X86 arhitektuuri all kirjutatud suurte programmide olemasolu tegi RISC-arhitektuurile võimatu massiivne arvuti üleminek. Sel põhjusel oli RISC-arhitektuuri peamine valdkond mikrokontrollerite tõttu, kuna need ei olnud seotud olemasoleva tarkvaraga. Lisaks mõned EMM tootjad juhivad IBM ka hakkas toota arvutid ehitatud RISC arhitektuuri, aga vastuolu tarkvara Intel X86 ja RISC arhitektuuri suuresti piiratud selle levikuga viimane.

Kuid RISCi arhitektuuri eelised olid nii olulised, et insenerid leidsid viisi, kuidas minna RISCi arhitektuuri kalkulaatoritele, samas kui tarkvara olemasolust keeldumata jätta. Kernel kõige kaasaegsemad mikroprotsessorid, mis toetavad Intel X86 arhitektuuri poolt RISC-arhitektuuri poolt mitmekaarone konveieri töötlemise toega. Mikroprotsessor saab Intel X86 sisendisse juhise, asendades selle mitme (kuni 4) RISCi juhisega.

Seega on kõige kaasaegsemate mikroprotsessorite südamikud alustades Intel 486DX-i poolt RISC-arhitektuuriga, millel on toetus välise Inteli X86 liidese toega. Lisaks valdav enamus mikrokontrollerid, samuti mõned mikroprotsessorid on valmistatud RISC arhitektuuri.

Kaasaegses RISC-protsessoris kasutatakse sageli vähem kui 32 registrit, sageli

rohkem kui 100, samas klassikalises TSMMis tavaliselt 8-16 üldregistrid

sihtkoht. Selle tulemusena protsessor on 20% -30% vähem sageli viitab

rAM, mis tõstatas ka andmete töötlemise kiirust. Pealegi

lisaks lihtsustab suurte registrite olemasolu kompilari toimimist muutujate all olevate registrite jaotamisele. Ühe integraallülituse vormis teostatud protsessori topoloogia lihtsustati selle arengu ajastus vähendati, muutusid odavamaks.

Pärast WISC-protsessorite välimust saadi traditsioonilised töötlejad

cISC nimetus - see on koos täieliku käskude komplektiga (täielik juhend arvuti).

Praegu on RISC-protsessorid olnud laialt levinud. Kaasaegsed RISC-protsessorid iseloomustavad

järgmine:

lihtsustatud meeskondade kogum;

kasutatakse fikseeritud pikkusega ja fikseeritud vormi käske,

lihtsad võimalused tegeleda, mis võimaldab teil lihtsustada dekodeerimiskäskude loogikat;

enamik käske viiakse läbi protsessori ühe tsükli jaoks;

loogika käsude täitmine tootlikkuse suurendamiseks

keskendunud riistvarale ja mitte püsivara rakendamisele,

makro makro ei ole protsessori struktuuri keerulisemaks ja

selle töö vähendatud kiirus;

rAM piirdub toimingutega

andmete ülekanne;

töötlemiseks kasutatakse reeglina kolme tärni meeskondi

lisaks dekrüpteerimise lihtsustamisele võimaldab säilitada rohkem

muutujate arv registriteta ilma nende hilisema taaskäivitamiseta;

loodud konveieri käsud, mis võimaldab töödelda mitu neist

üheaegselt;

suure hulga registrite olemasolu;

kasutatud kiire mälu.

RISC-protsessoris on masina käsu töötlemine jagatud

mitmed sammud, iga etapp teenindab individuaalset riistvara

fondid ja organiseeritud andmete edastamine ühest etapist teise.

See tootlikkus suureneb tingitud asjaolust, et samal ajal tehakse mitmeid käske konveieri erinevatel etappidel.

Tüüpilise meeskonna täitmist saab jagada järgmistesse etappidesse:

proovide võtmine IF - käsuarvesti määratud aadressil laaditakse käsk mälust välja;

2) ID-käsku dekodeerimine - selle tähenduse selgitamine registrite käigus olevate operaatide valim;

3) ex operatsiooni täitmine, kui see on vajalik, et viidata mälu - füüsilise aadressi arvutamine;

4) Apense mulle mälu mind;

5) meenutades tulemuse WB

RISC-arhitektuuri protsessoris vähendatakse käivitatavate käskude komplekti miinimumini. Keerukamate toimingute rakendamiseks peate käskude kombineerima. Sellisel juhul on kõigil käsudel fikseeritud pikkusega formaadis (näiteks 12, 14 või 16 bitti), mälust ja selle täitmise käskude valik toimub ühes sünkroniseerimise ühes tsüklis (taktitukt). RISC protsessori käsu süsteem hõlmab kõigi protsessoriregistrite võrdse kasutamise võimalust. See annab täiendava paindlikkuse mitmete toimingute tegemisel. MK RISC protsessor sisaldab AVR AVR AVR, MK PIC16 ja Pic17 Microchip ja teised.

Esmapilgul peaks MK RISC protsessoriga olema suurem jõudlus võrreldes Cisc MK-ga sisemise maanteel sama kella sagedusega. Praktikas on toimivuse küsimus keerulisem ja ebaselge.

Joonis 2 struktuur MK RISCi arhitektuuriga

Harvardi arhitektuuri peaaegu ei kasutati enne 70ndate lõpuni, samas kui MK tootjad ei mõistnud, et see annab teatud eeliseid autonoomsete juhtimissüsteemide arendajatele.

Fakt on see, et parlamendiliikmete kasutamise kogemuse hindamine erinevate objektide juhtimiseks, enamiku juhtimisalgoritmide rakendamiseks selliste tausta-Nimanovi arhitektuuri eelised kui paindlikkus ja mitmekülgsus ei ole olulised. Tegelike juhtimisprogrammide analüüs näitas, et vahepealsete tulemuste salvestamiseks kasutatavad MK-andmete mälu on tavaliselt suurusjärgus väiksem kui vajalik tarkvaramälu. Nende tingimuste kohaselt viitas ühe aadressiruumi kasutamine käskude vormi suurendamisse, suurendades operataranide lahendamiseks tekkinud heitmete arvu. Eraldi väikese andmete kasutamine andmemahu jooksul on aidanud kaasa käsujõudude vähendamisele ja kiirendada andmete salvestamist andmemällu.

Lisaks pakub Harvardi arhitektuur programmi potentsiaalselt suurema kiiruse võrreldes Neumanovskaya taustaga paralleelsete operatsioonide rakendamise võimaluse tõttu. Järgmise käsu valimine võib toimuda samaaegselt eelmise ühega ning protsessor ei ole käsu proovide võtmise ajal peatada. See rakenduseeskirjade meetod võimaldab tagada erinevate käskude täitmise sama arvu kellade jaoks, mis võimaldab programmi tsüklite ja kriitiliste osade täitmise aega hõlpsasti kindlaks määrata.

Enamik kaasaegse 8-bitise MK tootjatest kasutavad Harvardi arhitektuuri. Harvardi arhitektuur ei ole siiski piisavalt paindlik, et rakendada mõningaid programmi protseduure. Seetõttu tuleks eri arhitektuuride kohaselt tehtud MK võrdlus teha konkreetse taotluse osas.

2.3 Mikrokontroller RISCi arhitektuuriga

PIC16C71 viitab Microcontroller CMOS perekonnale. Seda iseloomustab see, et see on sisemine 1K x 14 bitti EPROM programmide, 8-bitiste andmete ja 64 - baitide sisseehitatud analoog-digitaalse konverteri jaoks. Erinevad madalate kulude ja suure jõudlusega.

Pic16c5x perega tuttavad kasutajad näevad

eelnevalt toodetud kontrolleritest uute detailne loetelu.

Kõik käsud koosnevad ühest sõnast (14-bitine laius) ja täidetakse ühes tsüklis (200 ns 20 MHz juures), välja arvatud ülemineku käsud, mis viiakse läbi kahes tsüklis (400 NS).

PIC16C71-l on katkestus, mis käivitub neljast allikast ja

kaheksatasemeline riistvarapakk.

Välisseadmed sisaldavad 8-bitist taimerit / meeter 8-bitisega

programmeeritav esialgne jagaja (tegelikult 16-bitine taimer), \\ t

13 liinide liinide I / O ja kaheksa bitist ADC. Kõrge

laadi võimsus (25 mA max. vooluvool, 20 mA max. voolav

praegused) Sisend- / väljundliinid lihtsustavad väliseid draivereid ja seega väheneb

süsteemi kogumaksumus.

ADC-l on neli kanalit, proovivõtu- ja salvestusskeemi, lahendamisvõime 8

natuke viga mitte rohkem kui üks noorem heakskiidu. Keskmine aeg

30 μs konverteerimine, sealhulgas proovivõtuaeg.

PIC16C71 seeria sobib paljude rakenduste rakenduste jaoks.

autode ja elektrimootorite kiire juhtimine ökonoomsetele kaugjuhtimisele, näidates seadmeid ja ühendatud

töötlejad. ROMi olemasolu võimaldab teil kohandada rakendatud parameetreid

programmid (saatjakoodid, mootori pöörlemiskiirus, vastuvõtja sagedus jne).

Väikesed korpused, nii tavalise ja pinna paigaldamiseks muudab selle seeria kaasaskantavate rakenduste jaoks sobivate mikrokontrollerite seeria.

Madal hind, kulutõhusus, kiirus, kasutusmugavus ja I / o Paindlikkus teeb PIC16C71 atraktiivseks isegi piirkondades, kus mikrokontrollereid ei ole kasutatud. Näiteks taimerid, asendades jäikade loogika suures süsteemides, koppessorid.

Mikrokontrolleril on:

ainult 35 lihtsat käsku;

kõik käsud tehakse ühes tsüklis (200NS), välja arvatud üleminekukäsud - 2

tsükkel;

töösagedus 0 Hz ... 20 MHz (min 200 ns meeskonna tsükli)

14-bitised käsud;

8-bitised andmed;

36 x 8 Üldkasutuse registrid;

15 SFR spetsiaalsed riistvara registrid;

kaheksatasemeline riistvara virnast;

otsene, kaudne ja suhteline andmete ja meeskondade;

neli katkestuse allikat:

väline sisestamine Int.

Ülevoolu taimer RTCC.

katkestage analoog-digitaalse konversiooni lõpetamisel

katkestada signaalide vahetamisel sadamaliinidel B.

Mikrokontrolleri välisseadmed, sisend ja sõlmimine on:

13 individuaalse seadistuse sisend-väljundjooned;

voolav / voolav voolu valgusdioodide juhtimiseks

. Maksimaalne vooluvool - 25 mA

. Maksimaalne vooluvool - 20 mA

8-bitine taimer / RTCC loendur 8-bitise programmeeritava esialgse jaoturiga;

aDC moodul:

4 multipleksitud analoogsisendi ühendatud ühe ühendatud ühe

analoog digitaalne konverter

proovide võtmise süsteem

konversiooniaeg - 20 μs kanalil

converter - 8 bitti, viga + -1 LSB

sisenemine välise võrdluspinge VREF (VREF<= Vdd)

vSS-i sisend-analoogsignaalide valik VRSF-ile

automaatne lähtestamine sisse lülitatud;

taimeri kaasamine väljalaske ajal;

generaatori käivitamise taimer;

Watchdog WDT taimer oma sisseehitatud generaatoriga

suurenenud usaldusväärsus;

EPROMi salajadeta bitikoodi kaitseks;

ökonoomne puhkerežiim;

sisseehitatud generaatori ergutusrežiimi seadmiseks valitavad bitid:

RC generaator RC.

nORMAL KVARTZ XT RESONATOR

kõrgsagedusliku kvarts resonaator HS

madala sagedusega Crystal LP

sisseehitatud seadmes iseprogrammide programmide jaoks,

kasutatakse ainult kaks jalga.

Jalgade nimetused ja nende funktsionaalsed eesmärgid:

Ra4 / RTCC - sisend käivitamise kaudu

Schmidt. I / o porti

avatud varude või sageduse sisend

rTCC taimer / meeter.

Ra0 / Ain0 - kahesuunalise I / O liin.

Analoogkanali sisend 0.

Ra1 / Ain1 - kahesuunaline I / O liin.

Analoogkanali sisend 1.

Kuidas digitaalsel sisendil on TTL tasemed.

Ra2 / Ain2 - kahepoolne I / oliine.

Analoogkanali sisend 2.

Kuidas digitaalsel sisendil on TTL tasemed.

Ra3 / Ain3 / Vref - kahesuunaline I / O liin.

RB0 / INT - kahesuunaline sadamaliin

väljund või välise katkestuse sisend.

RB1 - RB5 - kahesuunaline sisendliinid /

väljund.

RB6 - kahesuunalise sisendliinid /

väljund.

RB7 - kahesuunalise sisendliinid /

väljund.

/ MCLR / VPP - madal sellel

sisend tekitab lähtestamise signaali

kontrolleri jaoks. Aktiivne madal.

SCHMIDT STIGERi sisestamine.

OSC1 - ühendada kvarts, RC või sisendi välise kella sageduse.

OSC2 - generaator, saagi kella

CLKOUT - Generaatori RC-režiimi sagedused muudel juhtudel - pyloni jaoks. kvarts

VDD toiteallikas.

VSS - Side (Maa).

Järeldus

Selle kursuse töö, mikrokontrollerid RISC ja CISC arhitektuuri peetakse. RISCi arhitektuuri peeti põhjalikumaks ja täpsemaks. Klassifikatsioon, mikrokontrolleri struktuur, struktuur

mikrokontrolleri protsessor kernel, RISCi arhitektuuri põhijooned.

Praeguseks on rohkem kui 200 modifikatsiooni mikrokontrolled ühilduvad I8051 poolt toodetud kahe tosinat firmad ja suur hulk mikrokontrollerid muud tüüpi. Arendajad on populaarsed 8-bitise Microchip tehnoloogia ja AVR AVR PIC mikrokontrollrollerid, kuusteist-bit MSP430 ettevõtted ti, samuti kätt, kelle arhitektuur arendab kätt ja müüb litsentse teistele ettevõtetele oma tootmise, töötlejate - mikrokontrollerite jaoks.

Mikrokontrollerite projekteerimisel on vaja järgida tasakaalu suuruste ja kulude vahel ühel küljel ja paindlikkust ja tulemuslikkust. Erinevate rakenduste puhul võib nende ja teiste parameetrite optimaalne suhe väga palju erineda. Seetõttu on olemas tohutu hulk mikrokontrollereid, mis erinevad protsessori mooduli arhitektuuris, integreeritud mälu suuruse ja tüübi, perifeersete seadmete komplekt, korpuse tüüp jne.

Loetelu kasutatud kirjandus

1. "?????? ????????????????? ???????", ?????? ?.?. ??????? ? ?.?. ????????????.

2. "??????????? ?????????????? ??????". ?????? "????? ? ?????" 1990 ?. ????? ?.?. ???????.

3. "??????????-?????????????? ?????? ? ???????". ?????? "????? ? ?????" 1991 ?. ?????? ?.?. ?????.

Sarnased dokumendid

    Mikrokontrollerid - mikrotsircuits mõeldud juhtimiseks elektrooniliste seadmete, nende klassifikatsiooni. Mikrokontrollerite protsessori kerneli struktuur, selle tulemuslikkuse määravad peamised omadused. CISC ja RISC protsessori arhitektuur.

    kursuste, lisatud 03.10.2010

    Mikrokontroller (MCU) on mikrotsircuit, mis on ette nähtud elektrooniliste seadmete juhtimiseks. Neid võib leida paljudes kaasaegsetes seadmetes, sealhulgas kodumaistes seadmetes. Erinevate mikrokontrollerite arhitektuuri kaalumine, tuumade, mälu, võimsuse, perifeeria.

    abstraktne, Lisatud 12/24/2010

    Protsessori fragmendi struktuur. Protsessori seadme funktsionaalne koostis. Turustaja sisend- / väljundsignaalid. Control püsivara käsu jaoks. Seadme reguleerimine ja sünkroniseerimine, selle toimimise põhimõte. Sisendportid, mikrokontrolleri väljund.

    kursuste, lisatud 04/17/2015

    Mikrokontroller on ühe kiibi arvuti, selle eesmärk elektrooniliste seadmete haldamiseks vastavalt ettenähtud programmile. Mikrokontrolleri programmeerimiskeskkond, ühenduse ahel. Programmi rakendamine mikrokontrollerile.

    kursuste, lisatud 02/21/2011

    Mikrokontroller kui elektrooniliste seadmete, selle struktuuri ja komposiitide elementide, ulatuse ja levimuse juhtimiseks mõeldud kiipina. Moore seadus. MK jaoks sümboolsed silumisprogrammid. Andmed kokkupaneku programmides.

    kursuste tegemine, lisatud 11.12.2010

    LED-seadme eesmärk ja töötingimused MK ATTINY 15-s. Mikrokontroller on nii mikrotsircuit, mis on ette nähtud elektrooniliste seadmete juhtimiseks. Selle kasutamise põhjendus. LED-seadme plokkskeemi väljatöötamine.

    kursuse töö, lisas 04.04.2015

    Protsessori mooduli kujundamine - sõltumatu seade, mis vastavalt sisendandmetele täidab ühte kahest toimingust: allkirjastamata numbrite täisarvude korrutamine ja binaarse kümnendnumbri ümberkujundamine binaarseks. Design M-masin.

    kursuse töö, lisas 06/16/2011

    Mikrokontrollerite kontseptsioon ja liigid. Mikroprotsessorisüsteemide programmide omadused, keemiliste protsesside juhtimissüsteemide ehitamine. AVR-i mikrokontrolleri arhitektuuri AVR-i uuring ja selle põhjal Arduino platvorm.

    kursuse töö, lisas 01/13/2011

    Liidese ja rafineeritud konstruktsiooni ahela, protsessori mooduli, mälu ja sisend / väljundi allsüsteemide arendamine, tarkvaraalgoritm. Tarkvara ja andmemälu hindamine. Aadressiruumi struktuur. Klaviatuuri ja näituse korraldamine.

    kursuste, lisatud 08/09/2015

    Dünaamiliste mäluteoste tegemine personaalarvutite jaoks kiipide kujul. Matrix-mälu kiibi struktuur moodulis. Dip-mikrotsircuit kahe rida kontaktid mõlemal pool puhul. Erilised nimetused mälumooduli korpusel.

Sarnased artiklid