Atmiņas mikrokontrollera organizācija

I / O ostas

Taimeri skaitītāji

Pārtrauc

Analogais-digitālais pārveidotājs

Komunikācijas saskarnes

• Universāls sinhronais asinhronais USART uztvērējs

Video kurss programmēšanai mikrokontrolleri STM32

Mikroprocesorsprogrammatūra un kontrolēta ierīce, kas īsteno digitālās informācijas apstrādes procesu un tos kontrolē. Mikroprocesors tiek īstenots kā liels (bis) vai super-liels (SBI) neatņemama mikroshēma. Mikroprocesors veic procesora lomu digitālajās sistēmās dažādiem mērķiem.

Mikroprocesora galvenā iezīme ir iespēja programmēt darba loģiku.

Mikrokontrolleris (MCU) - Mikrošķiedras izstrādāts, lai kontrolētu elektroniskās ierīces. Tipisks mikrokontrolleris apvieno procesora funkcijas un perifērijas ierīcesvar saturēt RAM un ROM. Būtībā tas ir viens littisks dators, kas spēj izpildīt vienkārši uzdevumi. Viena mikroshēmas izmantošana, nevis kopumā, kā gadījumā, ja parastajiem procesoriem, ko izmanto personālajos datoros, ievērojami samazina lielumu, enerģijas patēriņu un izmaksas, kas būvētas, pamatojoties uz mikrokontrolleri.

Mikroprocesoru sistēma (deputāti) Tas ir funkcionāli pabeigts produkts, kas sastāv no vienas vai vairākām ierīcēm, galvenokārt mikroprocesors: mikroprocesors un / vai mikrokontrolleris.

Mikroprocesoru ierīce (MPU) ir funkcionāls un konstruktīvs pabeigts produkts, kas sastāv no vairākiem mikrocirkiem, kas ietver mikroprocesoru; Tas ir paredzēts, lai veiktu konkrētu funkciju kopumu: saņemšanu, apstrādi, pārraidi, informācijas konversiju un pārvaldību.

Mikroprocesoru sistēmu galvenās priekšrocības Salīdzinājumā ar digitālajām sistēmām "grūti loģika".

• Daudzfunkcionalitāte: liels daudzums Funkcijas var īstenot vienā elementu datu bāzē.
• Elastīgums: iespēju koriģēt un pārveidot mikroprocesoru programmas īstenošanai dažādi režīmi Sistēmas darbojas.
• Kompaktums: mikroshēmas miniatūras izmēri un samazina to daudzumu, salīdzinot ar īstenošanu "cieta loģika", ļauj samazināt ierīces izmērus.
• Palielināta trokšņa imunitāte: mazāk saistaudu vadītāji veicina ierīces uzticamības uzlabošanu.
• Veiktspēja: spēja piemērot lielas darbības frekvences un sarežģītākas informācijas apstrādes algoritmi.
• Informācijas aizsardzība: spēja aizsargāt mikroprocesoru programmu no lasīšanas ļauj aizsargāt autortiesību attīstītājus.

Lai gan mikroprocesors ir universāls līdzeklis digitālās informācijas apstrādei, tomēr atsevišķas lietojumprogrammas prasa īstenot dažus konkrētus to struktūras un arhitektūras variantus. Tāpēc divas klases tiek piešķirtas ar funkcionālo zīmi: mikroprocesori vispārīgs mērķis un specializēti mikroprocesori. Starp specializētiem mikroprocesoriem mikrokontrolleri bija visplašāk izplatīti, kas paredzēti, lai veiktu dažādu objektu vadības funkcijas un digitālos signālu procesorus (DSP - digitālais signālu procesors), kas ir vērsti uz procedūru īstenošanu, kas nodrošina nepieciešamo konversiju analogie signāliparādīts digitālā formā.

Nepilnīgs to perifērijas ierīču saraksts, kas var būt klāt mikrokontrollīnos, ietver:

• dažādas I / O saskarnes, piemēram, UART, I²C, SPI, CAN, USB, Ethernet;
• analogie digitālie un digitālie analogie pārveidotāji;
• salīdzini;
• platuma un impulsu modulatori;
• taimeri skaitītāji;
• pulksteņa frekvenču ģenerators;
• displeju un tastatūru kontrolieri;
• integrēti flash atmiņas bloki.

Ideja par mikroprocesoru un perifēro ierīču ievietošanu vienā kristālos pieder inženieriem M. KOCHEN un G. BUN, Teksasas instrumentu darbiniekiem. Pirmais mikrokontrolleris bija 4 bitu TMS1000 no Teksasas instrumentiem, kas satur RAM (32 baiti), ROM (1 KB), pulksteni un atbalstu I / O. Atbrīvots 1972. gadā, viņam bija jauns veids, kā pievienot jaunas instrukcijas, lai pievienotu jaunas instrukcijas.

1976. gadā (5 gadi pēc pirmās mikroprocesora izveides) pirmais mikrokontrolleris parādījās intelPapildus centrālajam procesoram bija 1 kilobīti atmiņas atmiņas programmas, 64 datu atmiņas baiti, divi astoņu bitu taimeri, pulksteņu ģenerators un 27 I / O porti. 8048 ģimenes mikrokontrolleri tika izmantoti Magnavox Odyssey spēļu konsoles konsoles prefiksā, pirmajos IBM PC tastatūrās un vairākās citās ierīcēs.

Šodien starp lieli ražotāji Mikrokontrolleri jānorāda Atmel, Microchip, ST Mikroelektronika, Teksasas instrumenti, Freescale pusvadītāju, NXP utt.

Mikrokontrolleris - Tas ir īpašs mikroshēmu, kas paredzēti, lai kontrolētu dažādas elektroniskas ierīces. Mikrokontrolleri pirmo reizi parādījās tajā pašā gadā kā kopējie mikroprocesori (1971).

Mikrokontrolleru izstrādātāji ir radījuši asprātīgu ideju - apvienojiet procesoru, atmiņu, ROM un perifēriju vienā gadījumā, ārēji līdzīgi parastajai mikroshēmai. Kopš tā laika mikrokontrolleru ražošana katru gadu ir daudzas reizes lielāks nekā pārstrādātāju ražošana, un nepieciešamība viņiem nav samazināts.

Mikrokontrolleri ražo desmitiem uzņēmumu, un tiek ražoti ne tikai mūsdienu 32 bitu mikrokontrolleri, bet arī 16, un pat 8 bitu (kā I8051 un analogi). Katrā ģimenē jūs bieži varat atrast gandrīz tādus pašus modeļus, kas atšķiras no CPU ātruma un atmiņas apjoma.

Mikrokontrolleri, kā likums, nedarbojas vienatnē, bet ir bezšuvju, kur papildus tam, ekrāni, tastatūras ieejas ir savienotas, dažādi sensori utt

Mikrokontrollera programmatūra var piesaistīt uzmanību tiem, kam patīk "Chase bits", jo parasti atmiņa mikrokontrolleros ir no 2 līdz 128 KB. Ja mazāk, tad rakstiet uz montēja vai forte, ja ir iespēja, jūs izmantojat īpašas versijas BEYSIK, Pascal, bet galvenokārt - si. Pirms beidzot ieprogrammēt mikrokontrolleru, tas tiek pārbaudīts emulatoros - programmatūra vai aparatūra.

Var rasties jautājums: mikroprocesors un mikrokontrolleris ir tikai atšķirīgs viena un tā paša ierīces nosaukums, vai tas viss ir tādas pašas atšķirīgas lietas?

Mikroprocesors Šī ir jebkura datora centrālā ierīce, ko veic integrēta tehnoloģija. Pats nosaukums liecina, ka tas ir skaitļošanas procesi, kas notiek. Lai datoru no tā, pat ja ne ļoti moderns un spēcīgs (atcerieties amatieru struktūras radio 86 vai sinclair), tas ir jāpapildina ar ārējām ierīcēm. Pirmkārt, tas ir RAM un ostas informācijas izejas ievadīšanai.

Mikrokontrolleram ir procesors, RAM, atmiņas atmiņa, un papildus tam, visai perifēro ierīču komplektam, kas pārvērš procesoru pilnā Featured datorā. Saskaņā ar padomju laikiem veco terminoloģiju šādas ierīces tika saukta par viena kristāla mikro datoru. Bet padomju skaitļošanas tehnika, kā jūs zināt, devās uz miris, un ar to un Omev.

Aizjūras skaitļošanas tehnika joprojām nebija, tāpēc Oves kļuva pazīstams kā kontrolieri (no angļu valodas. Kontrole - pārvaldīt, kontrolēt). Patiesībā kontrolieri izrādījās ļoti piemēroti dažādu metožu pārvaldībai, pat nav ļoti sarežģīta.

Mikrokontrolleris vairs nav procesors, bet ne dators.

Centrālais procesors, kas pastāv katrā datorā, ir galvenais kalkulators. Lai gan dators nav paredzēts tikai skaitļošanas slodzei, pārstrādātājs tajā atrodas galvas elements. Bet ne tikai datoram ir procesors.

Ja jūs domājat par un apskatīt, jūs varat atrast, ka pārstrādātāji tiek izmantoti lielākajā daļā sadzīves tehnikas. Tikai nav šādi procesori gan datorā, bet mikroprocesori un pat mikrokontrolleri.

Tātad, kas ir mikrokontrolleris un tas, kas atšķiras no faktiskā procesora vai arī tas ir pilnīgi atšķirīgi elektroniskie komponenti?

Lielas integrētas mikroshēmas vai mikroshēmas ar lielu integrāciju un pārstrādātājiem. Mikroprocesori būtībā ir tie paši pārstrādātāji, bet sakarā ar prefiksu "Micro" noteikt savu būtību, ka viņi ir miniatūra savu "lielo" puisis. Savā vēsturiskajā laikā, procesors ar tās lielumu varētu veikt ne vienu istabu, tas ir piemērots, lai izsauktu tos kā izmiris dinozauri ar makro-procesoru, lai viņi kaut kā racionalizētu modernā elektronikas koncepciju.

Izmēri samazināti izmēri un sakārtotā procesors aizņem mazāk vietas un to var ievietot kompaktā produktā, tas ir mikroprocesors. Bet procesors pati par sevi ir maz spēj darīt, izņemot datus uz priekšu starp reģistriem un veikt dažas aritmētiskas un loģiskas darbības uz tiem.

Lai mikroprocesors nosūtītu datus atmiņā, šī atmiņa ir jābūt vai nu uz paša kristāla, kurā atrodas pats procesora elements, vai arī savienojums ar ārējo RAM, kas izgatavots kā atsevišķs kristāls vai modulis.

Papildus atmiņai procesoram ir mijiedarboties ar ārējām ierīcēm - perifēriju. Pretējā gadījumā, kādu labumu var sagaidīt no procesora darbības, sajaucot un pārvietojot datus tur un šeit. Nozīme notiek tad, kad procesors mijiedarbojas ar I / O ierīcēm. Datoram ir tastatūra, peles manipulators un displeja ierīces kā displejs, pēc izvēles printeris un, piemēram, skeneris vēlreiz, lai ievadītu informāciju.

Lai kontrolētu I / O ierīces, piemērotas bufera shēmas un elementi noteikti ir nepieciešami. Pamatojoties uz tiem ieviesto interfeisu tā saukto aparatūru. Metodes mijiedarbībai ar interfeisa elementiem ietver I / O ostu klātbūtni, risināt dekodētājus un riepu veidotājus ar bufera shēmām, lai palielinātu mikroprocesora slodzes ietilpību.

Integrējot procesoru ar visiem nepieciešamajiem papildu elementiem, lai šis produkts tiktu ielej dažās konstruktīvās un noved pie mikrokontrollera veidošanās. Mikrošķiedras vai mikrokontrollera mikroshēma īsteno procesoru un interfeisa shēmas vienā kristālos.

Pašpietiekama mikroshēma, kas satur gandrīz visu, ir pietiekami, lai izveidotu pilnu produktu, un ir piemērs tipisku mikrokontrolleru. Piemēram, plaukstas elektroniskais pulkstenis vai modinātājs ir mikrokontrollera iekšpusē, kas īsteno visas šādas ierīces funkcijas. Atsevišķas perifērijas ierīces ir savienotas tieši ar kāju mikrokontrollera mikroshēmu, vai papildu elementi vai mikrocirkļi tiek dalīta ar nelielu vai vidēju integrāciju.

Mikrokontrolleri tiek plaši izmantoti produktos, kas satur visu sistēmu pilnībā vienā miniatūras mikroshēmā, ko bieži sauc par mikrosēdu. Piemēram, "mikroshēmu" kredītkartē ir mikrokontrolleris iekšpusē plastmasas pamata. Arī iekšpusē ir mikrokontrolleris. Un mikrokontrolleru lietošanas un izmantošanas piemēri ir tik plaši mūsdienu pasaulē, kas ir viegli atklāt kontroliera klātbūtni jebkurā mazliet mazāk inteliģentajā ierīcē no bērnu rotaļlietām bezvadu austiņas Mobilais telefons.

Domājiet arī mūsu vietnē:

Skatīt arī par šo tēmu izglītības video kursiem Selivanov Makchima:

Cāļi tiem, kas jau ir iepazinušies ar elektronikas un programmēšanas pamatiem, kuri zina elektronisko komponentu savākšanu vienkāršas shēmas, Es zinu, kā saglabāt lodēšanas dzelzi un vēlas doties uz kvalitatīvi jaunu līmeni, bet pastāvīgi atlaist šo pāreju, jo grūtības attīstās jaunu materiālu.

Kurss ir brīnišķīgi un tie, kas nesen veica pirmos mēģinājumus izpētīt mikrokontrolleru programmēšanu, bet tas jau ir gatavs atmest visu, no tā, ko viņš nedarbojas vai strādā, bet ne kā viņam vajadzīgas (pazīstamas?!).

Kurss būs noderīgi, un tie, kas jau vāc vienkāršu (un nevar ļoti) shēmas par mikrokontrolleriem, bet slikti saprot, kā mikrokontrollera darbi un kā tas mijiedarbojas ar ārējām ierīcēm.

Kurss ir veltīts apmācībai programmēšanas mikrokontrolleru SI valodā. Kursa atšķirīga iezīme ir valodas izpēte ļoti dziļā līmenī. Apmācība notiek AVR mikrokontrolleru piemērā. Bet principā tas būs piemērots tiem, kas izmanto citus mikrokontrollerus.

Kurss ir paredzēts sagatavotajam klausītājam. Tas nozīmē, ka datorzinātņu un elektronikas un mikrokontrolleru pamati netiek ņemti vērā. Bet būtu nepieciešams apgūt kursu, būs nepieciešamas minimālas zināšanas par AVR mikrokontrolleru programmēšanu jebkurā valodā. Zināšanas par elektroniku ir vēlams, bet nav obligāti.

Kurss ir ideāli piemērots tiem, kas tikko sāka mācīties aVR programmēšana Mikrokontrolleri valodā C un vēlas padziļināt savas zināšanas. Labi atbilst tiem, kas zina, kā programmēt mikrokontrollerus citās valodās. Un tas joprojām ir piemērots parastajiem programmētājiem, kuri vēlas padziļināt zināšanas C valodā.

Šis kurss tiem, kuri nevēlas ierobežot savus attīstības vienkāršus vai gatavus piemērus. Kurss ir ideāli piemērots tiem, kas ir svarīgi, lai radītu interesantas ierīces ar pilnīgu izpratni par to, kā viņi strādā. Kurss ir labi piemērots tiem, kas jau ir pazīstami ar programmēšanu mikrokontrolleru SI valodā, un tiem, kuri ir ilgi ieprogrammēti tos.

Kursa gaita galvenokārt ir vērsta uz lietošanas praksi. Tiek ņemti vērā šādas tēmas: radiofrekvenču identifikācija, skaņas atskaņošana, bezvadu datu apmaiņa, kas strādā ar krāsu TFT displejiem, skārienekrāns, strādājiet ar failu sistēma FAT SD karte.

20. gadsimta 70. gados zinātnieki izvirzīja revolucionāru ideju izveidot mikroprocesoru, "izpratni" tikai minimālo iespējamo komandu skaitu.

RISC procesora plāns (samazināts instrukciju komplekts dators, dators ar samazinātu komandu komplektu) dzimis, kā rezultātā praktiskus pētījumus par komandu izmantošanas biežumu, ko veica 70. gados ASV un Anglijā. To tiešais rezultāts ir slavens "80./20. Noteikums": 80% no tipiskā lietojumprogrammas koda, tiek izmantoti tikai 20% no vienkāršākajām mašīnu komandām no visa pieejamā komplekta.

Pirmais "reālais" RISC procesors ar 31 komandām tika izveidots David Patterson vadībā no Berkelejas Universitātes, pēc tam sekoja procesors ar 39 komandu komplektu. Tie ietvēra 20-50 tūkstošus tranzistoru. Pattersona augļi izmantoja Sun Microsystems Company, kas izstrādāja SPARC arhitektūru ar 75 komandām 70. gadu beigās. 1981. gadā MIPS projekts RISC procesora izlaišanai ar 39 komandām sākās Stanfordas universitātē. Rezultātā MIPS Computer Corporation tika dibināta 1980. gadu vidū, un šāds procesors tika uzbūvēts ar 74 komandām.

Saskaņā ar neatkarīgu IDC uzņēmumu, 1992. gadā, Sparc arhitektūra aizņem 56% no tirgus, tad sekoja MIPS - 15% un PA-RISC - 12,2%

Aptuveni tajā pašā laikā Intel ir izstrādājis virkni 80386, jaunākās "True" CISC procesori IA-32 ģimenē. Pēdējo reizi uzlabojot veiktspēju tika panākta tikai, sarežģījusi procesora arhitektūru: no 16 bitu pārvērtās 32 bitu, papildu aparatūras komponenti atbalstīja virtuālo atmiņu, un tika pievienotas vairākas jaunas komandas.

Galvenās iezīmes RISC procesoru:

Saīsināts komandu kopums (no 80 līdz 150 komandām).

Lielākā daļa komandu tiek veiktas 1 taktā.

Liels skaits vispārējas nozīmes reģistriem.

Cieto daudzpakāpju konveijeru klātbūtne.

Visām komandām ir vienkāršs formāts, un tiek izmantotas dažas adresēšanas metodes.

Telpu klātbūtne atsevišķa kešatmiņa.

Kompilatoru optimizēšanas optimizēšana, kas analizē pirmkodu un daļēji maina komandu secību.

3. paaudzes RISC procesori

Lielākie RISC procesora izstrādātāji tiek uzskatīti par Sun Microsystems (SPARC arhitektūra - Ultra SPARC), IBM (jaudas multi-chisty procesori, viena čipu PowerPC - PowerPC 620), digitālās iekārtas (Alpha - Alpha 21164), MIPS tehnoloģijas (RXX00 - R 100 000 Ģimene), kā arī Hewlett-Packard (PA-RISC - PA-8000 arhitektūra).

Visas trešās paaudzes RISC procesori:

ir 64 bitu bitu un superceling (ne mazāk kā 4 komandas uz tact);

ir iebūvēti konveijera bloki peldošā punkta aritmētikā;

ir daudzlīmeņu kešatmiņa atmiņa. Lielākā daļa RISC procesoru kešatmiņu pirms dekodētām komandām;

tie tiek ražoti CMOS tehnoloģijā ar 4 metalizācijas slāņiem.

Lai apstrādātu datus, tiek izmantots filiāļu dinamiskās prognozēšanas algoritms un reģistru pārcelšanas metode, kas ļauj ieviest ārkārtas komandu izpildi.

RISC procesoru darbības pieaugums tiek panākts, palielinot Crystal shēmas pulksteņa frekvenci un komplikāciju. Pirmā virziena pārstāvji ir uzņēmuma decembra alfa procesori, visgrūtākais joprojām ir Hewlett-Packard procesori.

Mašīnu komandu komplekta samazināšana RISC arhitektūrā ļāva ievietot lielu skaitu vispārējas nozīmes reģistrus skaitļošanas kodolā Crystal. Vispārējas nozīmes reģistra skaita palielināšana ļāva samazināt piekļuvi lēnai RAM, atstājot RAM, lai strādātu ar RAM tikai lasīt datus no RAM reģistrā un ierakstiet datus no reģistra uz RAM, visas citas mašīnas komandas tiek izmantotas kā operandi vispārīgi Mērķi reģistri.

Galvenās priekšrocības RISC arhitektūra ir šādas īpašības:

Liels skaits vispārēju mērķu reģistru.

Visu mikroerāciju universālais formāts.

Vienāds laiks, lai veiktu visas mašīnas komandas.

Gandrīz visi datu pārraides darījumi tiek veikti maršruta reģistrā - reģistrā.

Vienāds visu mašīnu komandu izpildes laiks ļauj apstrādāt komandu instrukciju plūsmu par konveijera principu, t.i. Tiek veikta aparatūras daļu sinhronizācija, ņemot vērā vienas aparatūras bloka secīgo pārraidi uz citu.

Aparatūras bloki RISC arhitektūrā:

Instrukcijas iekraušanas ierīce ietver šādus komponentus: instrukciju parauga vienība no instrukcijām "Atmiņa, instrukcija, kur instrukcija tiek ievietota pēc tā parauga un instrukcijas dekodēšanas vienības. Šo posmu sauc par norādījumu paraugu ņemšanas posmu.

Vispārējas nozīmes reģistri kopā ar reģistra kontroles blokiem veido konveijera otro posmu, kas ir atbildīga par mācību operandu lasīšanu. Operands var uzglabāt pašas instrukcijās vai vienā no vispārējām mērķa reģistriem. Šo posmu sauc par operanda paraugu ņemšanas soli.

Aritmētiskā loģiskā ierīce un, ja tiek īstenota šī arhitektūra, akumulators kopā ar vadības loģiku, kas, pamatojoties uz instrukciju reģistra saturu, nosaka mikrouzņēmuma veidu. Datu avots papildus instrukcijām var būt komandu skaitītājs, veicot nosacītu vai beznosacījumu pārejas mikrouzņēmumus. Šo posmu sauc par konveijera izpildvaru.

Vispārējas nozīmes reģistru kopums, ierakstu loģika un dažreiz no RAM veido datu uzglabāšanas līmeni. Šajā posmā instrukciju rezultāti tiek reģistrēti vispārējas nozīmes reģistros vai galvenajā atmiņā.

Tomēr, izstrādājot RISC arhitektūru, Intel X86 arhitektūra, kas veikta par CISC arhitektūras principu, bija medicīnas mikroprocesoru rūpnieciskais standarts de facto. Liela skaita programmu klātbūtne, kas rakstīta saskaņā ar Intel X86 arhitektūru, padarīja neiespējamu masveida datoru pāreju uz RISC arhitektūru. Šī iemesla dēļ galvenā joma, izmantojot RISC arhitektūru, bija mikrokontrolleri, jo tie nav saistīti ar esošo programmatūru. Turklāt daži EMM ražotāji, kurus vada IBM, arī sāka ražot RISC arhitektūras celtētos datorus, tomēr programmatūras nesaderība starp Intel X86 un RISC arhitektūru lielā mērā ierobežoja pēdējo izplatību.

Tomēr RISC arhitektūras priekšrocības bija tik nozīmīgas, ka inženieri atrada veidu, kā doties uz RISC arhitektūras kalkulatoriem, vienlaikus atsakoties pastāvēt programmatūru. Kodola modernāko mikroprocesoru atbalsta Intel X86 arhitektūru veic RISC arhitektūra ar daudzkrāsainu konveijera apstrādes atbalstu. Mikroprocesors saņem instrukciju Intel X86 ievadā, aizstājot to ar vairākiem (līdz 4) norādījumiem.

Tādējādi lielāko daļu moderno mikroprocesoru serdes, kas sākas ar Intel 486DX, RISC arhitektūru izgatavo ar atbalstu ārējam Intel X86 interfeisam. Turklāt lielākā daļa mikrokontrolleru, kā arī daži mikroprocesori tiek ražoti ar RISC arhitektūru.

Mūsdienu RISC procesorā bieži tiek izmantoti ne mazāk kā 32 reģistri

vairāk nekā 100, bet klasiskā TSMM parasti 8-16 ģenerāldirektoros

galamērķis. Tā rezultātā pārstrādātājs ir 20% -30% mazāk bieži attiecas uz

rAM, kas arī izvirzīja datu apstrādes ātrumu. Turklāt

iet liels skaits Reģistri vienkāršo kompilatora darbu par reģistru izplatīšanu zem mainīgajiem lielumiem. Procesora topoloģija, kas veikta vienā integrālās ķēdes veidā, tika vienkāršota, tika samazināts tās attīstības laiks, kļuva lētāks.

Pēc RISC procesoru parādīšanās tradicionālie pārstrādātāji saņemti

cISC apzīmējums - tas ir, ar pilnu komandu komplektu (pilnīgu instrukciju komplektu datoru).

Pašlaik RISC procesori ir plaši izplatīti. Tiek raksturoti mūsdienīgi RISC procesori

nākamais:

vienkāršota komandu kopa;

tiek izmantotas fiksētas garuma un fiksēto formātu komandas, \\ t

vienkārši veidi, kā risināt, kas ļauj jums vienkāršot dekodēšanas komandu loģiku;

lielākā daļa komandu tiek veikta viena cikla procesora;

komandu loģikas izpilde, lai palielinātu produktivitāti

koncentrējas uz aparatūru, nevis uz programmaparatūras ieviešanu,

nav makro makro, sarežģīt procesora struktūru un

samazināts tās darbības ātrums;

rAM aprobežojas ar operācijām

datu pārsūtīšana;

apstrādei, kā likumu, tiek izmantoti trīs zvaigžņu komandas

papildus atšifrēšanas vienkāršošanai ļauj saglabāt vairāk

mainīgo lielumu skaits reģistros bez to turpmākās atsāknēšanas;

izveidoja komandu konveijeri, kas ļauj apstrādāt vairākus no tiem

vienlaicīgi;

daudzu reģistru klātbūtni;

izmantoja ātrgaitas atmiņu.

RISC procesoros mašīnas vadīšana ir sadalīta

vairāki soļi, katrs posms kalpo individuālai aparatūrai

līdzdalība un organizēja datu pārsūtīšanu no viena posma uz nākamo.

Šis produktivitāte palielinās sakarā ar to, ka tajā pašā laikā vairākas komandas tiek veiktas dažādos konveijera posmos.

Tipiskas komandas izpildi var iedalīt šādos posmos:

paraugu ņemšana IF - pie komandu skaitītāja norādītajā adresē, komanda tiek ielādēta no atmiņas;

3) izpilde ex operācijas, ja nepieciešams, lai atsauktos uz atmiņu - aprēķinot fizisko adresi;

4) aicināt mani atmiņā mani;

5) atceroties rezultātu wb

Pārstrādātājiem ar RISC arhitektūru izpildāmo komandu kopa tiek samazināta līdz minimumam. Lai īstenotu sarežģītākas darbības, jums ir jāapvieno komandas. Šajā gadījumā visām komandām ir fiksēts garuma formāts (piemēram, 12, 14 vai 16 biti), komandu izvēle no atmiņas un tās izpildi tiek veikta vienā ciklā (taktā) sinhronizāciju. RISC procesora komandu sistēma ietver iespēju vienlīdzīgi izmantot visus pārstrādātāju reģistrus. Tas nodrošina papildu elastību vairāku darbību veikšanā. MK ar RISC procesoru ietver AVR AVR AVR, MK PIC16 un Microchip un citu PIC17 firmas.

No pirmā acu uzmetiena MK ar RISC procesoru vajadzētu būt augstākai veiktspējai, salīdzinot ar CISC MK ar tādu pašu pulksteņa frekvenci iekšējā šosejas. Tomēr praksē jautājums par sniegumu ir sarežģītāks un neskaidrs.

2. attēls

Hārvardas arhitektūra gandrīz netika izmantota līdz 70. gadu beigām, bet MK ražotāji nesaprata, ka tas dod noteiktām priekšrocībām izstrādātājiem autonomās sistēmas Kontroli.

Fakts ir tāds, ka, spriežot pēc pieredzes, kā izmantot deputātus, lai pārvaldītu dažādus objektus, lai īstenotu lielāko kontroles algoritmu šādas priekšrocības fona Nimanov arhitektūra kā elastība un daudzpusība nav svarīgi. Analīze reālas programmas Vadība parādīja, ka nepieciešamā MK datu atmiņa, ko izmanto starpposma rezultātu uzglabāšanai, parasti ir lielums, kas ir mazāks par nepieciešamo programmu atmiņu. Šādos apstākļos vienas adrešu telpas izmantošana radīja komandu formāta palielināšanos, palielinot izplūdes skaitu, lai risinātu operatorus. Atsevišķu mazu datu izmantošana salīdzinājumā ar datu apjomu ir veicinājusi komandu garuma samazinājumu un paātrinātu informācijas meklēšanu datu atmiņā.

Turklāt Harvard arhitektūra nodrošina potenciāli vairāk liels ātrums Programmas īstenošana salīdzinājumā ar Neumanovskaya fonu dēļ iespēju īstenot paralēlas darbības. Nākamās komandas izvēle var notikt vienlaicīgi ar iepriekšējo, un nav nepieciešams apturēt procesoru komandu paraugu ņemšanas laikā. Šī metode īstenošanas operāciju ļauj nodrošināt izpildi dažādu komandu par tādu pašu pulksteņu, kas ļauj viegli noteikt laiku izpildes ciklu un kritisko sadaļām programmas.

Lielākā daļa mūsdienu 8 bitu MK lietošanas ražotāju ražotāju arhitektūru. Tomēr Hārvarda arhitektūra nav pietiekami elastīga, lai īstenotu dažas programmas procedūras. Tāpēc MK salīdzinājums, kas izgatavots pēc dažādām arhitektūrām, būtu jāveic saistībā ar konkrētu pieteikumu.

Laba diena Cienījamie radio amatieri!
Sveicieni jums uz vietas ""

Mikrokontrolleri

Mikrokontrolleris (Micro kontroliera vienība, MCU) - mikrošķiedra, kas paredzēta elektronisko ierīču kontrolei (Sk. 1.a att.). Tipisks mikrokontrolleris apvieno procesora un perifēro ierīču funkcijas, satur Oz (Operatīvā atmiņas ierīce) vai Rom. (Pastāvīga atmiņas ierīce). Būtībā tas ir mazs dators, kas spēj veikt konkrētus uzdevumus.

"Spēcīgas" skaitļošanas ierīces izmantošana modernā mikrokontrollerā, kas uzcelta vienā mikroshēmā, nevis kopumā, ievērojami samazina tā bāzē radīto instrumentu lielumu, enerģijas patēriņu un izmaksas. Mikrokontrolleri var atrast gandrīz jebkurā modernajā elektroniskajā ierīcē: mobilie tālruņi, foto un video kameras, kalkulatori, stundas, televizori, mediju atskaņotāji, datori, rūpniecības, automobiļu, militāro aprīkojumu un pat elektriskās ketes.

Līdz šim ir liels skaits mikrokontrolleru dažādi veidi. Izstrādātājiem ir popularitāte mikrokontrolleri rs Mikroshēmas tehnoloģija, kā arī AVR un rokas. Atmel Corporation. Lai piespiestu mikrokontrolleri veikt uzdevumus, tas ir ieprogrammēts, izmantojot īpašu programmu. Parasti tas ir pievienots koncepcija un satur failā ar paplašinājumu. Hex. Biežāk šī programma tiek saukta par "programmaparatūru" (programmaparatūra). Dažādi mikrokontrolleri ir rakstīti dažādi programmaparatūras. Jebkura programmaparatūra satur mašīnu kodus, kas saprot mikrokontrolleru. Bet personai ir grūti atcerēties pārvaldnieku un mašīnu kodu atbilstību. Tāpēc programma pirmo reizi raksta ar kādu valoduprogrammēšana (montētājs, c) un pēc tam pārnes uz kontroliera mašīnas kodiem, izmantojot tulkotāju programmu.

Programmu rakstīšanai ir arī īpaša programmatūra. Piemēram, Winavr tiek izmantots, lai attīstītu AVR programmaparatūru, kas ir visi nepieciešamie instrumenti: kompilators (valodām C un C ++), programmētājs, atkļūdotājs, redaktors utt. Winavr tiek plaši izmantots visā pasaulē, gan mīļotājiem, gan profesionāļiem. Lai izveidotu PIC mikrokontrolleru programmaparatūru, varat izmantot CCS PCWHD (pic ar kompilatoru) - C kompilatoru S. Tas pats, kas iepriekšējā programmatūra satur visu, kas nepieciešams, lai programmētu mikrokontrollerus.
Lai "Flash" mikrokontrolleru, ir nepieciešams programmētājs (sk. 16. att.). Tā ir programmatūras un aparatūras komplekss, kas tieši sastāv no ierīces, kas savieno mikrokontrolleru ar datoru, un programmu, kas kontrolē šo ierīci. Programmētājs iekļūst programmā, kas sagatavota mikrokontrolleram savā atmiņā. Programmētāju var iegādāties vai savākt sevi.

Ir atsevišķi programmētāji dažādiem mikrokontrolleru veidiem, kā arī universāliem, kas spēj mirgot lielāko daļu no šīm mikroshēmām. Viens no pēdējiem programmētāju mīnusiem ir augsta cena.

Mikrokontrolleru klasifikācija un struktūra. Mikrokontrollera procesora kodola struktūra, tās darbības galvenās īpašības. Arhitektūra procesora moduļa, lieluma un veida integrētās atmiņas, kopums perifērijas ierīcēm, veida mājokļu.

Sūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārša. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savā pētījumos un darbs būs ļoti pateicīgs jums.

• Ieviešana
• 2. Īpaša daļa
• 2.2 RISC arhitektūra.
• 2.3 mikrokontrolleris S.Risc arhitektūra
• Secinājums

Ieviešana

Mikrokontrolleris (MCU) ir mikroshēma, kas paredzēta elektronisko ierīču kontrolei. Tipisks mikrokontrolleris apvieno procesora un perifēro ierīču funkcijas, var saturēt RAM un ROM. Būtībā tas ir viens mikroshēmu dators, kas spēj veikt vienkāršus uzdevumus. Viena mikroshēmas izmantošana, nevis kopumā, kā gadījumā, ja parastajiem procesoriem, ko izmanto personālajos datoros, ievērojami samazina lielumu, enerģijas patēriņu un izmaksas, kas būvētas, pamatojoties uz mikrokontrolleri. Mikrokontrolleri ir pamats iegulto sistēmu veidošanai, tās var atrast daudzās modernajās ierīcēs, piemēram, tālruņos, \\ t veļas mašīnas utt Termins "mikrokontrolleris" (MK) pārvietoja iepriekš izmantoto terminu "viena astes mikro-dators" no patēriņa. Pirmais patents par vienu mikroshēmu mikro-dators tika izdots 1971. gadā inženieri M. KOCHEN un G. BUN, TEXAS INSTRUMENTS darbinieki. Tas bija tie, kas piedāvāja vienu kristālu ne tikai mikroprocesoru, bet arī atmiņu, I / O ierīces. Ar vienu mikroshēmu mikro-dators, datora automatizācijas laikmets vadības jomā ir saistošs. Acīmredzot, šis apstāklis \u200b\u200bun noteica terminu "mikrokontrolleris" (kontrole - kontrole). 1979. gadā NII TT izstrādāja vienu mikroshēmu 16 bitu datoru K1801v1, kuru arhitektūru sauca par "NC Electronics". 1980. gadā Intel ražo i8048 mikrokontrolleru. Nedaudz vēlāk, tajā pašā gadā, Intel ražo šādu mikrokontrolleru: I8051. Veiksmīga perifēro ierīču kopa, iespēja elastīgi izvēlēties ārējo vai iekšējo programmatūras atmiņu un pieņemama cena Nodrošināja šo mikrokontrollera panākumus tirgū. No tehnoloģiju viedokļa mikrokontroller I8051 bija ļoti sarežģīts produkts savam laikam - 128 tūkstoši tranzistoru tika izmantoti kristālam, kas 4 reizes pārsniedza tranzistoru skaitu 16 bitu I8086 mikroprocesorā.

1. Vispārīgā daļa

1.1 Mikrokontrolleru klasifikācija un struktūra

Pašlaik tiek ražoti vairāki MK veidi. Visas šīs ierīces var iedalīt trīs galvenajās klasēs:

8 bitu MK iegulto lietojumprogrammām;

16 - un 32 bitu MK;

digitālie signālu procesori (DSP).

Visbiežāk sastopamais pārstāvis MK ģimene ir 8 bitu ierīces, ko plaši izmanto rūpniecībā, mājsaimniecībā un datortehniķis. Viņi ir pagājuši savā attīstībā ceļu no vienkāršākajām ierīcēm ar relatīvi nepietiekami attīstītu perifēriju līdz mūsdienu daudzfunkcionāliem kontrolieriem, kas nodrošina sarežģītu reālā laika kontroles algoritmu īstenošanu. 8 bitu MK dzīvotspējas cēlonis ir izmantot tos, lai pārvaldītu reālus objektus, kurus galvenokārt izmanto algoritmi ar pārsvaru loģikas operācijas, kuru apstrādes ātrums ir praktiski neatkarīgs no procesora budžeta izpildes apstiprināšanas.

8 bitu MK popularitātes palielināšana veicina produktu klāsta nepārtrauktu paplašināšanos, ko rada šādi pazīstami uzņēmumi kā Motorola, Microchip, Intel, Zilog, Atmel un daudzi citi. Mūsdienu 8 bitu MK parasti ir vairākas atšķirīgas iezīmes. Mēs uzskaitām galvenos:

modulārā organizācija, kurā MK skaitlis (līnija) atšķiras, pamatojoties uz vienu procesoru kodolu (centrālais procesors), atšķiras datu atmiņas apjomā, perifēro moduļu kopa, sinhronizācijas biežuma kopums;

slēgtas MK arhitektūras izmantošana, ko raksturo adrešu līniju trūkums un dati par MK korpusa izejām. Tādējādi MK ir pilnīga datu apstrādes sistēma, kas palielina spējas, kas, izmantojot paralēlas autoceļus un datus, nav paredzams;

izmantojot tipiskus funkcionālos perifēros moduļus (taimeri, notikumu procesori, seriālo saskarņu kontrolieri, analogie līdz digitālie pārveidotāji, uc), kuriem ir nelielas atšķirības dažādu ražotāju MK darba algoritmos;

perifēro moduļu darbības veidu skaita paplašināšana, kas norādīta MK īpašo funkciju reģistru inicializēšanas procesā.

Ar modulāru konstruēšanas principu, visas MK viena ģimene satur procesora kodolu, tas pats visiem MK šīs ģimenes, un mainīgs funkciju bloks, kas atšķir dažādu modeļu MK. Procesors Kernel ietver: procesors; iekšējais kontrolieris (VKM) kā daļu no adreses, datu un kontroles riepas; Sinhronizācijas shēma MK; MK darbības režīmu pārvaldības shēma, tostarp atbalsts zemiem jaudas režīmiem, sākotnējā palaišana (reset) utt.

Mainīgais funkcionālais bloks ietver atmiņas moduļus dažādu veidu veidi un apjoms, I / O porti, pulksteņu ģeneratoru moduļi (g), taimeri. Salīdzinoši vienkāršā MK pārtraukuma apstrādes modulis ir daļa no procesora kodola. Sarežģītā MK, tas ir atsevišķs modulis ar uzlabotas funkcijas. Mainīgais funkciju bloks var ietvert šādus papildu moduļus kā sprieguma salīdzinatorus, analogos digitālos pārveidotājus (ADCS) un citus. Katrs modulis ir izstrādāts darbam kā daļu no MC, ņemot vērā VKM protokolu. Šī pieeja Ļauj izveidot dažādas MC struktūras vienā ģimenē.

1.2 Mikrokontrollera procesora kodola struktūra

Galvenās īpašības, kas nosaka veiktspēju MK procesora kodola ir:

reģistru kopums starpposma datu glabāšanai;

procesora komandu sistēma;

metodes operandu risināšanai atmiņas telpā;

komandas paraugu ņemšanas un izpildes organizēšana.

No viedokļa par komandu un metožu risināšanas sistēmu, mūsdienu 8 bitu MK procesora kodols īsteno vienu no diviem veidošanas procesoru principiem:

cISC-arhitektūras procesori, kas īsteno tā saukto pilno komandu sistēmu (sarežģīts instrukciju komplekts dators);

rISC-arhitektūras procesori, kas īsteno samazinātu komandu sistēmu (samazināts instrukciju iestatījums dators).

CISC procesori veic lielu komandu komplektu ar uzlabotas risināšanas iespējas, sniedzot attīstītājam iespēju izvēlēties vispiemērotāko komandu, lai veiktu nepieciešamo darbību. Piemērojot 8 bitu MC, procesors ar CISC arhitektūru var būt viens baits, divu baitu un trīs velosipēdu (retu četru caurlaides) komandu formātu. Komandas izpildes laiks var būt no 1 līdz 12 cikliem. MK ar CISC arhitektūru ietver uzņēmuma Intel MK ar MCS-51 kodolu, ko pašlaik atbalsta vairāki ražotāji, NS05, NS08 un NS11 ģimeņu MK motorola un vairāki citi.

No viedokļa organizējot paraugu ņemšanas procesus un izpildīt komandu mūsdienu 8 bitu MK, viena no jau minētajām divām MPS arhitektūrām: tiek piemērots Nimananovskaya (Princetonijas) vai Hārvarda reģions.

Galvenā priekšrocība arhitektūras fona-Neiman ir vienkāršošana MPS ierīces, jo tas tiek īstenots tikai uz vienu kopīgu atmiņu. Turklāt vienotas atmiņas zonas izmantošana ļāva ātri pārdalīt resursus starp programmām un datiem, kas ievērojami palielināja IPU elastību programmatūras izstrādātāja ziņā. Kaudzes novietošana kopējā atmiņā veicināja piekļuvi tās saturam. Tas nav nejaušība, ka fona-Neumanovskas arhitektūra ir kļuvusi par galveno arhitektūru universālie datori, ieskaitot personālos datorus.

Fakts ir tāds, ka, spriežot pēc pieredzes, kā izmantot deputātus, lai pārvaldītu dažādus objektus, lai īstenotu lielāko kontroles algoritmu šādas priekšrocības fona Nimanov arhitektūra kā elastība un daudzpusība nav svarīgi. Reālā pārvaldības programmu analīze parādīja, ka nepieciešamā summa MK datu atmiņa, ko izmanto, lai saglabātu starpposma rezultātus, parasti ir kārtība, kas ir mazāks par nepieciešamo programmatūras atmiņu. Šādos apstākļos vienas adrešu telpas izmantošana izraisīja komandu formāta palielināšanos, palielinot izplūdes skaitu, lai risinātu operandus. Atsevišķu mazu datu izmantošana salīdzinājumā ar datu apjomu ir veicinājusi komandu garuma samazinājumu un paātrinātu informācijas meklēšanu datu atmiņā.

Pašlaik visspilgtākais SISC un RISC mikrokontrolleru pārstāvji ar attiecīgi, Nimanovskaya un Hārvarda arhitektūras ir mikrokontrolleri I8051 un AVR - Atmel mikrokontrolleri, kas vairākiem īpašībām pārsniedza ļoti labi pazīstamas attēli - mikrokontrolleri. Tāpēc mēs uzskatām, ka iepriekš minēto pārstāvju organizācija un ierīce.

2. Īpaša daļa

2.1 CISC un RISC procesora arhitektūra

Divas galvenās arhitektūras komplekta komandu, ko izmanto datoru nozare pie mūsdienu posms attīstību skaitļošanas iekārtu ir CISC un RISC arhitektūras. CISC arhitektūras dibinātājs - arhitektūra ar pilnu komandu komplektu (CISC - pilnīgu instrukciju komplektu datoru) var uzskatīt par IBM ar savu galveno IBM / 360 arhitektūru, kura kodolu izmanto kopš 1964. gada un sasniedza mūsu dienas, piemēram, , tādos mūsdienīgos lieldatoros, kā IBM ES / 9000.

Tiek ņemta vērā līderis mikroprocesoru izstrādē ar pilnu komandu komplektu intel. Ar mikroprocesoriem x86 un Pentium. Tas ir praktiski standarts mikroprocesoru tirgum. RISC procesora arhitektūras vienkāršība nodrošina savu kompaktumu, praktisko problēmu neesamību ar kristāla dzesēšanu, kas nav Intel procesoru pārstrādātāji, pastāvīgi ievērojot CISC arhitektūras attīstību. CISC-arhitektūras stratēģijas izveide ir notikusi sakarā ar tehnoloģisko iespēju nodot "smaguma centra" datu apstrādi no programmatūras līmeņa uz sistēmu aparatūru, jo galvenais efektivitātes ceļš CISC datoram galvenokārt ir redzējis kompilatoru vienkāršošanu un samazinot izpildāmo moduli. Līdz šim CISC procesori ir gandrīz monopols datoru tirgus nozarē personālie datoriTomēr RISC procesori nav vienādi ar augstas veiktspējas serveru un darbstaciju nozarē. Galvenās iezīmes RISC arhitektūra ar līdzīgu raksturu, iezīmes CISC arhitektūras tiek parādītas šādi (1. tabula):

1. tabula. Arhitektūras pamatfunkcijas

Viena no svarīgākajām RISC arhitektūras priekšrocībām ir liels aritmētisko aprēķinu ātrums. RISC procesori bija pirmais, kas sasniedza visbiežāk sastopamo IEEE 754 standarta iestatījumu 32 bitu formātu, lai attēlotu skaitļus ar fiksētu punktu un 64 bitu "pilnu precizitāti" formātu peldošam punktu skaitam. Ātrgaitas veiktspēja aritmētiskās operācijas Kombinēts ar augstu aprēķinu precizitāti nodrošina beznosacījumu vadības RISC procesorus ātrumu salīdzinājumā ar CISC procesoriem.

Vēl viena RISC procesoru iezīme ir līdzekļu komplekss, kas nodrošina aritmētisko ierīču nepārtrauktu darbību: filiāles dinamiskās prognozēšanas mehānisms, liels skaits operatīvo reģistra, daudzlīmeņu iebūvēta kešatmiņa.

Reģistrācijas struktūras organizācija ir galvenā priekšrocība un galvenā problēma RISC. Gandrīz jebkura RISC arhitektūras īstenošana izmanto trīsattiecīgu pārstrādes operācijas, kurās rezultātā un diviem operandiem ir neatkarīga adrese - R1: \u003d R2, R3. Tas ļauj jums izvēlēties operandus no adresātiem darbības reģistriem bez ievērojamiem laika izdevumiem un uzrakstīt rezultātu operācijas uz reģistrā. Turklāt triple operācijas nodrošina kompilatoru lielāku elastību salīdzinājumā ar CISC arhitektūras tipa paraugu "reģistra atmiņu". Kopā ar ātrgaitas aritmētisko RISC darbības veidu "Reģistrs - reģistrs" kļūst par ļoti spēcīgu līdzekli, lai uzlabotu procesora darbību.

Tajā pašā laikā atbalsts reģistriem ir Ahileja piektā RISC arhitektūra. Problēma ir tā, ka procesā izpildes uzdevums, RISC sistēma ir vairākkārt spiesta atjaunināt saturu procesora reģistros, un minimālajā laikā, lai neradītu garu dīkstāves aritmētisko ierīci. CISC sistēmām šāda problēma neeksistē, jo reģistru modifikācija var rasties pret "atmiņas atmiņas" formāta komandas apstrādi.

Ir divas pieejas, lai risinātu problēmu modificējot reģistru RISC arhitektūrā: RISC-1 un RISC-2 projektos ierosinātā aparatūra, kā arī IVM un standfordas universitāšu speciālistu programma. Galvenā atšķirība starp tām ir tā, ka aparatūras risinājums ir balstīts uz vēlmi samazināt laiku, lai izsauktu procedūras, uzstādot papildu procesoru aprīkojumu, bet programmatūras risinājums Tā ir balstīta uz kompilatora iespējām un ir ekonomiskāka no procesora aprīkojuma viedokļa.

2.2 RISC arhitektūra.

20. gadsimta 70. gados zinātnieki izvirzīja revolucionāru ideju izveidot mikroprocesoru, "izpratni" tikai minimālo iespējamo komandu skaitu.

RISC procesora plāns (samazināts instrukciju komplekts dators, dators ar samazinātu komandu komplektu) dzimis, kā rezultātā praktiskus pētījumus par komandu izmantošanas biežumu, ko veica 70. gados ASV un Anglijā. To tiešais rezultāts ir slavens "80./20. Noteikums": 80% no tipiskā lietojumprogrammas koda, tiek izmantoti tikai 20% no vienkāršākajām mašīnu komandām no visa pieejamā komplekta.

Pirmais "reālais" RISC procesors ar 31 komandām tika izveidots David Patterson vadībā no Berkelejas Universitātes, pēc tam sekoja procesors ar 39 komandu komplektu. Tie ietvēra 20-50 tūkstošus tranzistoru. Pattersona augļi izmantoja Sun Microsystems Company, kas izstrādāja SPARC arhitektūru ar 75 komandām 70. gadu beigās. 1981. gadā MIPS projekts RISC procesora izlaišanai ar 39 komandām sākās Stanfordas universitātē. Rezultātā MIPS Computer Corporation tika dibināta 1980. gadu vidū, un šāds procesors tika uzbūvēts ar 74 komandām.

Saskaņā ar neatkarīgu IDC uzņēmumu, 1992. gadā, Sparc arhitektūra aizņem 56% no tirgus, tad sekoja MIPS - 15% un PA-RISC - 12,2%

Aptuveni tajā pašā laikā Intel ir izstrādājis virkni 80386, jaunākās "True" CISC procesori IA-32 ģimenē. Pēdējo reizi uzlabojot veiktspēju tika panākta tikai, sarežģījusi procesora arhitektūru: no 16 bitu pārvērtās 32 bitu, papildu aparatūras komponenti atbalstīja virtuālo atmiņu, un tika pievienotas vairākas jaunas komandas.

Galvenās iezīmes RISC procesoru:

Saīsināts komandu kopums (no 80 līdz 150 komandām).

Lielākā daļa komandu tiek veiktas 1 taktā.

Liels skaits vispārējas nozīmes reģistriem.

Cieto daudzpakāpju konveijeru klātbūtne.

Visām komandām ir vienkāršs formāts, un tiek izmantotas dažas adresēšanas metodes.

Telpu klātbūtne atsevišķa kešatmiņa.

Kompilatoru optimizēšanas optimizēšana, kas analizē pirmkodu un daļēji maina komandu secību.

3. paaudzes RISC procesori

Lielākie RISC procesora izstrādātāji tiek uzskatīti par Sun Microsystems (SPARC arhitektūra - Ultra SPARC), IBM (jaudas multi-chisty procesori, viena čipu PowerPC - PowerPC 620), digitālās iekārtas (Alpha - Alpha 21164), MIPS tehnoloģijas (RXX00 - R 100 000 Ģimene), kā arī Hewlett-Packard (PA-RISC - PA-8000 arhitektūra).

Visas trešās paaudzes RISC procesori:

ir 64 bitu bitu un superceling (ne mazāk kā 4 komandas uz tact);

ir iebūvēti konveijera bloki peldošā punkta aritmētikā;

ir daudzlīmeņu kešatmiņa atmiņa. Lielākā daļa RISC procesoru kešatmiņu pirms dekodētām komandām;

tie tiek ražoti CMOS tehnoloģijā ar 4 metalizācijas slāņiem.

Lai apstrādātu datus, tiek izmantots filiāļu dinamiskās prognozēšanas algoritms un reģistru pārcelšanas metode, kas ļauj ieviest ārkārtas komandu izpildi.

RISC procesoru darbības pieaugums tiek panākts, palielinot Crystal shēmas pulksteņa frekvenci un komplikāciju. Pirmā virziena pārstāvji ir uzņēmuma decembra alfa procesori, visgrūtākais joprojām ir Hewlett-Packard procesori.

Mašīnu komandu komplekta samazināšana RISC arhitektūrā ļāva ievietot lielu skaitu vispārējas nozīmes reģistrus skaitļošanas kodolā Crystal. Vispārējas nozīmes reģistra skaita palielināšana ļāva samazināt piekļuvi lēnai RAM, atstājot RAM, lai strādātu ar RAM tikai lasīt datus no RAM reģistrā un ierakstiet datus no reģistra uz RAM, visas citas mašīnas komandas tiek izmantotas kā operandi vispārīgi Mērķi reģistri.

Galvenās priekšrocības RISC arhitektūra ir šādas īpašības:

Liels skaits vispārēju mērķu reģistru.

Visu mikroerāciju universālais formāts.

Vienāds laiks, lai veiktu visas mašīnas komandas.

Gandrīz visi datu pārraides darījumi tiek veikti maršruta reģistrā - reģistrā.

Vienāds visu mašīnu komandu izpildes laiks ļauj apstrādāt komandu instrukciju plūsmu par konveijera principu, t.i. Tiek veikta aparatūras daļu sinhronizācija, ņemot vērā vienas aparatūras bloka secīgo pārraidi uz citu.

Aparatūras bloki RISC arhitektūrā:

Instrukcijas iekraušanas ierīce ietver šādus komponentus: instrukciju parauga vienība no instrukcijām "Atmiņa, instrukcija, kur instrukcija tiek ievietota pēc tā parauga un instrukcijas dekodēšanas vienības. Šo posmu sauc par norādījumu paraugu ņemšanas posmu.

Vispārējas nozīmes reģistri kopā ar reģistra kontroles blokiem veido konveijera otro posmu, kas ir atbildīga par mācību operandu lasīšanu. Operands var uzglabāt pašas instrukcijās vai vienā no vispārējām mērķa reģistriem. Šo posmu sauc par operanda paraugu ņemšanas soli.

Aritmētiskā loģiskā ierīce un, ja tiek īstenota šī arhitektūra, akumulators kopā ar vadības loģiku, kas, pamatojoties uz instrukciju reģistra saturu, nosaka mikrouzņēmuma veidu. Datu avots papildus instrukcijām var būt komandu skaitītājs, veicot nosacītu vai beznosacījumu pārejas mikrouzņēmumus. Šo posmu sauc par konveijera izpildvaru.

Vispārējas nozīmes reģistru kopums, ierakstu loģika un dažreiz no RAM veido datu uzglabāšanas līmeni. Šajā posmā instrukciju rezultāti tiek reģistrēti vispārējas nozīmes reģistros vai galvenajā atmiņā.

Tomēr, izstrādājot RISC arhitektūru, Intel X86 arhitektūra, kas veikta par CISC arhitektūras principu, bija medicīnas mikroprocesoru rūpnieciskais standarts de facto. Liela skaita programmu klātbūtne, kas rakstīta saskaņā ar Intel X86 arhitektūru, padarīja neiespējamu masveida datoru pāreju uz RISC arhitektūru. Šī iemesla dēļ galvenā joma, izmantojot RISC arhitektūru, bija mikrokontrolleri, jo tie nav saistīti ar esošo programmatūru. Turklāt daži EMM ražotāji, kurus vada IBM, arī sāka ražot RISC arhitektūras celtētos datorus, tomēr programmatūras nesaderība starp Intel X86 un RISC arhitektūru lielā mērā ierobežoja pēdējo izplatību.

Tomēr RISC arhitektūras priekšrocības bija tik nozīmīgas, ka inženieri atrada veidu, kā doties uz RISC arhitektūras kalkulatoriem, vienlaikus atsakoties pastāvēt programmatūru. Kodola modernāko mikroprocesoru atbalsta Intel X86 arhitektūru veic RISC arhitektūra ar daudzkrāsainu konveijera apstrādes atbalstu. Mikroprocesors saņem instrukciju Intel X86 ievadā, aizstājot to ar vairākiem (līdz 4) norādījumiem.

Tādējādi lielāko daļu moderno mikroprocesoru serdes, kas sākas ar Intel 486DX, RISC arhitektūru izgatavo ar atbalstu ārējam Intel X86 interfeisam. Turklāt lielākā daļa mikrokontrolleru, kā arī daži mikroprocesori tiek ražoti ar RISC arhitektūru.

Mūsdienu RISC procesorā bieži tiek izmantoti ne mazāk kā 32 reģistri

vairāk nekā 100, bet klasiskā TSMM parasti 8-16 ģenerāldirektoros

galamērķis. Tā rezultātā pārstrādātājs ir 20% -30% mazāk bieži attiecas uz

rAM, kas arī izvirzīja datu apstrādes ātrumu. Turklāt

turklāt liela skaita reģistru klātbūtne vienkāršo kompilatora darbību par reģistru sadalījumu mainīgajos lielumos. Procesora topoloģija, kas veikta vienā integrālās ķēdes veidā, tika vienkāršota, tika samazināts tās attīstības laiks, kļuva lētāks.

Pēc RISC procesoru parādīšanās tradicionālie pārstrādātāji saņemti

cISC apzīmējums - tas ir, ar pilnu komandu komplektu (pilnīgu instrukciju komplektu datoru).

Pašlaik RISC procesori ir plaši izplatīti. Tiek raksturoti mūsdienīgi RISC procesori

nākamais:

vienkāršota komandu kopa;

tiek izmantotas fiksētas garuma un fiksēto formātu komandas, \\ t

vienkārši veidi, kā risināt, kas ļauj jums vienkāršot dekodēšanas komandu loģiku;

lielākā daļa komandu tiek veikta viena cikla procesora;

komandu loģikas izpilde, lai palielinātu produktivitāti

koncentrējas uz aparatūru, nevis uz programmaparatūras ieviešanu,

nav makro makro, sarežģīt procesora struktūru un

samazināts tās darbības ātrums;

rAM aprobežojas ar operācijām

datu pārsūtīšana;

apstrādei, kā likumu, tiek izmantoti trīs zvaigžņu komandas

papildus atšifrēšanas vienkāršošanai ļauj saglabāt vairāk

mainīgo lielumu skaits reģistros bez to turpmākās atsāknēšanas;

izveidoja komandu konveijeri, kas ļauj apstrādāt vairākus no tiem

vienlaicīgi;

daudzu reģistru klātbūtni;

izmantoja ātrgaitas atmiņu.

RISC procesoros mašīnas vadīšana ir sadalīta

vairāki soļi, katrs posms kalpo individuālai aparatūrai

līdzdalība un organizēja datu pārsūtīšanu no viena posma uz nākamo.

Šis produktivitāte palielinās sakarā ar to, ka tajā pašā laikā vairākas komandas tiek veiktas dažādos konveijera posmos.

Tipiskas komandas izpildi var iedalīt šādos posmos:

paraugu ņemšana IF - pie komandu skaitītāja norādītajā adresē, komanda tiek ielādēta no atmiņas;

2) ID komandas dekodēšana - precizējot tās nozīmi, paraugu operandiem no reģistriem;

3) izpilde ex operācijas, ja nepieciešams, lai atsauktos uz atmiņu - aprēķinot fizisko adresi;

4) aicināt mani atmiņā mani;

5) atceroties rezultātu wb

Pārstrādātājiem ar RISC arhitektūru izpildāmo komandu kopa tiek samazināta līdz minimumam. Lai īstenotu sarežģītākas darbības, jums ir jāapvieno komandas. Šajā gadījumā visām komandām ir fiksēts garuma formāts (piemēram, 12, 14 vai 16 biti), komandu izvēle no atmiņas un tās izpildi tiek veikta vienā ciklā (taktā) sinhronizāciju. RISC procesora komandu sistēma ietver iespēju vienlīdzīgi izmantot visus pārstrādātāju reģistrus. Tas nodrošina papildu elastību vairāku darbību veikšanā. MK ar RISC procesoru ietver AVR AVR AVR, MK PIC16 un Microchip un citu PIC17 firmas.

No pirmā acu uzmetiena MK ar RISC procesoru vajadzētu būt augstākai veiktspējai, salīdzinot ar CISC MK ar tādu pašu pulksteņa frekvenci iekšējā šosejas. Tomēr praksē jautājums par sniegumu ir sarežģītāks un neskaidrs.

1. att. MK ar RISC arhitektūru

Hārvarda arhitektūra tika gandrīz neizmantota līdz 70. gadu beigām, bet MK ražotāji nesaprata, ka tas dod noteiktas priekšrocības autonomo kontroles sistēmu izstrādātājiem.

Fakts ir tāds, ka, spriežot pēc pieredzes, kā izmantot deputātus, lai pārvaldītu dažādus objektus, lai īstenotu lielāko kontroles algoritmu šādas priekšrocības fona Nimanov arhitektūra kā elastība un daudzpusība nav svarīgi. Reālā pārvaldības programmu analīze parādīja, ka nepieciešamā summa MK datu atmiņa, ko izmanto, lai saglabātu starpposma rezultātus, parasti ir kārtība, kas ir mazāks par nepieciešamo programmatūras atmiņu. Šādos apstākļos vienas adrešu telpas izmantošana radīja komandu formāta palielināšanos, palielinot izplūdes skaitu, lai risinātu operatorus. Atsevišķu mazu datu izmantošana salīdzinājumā ar datu apjomu ir veicinājusi komandu garuma samazinājumu un paātrinātu informācijas meklēšanu datu atmiņā.

Turklāt Hārvarda arhitektūra nodrošina potenciāli lielāku programmas ātrumu salīdzinājumā ar Neumanovskaya fonu, jo ir iespēja īstenot paralēlas darbības. Nākamās komandas izvēle var notikt vienlaicīgi ar iepriekšējo, un nav nepieciešams apturēt procesoru komandu paraugu ņemšanas laikā. Šī metode īstenošanas operāciju ļauj nodrošināt izpildi dažādu komandu par tādu pašu pulksteņu, kas ļauj viegli noteikt laiku izpildes ciklu un kritisko sadaļām programmas.

Lielākā daļa mūsdienu 8 bitu MK lietošanas ražotāju ražotāju arhitektūru. Tomēr Hārvarda arhitektūra nav pietiekami elastīga, lai īstenotu dažas programmas procedūras. Tāpēc MK salīdzinājums, kas izgatavots pēc dažādām arhitektūrām, būtu jāveic saistībā ar konkrētu pieteikumu.

2.3 mikrokontrolleris ar RISC arhitektūru

PIC16C71 attiecas uz mikrokontrollera CMOS ģimeni. Tas ir raksturīgs ar to, ka tai ir iekšējais 1K x 14 bitu eProm programmām, 8 bitu datiem un 64 baitu iebūvētu analogo līdz digitālo pārveidotāju. Atšķiras ar zemām izmaksām un augstu veiktspēju.

Lietotāji, kas ir pazīstami ar PIC16C5X ģimeni, var redzēt

detalizēts saraksts ar distinciem, kas jauni no iepriekš ražotiem kontrolieriem.

Visas komandas sastāv no viena vārda (14 bitu platums) un tiek izpildīti vienā ciklā (200 ns pie 20 MHz), izņemot pārejas komandas, kas tiek veiktas divos ciklos (400 ns).

Pic16C71 ir pārtraukta, kas tiek aktivizēta no četriem avotiem, un

astoņu aparatūras kaudze.

Perifērās ierīces ietver 8 bitu taimeri / skaitītāju ar 8 bitu

programmējams provizoriskais dalītājs (faktiski 16 - bitu taimeris),

13 līnijas divvirzienu I / O un astoņu bitu ADC. Augsts

slodzes jauda (25 mA max. plūstošs strāva, 20 mA max. plūstošs

pašreizējās) ievades / izvades līnijas vienkāršo ārējos vadītājus un tādējādi samazinās

sistēmas kopējās izmaksas.

ADC ir četri kanāli, paraugu ņemšanas un uzglabāšanas shēma, atrisināt spējas 8

mazliet ar kļūdu ne vairāk kā vienu jaunāko izlādi. Vidējais laiks

converting 30 μs, ieskaitot paraugu ņemšanas laiku.

PIC16C71 sērija ir piemērota plašam lietojumprogrammu lokam.

automobiļu un elektromotoru ātrgaitas apsaimniekošana uz ekonomiskām attālo uztvērējiem, norādot ierīces un savienotas

procesori. ROM klātbūtne ļauj pielāgot izmantotos parametrus

programmas (raidītāja kodi, motora apgriezienu skaits, uztvērēja frekvence utt.).

Mazie izmēri korpusiem, gan regulārai, gan virsmas montāžai padara šo sēriju mikrokontrolleru piemērotas pārnēsājamām lietojumprogrammām.

Zema cena, rentabilitāte, ātrums, lietošanas ērtums un I / O elastīgums padara PIC16C71 pievilcīgu pat apgabalos, kur mikrokontrolleri nav izmantoti. Piemēram, taimeri, aizstājot stingru loģiku lielās sistēmās, coprocesors.

Mikrokontrolleram ir:

tikai 35 vienkāršas komandas;

visas komandas tiek veiktas vienā ciklā (200NS), izņemot pārejas komandas - 2

cikls;

darbības frekvence 0 Hz ... 20 MHz (min 200 ns komandas cikls)

14 - bitu komandas;

8 - bitu dati;

36 x 8 Vispārējie lietošanas reģistri;

15 SFR īpašie aparatūras reģistri;

astoņu līmeņu aparatūras kaudze;

tieša, netieša un relatīva datu un komandu risināšana;

Četri pārtraukuma avoti:

Ārējais ieraksts int.

pārplūdes taimeris RTCC.

pārtraukt, veicot analogo digitālo konversiju

pārtraukt, mainot signālus ostas līnijās B.

Mikrokontrollera perifērijas ierīces, ievade un noslēgšana ir:

13 Ievades izejas līnijas ar individuālu iestatījumu;

plūsmas / plūstošā strāva, lai kontrolētu LED

. Max plūstošā strāva - 25 mA

. Max plūstošā strāva - 20 ma

8 - bitu taimeris / RTCC skaitītājs ar 8 bitu programmējamu iepriekšēju dalītāju;

aDC modulis:

4 Multiplexed analogās ieejas, kas savienotas ar vienu

analogā digitālais pārveidotājs

paraugu ņemšanas shēma \\ t

konversijas laiks - 20 μs kanālā

pārveidotājs - 8 biti, ar kļūdu +1 LSB

ieeja ārējai atskaites spriegumam VREF (Vref<= Vdd)

ieejas analogo signālu diapazons no VSS uz VREF

automātiska atiestatīšana, kad ieslēgts;

taimera iekļaušana izdalīšanās laikā;

ģeneratora palaišanas taimeris;

Sargsuns WDT taimeris ar savu iebūvēto ģeneratoru

pastiprināta uzticamība;

EPROM SECRECY BIT koda aizsardzībai;

ekonomisks miega režīms;

atlasāmie biti, lai iestatītu iebūvētās ģeneratora ierosmes režīmu:

RC Generator RC.

normal Quartz XT rezonators

augstas frekvences kvarca rezonators HS

ekonomisks zemas frekvences kristāls LP

iebūvēta ierīce pašprogrammēšanas programmām, \\ t

tiek izmantotas tikai divas kājas.

Kāju apzīmējumi un to funkcionālais mērķis:

RA4 / RTCC - ievade, izmantojot sprūdu

Schmidt. I / O portlets ar

atvērtā krājuma vai frekvences ievade

rTCC taimeris / skaitītājs.

RA0 / AIN0 - divvirzienu I / O līnija.

Analogā kanāla ievade 0.

RA1 / AIN1 - divvirzienu I / O līnija.

Analogā kanāla ievade 1.

Kā digitālajam ievadei ir TTL līmeņi.

RA2 / AIN2 - divvirzienu I / Oline.

Analogā kanāla ievade 2.

Kā digitālajam ievadei ir TTL līmeņi.

RA3 / AIN3 / VREF - BIDIRECTIONAL I / O līnija.

RB0 / Int - divvirzienu ostas līnija

izejas vai ārējā pārtraukuma ievade.

RB1 - RB5 - divvirzienu ieejas līnijas /

produkciju.

RB6 - divvirzienu ieejas līnijas /

produkciju.

RB7 - divvirzienu ieejas līnijas /

produkciju.

/ Mclr / vpp - zems par to

ieeja ģenerē atiestatīšanas signālu

kontrolierim. Aktīvs zems.

Ieeja caur Schmidt sprūdu.

OSC1 - lai savienotu kvarcu, rc vai ārējā pulksteņa frekvences ievadi.

OSC2 - Ģenerators, ienesīguma pulkstenis

Clkout - frekvences RC režīmā ģeneratora, citos gadījumos - par pilonu. kvarcs

VDD barošanas avots.

VSS - komunikācija (Zeme).

Secinājums

Šajā kursā tiek ņemti vērā, mikrokontrolleri ar RISC un CISC arhitektūru. RISC arhitektūra tika uzskatīta par padziļinātu un precīzāku. Mikrokontrollera klasifikācija, struktūra, struktūra

procesors Kernel mikrokontrollera, galvenās iezīmes RISC arhitektūras.

Līdz šim ir vairāk nekā 200 mikrokontrolleru moderību ar I8051, ko ražo divi desmiti uzņēmumi, un liels skaits mikrokontrolleru cita veida. Izstrādātāji ir populāri ar 8 bitu mikročipu tehnoloģiju un AVR AVR PIC mikrokontrolleriem, sešpadsmit bitu MSP430 firmām TI, kā arī roku, kura arhitektūra izstrādā roku un pārdod licences citiem uzņēmumiem to ražošanai, pārstrādātājiem - mikrokontrolleri.

Projektējot mikrokontrollerus, ir nepieciešams ievērot līdzsvaru starp izmēriem un izmaksām vienā pusē un elastīgumu un veiktspēju, no otras puses. Dažādiem lietojumiem šo un citu parametru optimālā attiecība var būt ļoti atšķirīga. Tāpēc ir liels skaits mikrokontrolleru veidu, kas atšķiras procesora moduļa arhitektūrā, integrētās atmiņas lielumu un veidu, perifēro ierīču komplektu, mājokļa veidu utt.

Izmantotās literatūras saraksts

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

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

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

Līdzīgi dokumenti

Mikrokontrolleri - mikroshēmas, kas paredzētas elektronisko ierīču kontrolei, to klasifikācijai. Mikrokontreru procesora kodola struktūra, galvenās īpašības, kas nosaka tās veiktspēju. CISC un RISC procesora arhitektūra.

kursu darbs pievienots 03.10.2010


Mikrokontrolleris (MCU) ir mikroshēma, kas paredzēta elektronisko ierīču kontrolei. Tos var atrast daudzās mūsdienu ierīcēs, tostarp vietējiem vietējiem. Dažādu mikrokontrolleru, kodolu, atmiņas, jaudas, perifērijas arhitektūras apsvērumi.

abstrakts, pievienots 12/24/2010


Procesora fragmenta struktūra. Procesora vienības funkcionālo sastāvu. Izplatītāja ievades / izvades signāli. Kontrolēt programmaparatūru komandai. Ierīces kontrole un sinhronizācija, tās darbības princips. Ievades ostas, mikrokontrollera izeja.

kursa darbs, pievienots 04/17/2015


Mikrokontrolleris ir dators vienā mikroshēmā, tās mērķis elektronisko ierīču pārvaldībai saskaņā ar LAS programmu. Mikrokontrolleru programmēšanas vide, savienojuma ķēde. Programmas īstenošana mikrokontrollerā.

kursa darbs, pievienots 02/21/2011


Mikrokontrolleris kā mikroshēma, kas paredzēta elektronisko ierīču, tās struktūras un kompozītu elementu, darbības jomas un izplatības kontrolei. Moore likums. Simboliskas atkļūdošanas programmas MK. Dati montētājs programmās.

kursa darbs, pievienots 11.12.2010


LED ierīces mērķis un ekspluatācijas apstākļi MK Apiny 15. Mikrokontrolleris ir mikroshēmas paredzēts kontrolēt elektroniskās ierīces. Tās izmantošanas pamatojums. LED ierīces bloka diagrammas izstrāde.

kursa darbs, pievienots 04.04.2015


Procesora moduļa izstrāde - neatkarīga ierīce, kas saskaņā ar ieejas datiem veic vienu no divām darbībām: nepievilcīgu skaitļu skaitļu skaitļi un binārā decimālā numura transformācija binārā. Dizaina m-mašīna.

kursa darbs, pievienots 06/16/2011


Mikrokontrolleru koncepcija un veidi. Programmēšanas mikroprocesoru sistēmu iezīmes, ķīmisko procesu vadības sistēmu būvniecība. Pētījums par AVR mikrokontrollera arhitektūras AVR un balstoties uz tās pamata Arduino platformu.

kursa darbs, pievienots 01/13/2011


Interfeisa attīstība un izsmalcināta strukturālā ķēde, procesoru modulis, atmiņas un ieejas / izejas apakšsistēmas, programmatūras algoritms. Programmatūras un datu atmiņas novērtējums. Adreses telpas struktūra. Tastatūras un indikācijas organizēšana.

kursa darbs, pievienots 08/09/2015


Dinamisku atmiņas priekšmetu veikšana mikroshēmu veidā. Matricas atmiņas mikroshēmu struktūra modulī. DIP - mikrocirkate ar divām rindām kontaktiem abās lietas pusēs. Īpaši apzīmējumi atmiņas moduļa mājoklī.