Organizarea microcontrolerului de memorie

Porturi I / O

Contoare de cronometre

Întrerupe

Convertor analog-digital

Interfețe de comunicare

• Universal sincron asincron de transceiver USART

Curs video pentru microcontrolere de programare STM32

Microprocesorse numește un software și un dispozitiv controlat care implementează procesul de procesare a informațiilor digitale și de control al acestora. Microprocesorul este implementat ca un cip integrat mare (bis) sau super-mare (SBI). Microprocesorul efectuează rolul unui procesor în sisteme digitale în diferite scopuri.

Principala caracteristică a microprocesorului este posibilitatea de a programa logica muncii.

Microcontroler (MCU) - Microcircuit conceput pentru a controla dispozitivele electronice. Microcontrolerul tipic combină funcțiile procesorului și dispozitiv perifericpoate conține RAM și ROM. În esență, este un computer cu un singur littic capabil să funcționeze sarcini simple. Utilizarea unui singur cip, în loc de un set întreg, ca în cazul procesatorilor convenționali utilizați în computerele personale, reduce semnificativ dimensiunea, consumul de energie și costul dispozitivelor construite pe baza microcontrolerelor.

Sistemul de microprocesor (MPS) Este un produs finalizat funcțional constând din unul sau mai multe dispozitive, în principal microprocesor: microprocesor și / sau microcontroler.

Dispozitiv microprocesor (MPU) este un produs finalizat funcțional și constructiv format din mai multe microcircuite, care include un microprocesor; Se intenționează să efectueze un set specific de funcții: primirea, prelucrarea, transmiterea, conversia și gestionarea informațiilor.

Principalele avantaje ale sistemelor de microprocesor Comparativ cu sistemele digitale pe "logica hard".

• Multifuncționalitate: cantitate mare Funcțiile pot fi implementate pe o bază de date de element.
• Flexibilitate: Posibilitatea corectării și modificării programului de microprocesor pentru implementare diferite moduri Sistemul funcționează.
• Compactness: Dimensiunile miniaturale ale cipului și reducerea cantității în comparație cu implementarea pe "Logica rigidă" vă permite să reduceți dimensiunile dispozitivului.
• Creșterea imunității la zgomot: mai puțini conductori conjunctivi contribuie la îmbunătățirea fiabilității dispozitivului.
• Performanță: Abilitatea de a aplica frecvențe mari de operare și algoritmi mai complexe de procesare a informațiilor.
• Protecția informațiilor: Abilitatea de a proteja programul microprocesor de la citire vă permite să protejați dezvoltatorii de drepturi de autor.

Deși microprocesorul este un mijloc universal pentru procesarea informațiilor digitale, cu toate acestea, aplicațiile separate necesită implementarea anumitor variante specifice ale structurii și arhitecturii lor. Prin urmare, două clase sunt alocate prin semn funcțional: microprocesoare scop general și microprocesoare specializate. Printre microprocesoarele specializate, microcontrolerele au fost distribuite pe scară largă, destinate să efectueze funcțiile de control ale diferitelor obiecte și procesoarele de semnal digital (procesorul DSP - semnal digital), care se concentrează pe implementarea procedurilor care furnizează conversia necesară semnale analogiceprezentate în formă digitală.

Lista incompletă a perifericelor, care pot fi prezente în microcontrolere, include:

• diferite interfețe I / O, cum ar fi UART, I²C, SPI, CAN, USB, Ethernet;
• convertoare analogice analogice și digitale;
• comparatoare;
• modulatori latitudini și pulsori;
• contoare de cronometre;
• generator de frecvență de ceas;
• controlere de afișaje și tastaturi;
• matrice integrate de memorie flash.

Ideea de a pune pe un cristal de microprocesor și dispozitive periferice aparține inginerilor M. Kochen și G. Bun, Angajații Texas Instruments. Primul microcontroler a fost TMS1000 din 4 biți din Instrumentele Texas, care conținea RAM (32 octeți), ROM (1 KB), ceas și suport pentru I / O. Lansat în 1972, a avut o nouă modalitate de a adăuga instrucțiuni noi pentru a adăuga instrucțiuni noi.

În 1976 (la 5 ani de la crearea primului microprocesor) primul microcontroler a apărut intel., În plus față de procesorul central, au fost 1 kilobyte de programe de memorie de memorie, 64 octeți de memorie de date, două cronometre cu opt biți, generator de ceas și 27 de porturi I / O. Microcontrolerele familiei 8048 au fost utilizate în prefixul consolei consolei Magnovax Odyssey, în primele tastaturi IBM PC și într-o serie de alte dispozitive.

Astăzi printre producători mari Microcontrolerele trebuie menționate ATMEL, Microchip, St Microelectronică, Instrumente Texas, Freescale Semiconductor, NXP, etc.

Microcontroler - Acesta este un microcircuit special conceput pentru a controla diverse dispozitive electronice. Microcontrolerele au apărut mai întâi în același an ca microprocesoarele globale (1971).

Dezvoltatorii microcontrolerului au venit cu o idee vrăjitoare - combinați procesorul, memoria, ROM-ul și periferie în interiorul unui caz, similar cu cipul obișnuit. De atunci, producția de microcontrolere în fiecare an a de multe ori mai mare decât producția de procesatori, iar nevoia lor nu este redusă.

Microcontrolerele produc zeci de companii și nu numai microcontrolerele moderne de 32 de biți, ci și 16, și chiar pe 8 biți (ca I8051 și analogi). În interiorul fiecărei familii, puteți găsi adesea aproape aceleași modele care diferă în funcție de viteza CPU și cantitatea de memorie.

Microcontrolerele, de regulă, nu funcționează singure, dar sunt fără sudură, unde, pe lângă ea, ecrane, intrările de tastatură sunt conectate, diferiți senzori etc.

Software-ul microcontrolerului poate atrage atenția celor care iubesc "chase biți", deoarece de obicei memoria în microcontrolere este de la 2 la 128 kb. Dacă este mai puțin, scrieți pe Assembler sau Forte, dacă există o oportunitate, utilizați versiuni speciale din Beysik, Pascal, dar mai ales - Si. Înainte de a programa în cele din urmă microcontrolerul, acesta este testat în emulatori - software sau hardware.

Se poate afirma o întrebare: un microprocesor și un microcontroler este doar un nume diferit al aceluiași dispozitiv, fie este același lucru diferit?

Microprocesor Acesta este un dispozitiv central al oricărui computer, realizat de tehnologia integrată. Numele însuși sugerează că este procesele computaționale care apar. Pentru ca computerul, chiar dacă nu este foarte modern și puternic (amintiți-vă structurile amatori de radio 86 sau sinclair), acesta trebuie completat de dispozitive externe. În primul rând, acesta este RAM și porturile pentru introducerea ieșirii informațiilor.

Microcontrolerul are un procesor, memorie memorie, memorie de memorie și, în afară de aceasta, un set întreg de dispozitive periferice care convertesc procesorul într-un computer complet recomandat. În conformitate cu vechea terminologie a timpurilor sovietice, astfel de dispozitive au fost numite micro calculator cu un singur cristal. Dar tehnica de calcul sovietică, după cum știți, a intrat într-un capăt mort și cu el și Omev.

Tehnica de calcul de peste mări nu a stat încă, așa că OMes a devenit cunoscută sub numele de controlori (de la limba engleză - gestionarea, controlul). Și, de fapt, controlorii s-au dovedit a fi foarte potriviți pentru gestionarea diferitelor tehnici, nici măcar foarte dificile.

Microcontrolerul nu mai este un procesor, dar nu un computer.

Procesorul central care există în fiecare computer este calculatorul principal. Deși calculatorul nu este destinat exclusiv sarcinii de calcul, procesorul este în el de elementul capului. Dar nu numai că computerul are un procesor.

Dacă vă gândiți și vă uitați la, puteți găsi că procesoarele sunt utilizate în majoritatea aparatelor casnice. Doar nu există astfel de procesoare atât în \u200b\u200bcomputer, ci microprocesoare și chiar microcontrolere.

Deci, ce este un microcontroler și ceea ce diferă de procesorul real sau sunt complet diferite componente electronice?

Chipsuri sau chipsuri integrate mari, cu un grad mare de integrare și procesatori. Microprocesoarele sunt, în esență, aceleași procesoare, dar datorită prefixului "Micro" determină esența lor că sunt miniaturați de colegul lor "mare". În timpul său istoric, procesorul cu dimensiunea sa nu ar putea lua o singură cameră, este potrivit să le numească ca dinozauri dispărute de către macro-procesoare, astfel încât acestea să fie raționalizate cumva într-un concept de electronică modern.

Redus în dimensiuni și procesorul aranjat necesită mai puțin spațiu și poate fi plasat într-un produs mai compact, acesta este un microprocesor. Dar procesorul în sine este puțin capabil să facă, cu excepția datelor care urmează să fie între registre și să efectueze unele acțiuni aritmetice și logice asupra acestora.

Pentru ca microprocesorul să trimită date în memorie, această memorie trebuie să fie prezentă fie pe cristalul în sine, pe care se află elementul procesorului în sine, fie să se conecteze la berbecul extern realizat ca un cristal separat sau un modul.

În plus față de memorie, procesorul trebuie să interacționeze cu dispozitivele externe - periferie. În caz contrar, ce beneficiu poate fi așteptat de la funcționarea procesorului, amestecarea și mutarea datelor acolo și aici. Semnificația are loc atunci când procesorul interacționează cu dispozitivele I / O. Computerul are o tastatură, un manipulator de șoarece și dispozitive de afișare ca afișaj, opțional imprimantă și, de exemplu, un scaner din nou pentru a introduce informații.

Pentru a controla dispozitivele I / O, schemele și elementele tampon corespunzătoare sunt cu siguranță necesare. Pe baza acestora implementat interfața așa-numitele hardware. Metodele de interacțiune cu elementele de interfață implică prezența porturilor I / O, decodoare de adrese și formatori de anvelope cu scheme tampon, pentru a crește capacitatea de încărcare a microprocesorului.

Integrarea procesorului cu toate elementele suplimentare necesare pentru ca acest produs să fie turnat într-un anumit constructiv și duce la formarea unui microcontroler. Cipul microcircuit sau microcontroler implementează procesorul și circuitele de interfață pe un cristal.

Un cip auto-suficient care conține aproape totul este suficient pentru a construi un produs complet și există un exemplu de microcontroler tipic. De exemplu, ceasul electronic pentru încheietura mâinii sau un ceas deșteptător are în interiorul unui microcontroler, care implementează toate funcțiile unui astfel de dispozitiv. Dispozitivele periferice separate sunt conectate direct la picioarele cipului de microcontroler sau elementele suplimentare sau microcircuitele sunt împărtășite cu o integrare mică sau medie.

Microcontrolerele sunt utilizate pe scară largă în produsele care conțin întregul sistem în întregime într-o microcircitate miniaturală, numită adesea microsite. De exemplu, cardul de credit "Chip" conține un microcontroler în interiorul unei baze plastice. De asemenea, interiorul în sine conține un microcontroler. Și exemple de utilizare și utilizare a microcontrolerelor sunt atât de extinse în lumea modernă, care este ușor de detectat prezența unui controler în orice dispozitiv mai puțin inteligent de la jucăriile copiilor căști fără fir Telefon mobil.

Gândiți-vă, de asemenea, pe site-ul nostru:

Vedeți și pe acest subiect Cursuri video educaționale de Selivanov Makchima:

Puii pentru cei care sunt deja familiarizați cu elementele de bază ale produselor electronice și de programare, care cunosc componentele electronice de bază care colectează scheme simple, Știu cum să păstrez un fier de lipit și vrea să meargă la un nivel calitativ nou, dar amână în mod constant această tranziție din cauza dificultăților în dezvoltarea unui nou material.

Cursul este minunat și cei care au întreprins recent primele încercări de a studia programarea microcontrolerelor, dar este deja gata să renunțe la totul din ceea ce el nu lucrează sau nu funcționează, dar nu așa cum are nevoie (familiar?!).

Cursul va fi util și cei care colectează deja scheme simple (și nu prea) asupra microcontrolerelor, dar nu înțeleg prost esența modului în care funcționează microcontrolerul și modul în care interacționează cu dispozitivele externe.

Cursul este dedicat instruirii pentru microcontrolerele de programare în limba SI. O caracteristică distinctivă a cursului este studiul limbii la un nivel foarte profund. Instruirea are loc pe exemplul microcontrolerelor AVR. Dar, în principiu, va fi potrivit pentru cei care utilizează alte microcontrolere.

Cursul este conceput pentru ascultătorul pregătit. Adică, nu sunt luate în considerare elementele de bază ale științei informatice și a electronicii și a microcontrolerelor. Dar ar fi necesar să stăpânească cursul va avea nevoie de cunoștințe minime de programare a microcontrolerelor AVR în orice limbă. Cunoașterea electronicii sunt de dorit, dar nu sunt obligatorii.

Cursul este ideal pentru cei care tocmai au început să studieze programare AVR. Microcontrolere în limba C și dorește să-și aprofundeze cunoștințele. Se potrivește celor care știu cum să programeze microcontrolerele în alte limbi. Și este încă potrivit pentru programatorii obișnuiți care doresc să aprofundeze cunoștințele în limba C.

Acest curs pentru cei care nu doresc să limiteze în dezvoltarea lor exemple simple sau gata făcute. Cursul este perfect pentru cei care sunt importanți pentru a crea dispozitive interesante, cu o înțelegere completă a modului în care lucrează. Cursul este potrivit pentru cei care sunt deja familiarizați cu programarea microcontrolerelor în limba SI și cei care le-au programat mult timp.

Cursul cursului se concentrează în primul rând pe practica utilizării. Următoarele subiecte sunt luate în considerare: Identificarea frecvenței radio, redarea sunetului, schimbul de date fără fir, lucrul cu afișajele TFT color, ecran tactil, lucrați cu sistemul de fișiere Fat card SD.

În anii '70 ai secolului XX, oamenii de știință au prezentat o idee revoluționară de a crea un microprocesor, "înțelegerea" numai a numărului minim de echipe.

Planul procesorului RISC (calculator redus de instrucțiuni, un computer cu un set redus de echipe) sa născut ca urmare a cercetării practice a frecvenței de utilizare a echipelor realizate în anii '70 în Statele Unite și Anglia. Rezultatul lor direct este faimosul "regulă 80/20": în 80% din codul tipic de aplicație, sunt utilizate doar 20% din cele mai simple comenzi de mașini din întregul set disponibil.

Primul procesor de risc "real" cu 31 de echipe a fost creat sub îndrumarea lui David Patterson de la Universitatea din Berkeley, apoi a urmat procesorul cu un set de 39 de echipe. Au inclus 20-50 de mii de tranzistori. Fructele lui Patterson au folosit compania Sun Microsystems, care a dezvoltat arhitectura SPARC cu 75 de echipe la sfârșitul anilor '70. În 1981, proiectul MIPS pentru eliberarea procesorului RISC cu 39 de echipe a început la Universitatea Stanford. Ca rezultat, MIPS Computer Corporation a fost fondată la mijlocul anilor 1980, iar următorul procesor a fost construit cu 74 de echipe.

Potrivit unei companii IDC independente, în 1992, arhitectura SPARC a ocupat 56% din piață, apoi a urmat MIPS - 15% și PA-RISC - 12,2%

La aproximativ același timp, Intel a dezvoltat o serie de 80386, cele mai recente procesoare CISC "adevărate" în familia IA-32. Ultima dată de îmbunătățire a performanței a fost realizată numai prin complicarea arhitecturii procesorului: de la 16 biți sa transformat în componente hardware suplimentare de 32 de biți, au fost adăugate o memorie virtuală, iar o serie de comenzi noi au fost adăugate.

Principalele caracteristici ale procesoarelor RISC:

Un set redus de comenzi (de la 80 la 150 comenzi).

Majoritatea echipelor sunt efectuate pentru 1 tact.

Un număr mare de registre de uz general.

Prezența transportorilor cu mai multe etapele rigide.

Toate comenzile au un format simplu și sunt utilizate câteva metode de abordare.

Prezența unei cache separate separate.

Utilizarea optimizării compilatoarelor care analizează codul sursă și schimbarea parțială a ordinului comenzilor.

Procesoarele RISC ale celei de-a treia generații

Cei mai mari dezvoltatori de procesor RISC sunt considerați Sun Microsystems (arhitectura SPARC - Ultra Sparc), IBM (Procesoare multi-chisty, cu un singur cip PowerPC - PowerPC 620), echipamente digitale (alfa-alpha 21164), tehnologii MIPS (RXX00 - R 100,000 Familie) și, de asemenea, Hewlett-Packard (arhitectura PA-RISC - PA-8000).

Toate procesoarele de creștere a treia generație:

sunt biși de 64 de biți și supercaling (nu mai puțin de 4 echipe pe tact);

au blocuri transportate încorporate de aritmetică punct plutitor;

au memorie cache multi-nivel. Cele mai multe procesoare RISC cache comenzi pre-decodificate;

acestea sunt fabricate în tehnologia CMOS cu 4 straturi de metalizare.

Pentru a procesa datele, se aplică algoritmul pentru predicția dinamică a ramurilor și metoda de relocare a registrelor, ceea ce vă permite să implementați execuția extraordinară a comenzilor.

Creșterea performanței procesoarelor RISC este realizată prin creșterea frecvenței de ceas și complicarea schemei de cristal. Reprezentanții primei direcții sunt procesoarele alfa ale companiei Dec, cele mai dificile rămâne procesoare Hewlett-Packard.

Reducerea setului de comenzi de mașini în arhitectura RISC a făcut posibilă plasarea unui număr mare de registre generale pe cristalul de bază al computerelor. Creșterea numărului de registre generale de uz general a făcut posibilă minimizarea accesului la RAM lent, lăsând memoria RAM să lucreze cu RAM numai pentru a citi datele de la RAM în înregistrare și înregistrarea datelor din registru la RAM, toate celelalte comenzi mașini sunt utilizate ca operanzi generali Scopul înregistrărilor.

Principalele avantaje ale arhitecturii RISC sunt următoarele proprietăți:

Un număr mare de registre de uz general.

Formatul universal al tuturor microerelor.

Un timp egal pentru a efectua toate comenzile mașinilor.

Aproape toate tranzacțiile transferului de date sunt efectuate pe registrul rutei - înregistrare.

Un moment egal de execuție a tuturor comenzilor mașinii vă permite să procesați fluxul de instrucțiuni de comandă pe principiul transportorului, adică. Se efectuează sincronizarea pieselor hardware, luând în considerare transmiterea secvențială a controlului de la un bloc hardware la altul.

Blocuri hardware în arhitectura RISC:

Unitatea de încărcare a instrucțiunilor include următoarele componente: o unitate de probă de instrucțiuni din memoria instrucțiunilor, înscrierea instrucțiunilor, unde instrucțiunea este plasată după probă și unitatea de decodificare a instrucțiunilor. Această etapă se numește etapa de eșantionare a instrucțiunilor.

Registrele de uz general În legătură cu blocurile de control al înregistrării formează oa doua etapă a transportorului care este responsabilă pentru operațiile de citire a instrucțiunilor. Operanțele pot fi stocate în instrucțiunile în sine sau în unul dintre registrele de uz general. Această etapă se numește etapa de eșantionare a operandului.

Dispozitivul logic aritmetic și, dacă această arhitectură este implementată, bateria, împreună cu logica de control, care, pe baza conținutului registrului instrucțiunilor, determină tipul de microoperare. O sursă de date în plus față de registrul instrucțiunilor poate fi un contor de comandă, atunci când efectuați o micro-operații de tranziție condiționată sau necondiționată. Această etapă se numește etapa executivă a transportorului.

Setul de registre de uz general, logica record și, uneori, din RAM formează nivelul de stocare a datelor. În acest stadiu, rezultatele instrucțiunilor sunt înregistrate în registrele de uz general sau în memoria principală.

Cu toate acestea, până la dezvoltarea arhitecturii RISC, arhitectura Intel X86, realizată pe principiul arhitecturii CISC, a fost standardul industrial al microprocesoarelor de facto. Prezența unui număr mare de programe scrise sub arhitectura Intel X86 a făcut o tranziție masivă masivă la arhitectura RISC. Din acest motiv, zona principală de utilizare a arhitecturii RISC a fost microcontrolere, datorită faptului că nu au fost legați de software-ul existent. În plus, unii producători EMM condus de IBM au început, de asemenea, să producă calculatoare construite de arhitectura RISC, cu toate acestea, incompatibilitatea software-ului dintre Intel X86 și arhitectura RISC a limitat în mare măsură răspândirea acesteia din urmă.

Cu toate acestea, avantajele arhitecturii RISC au fost atât de semnificative încât inginerii au găsit o modalitate de a merge la calculatoarele realizate de arhitectura RISC, fără a fi refuzând să existe software. Kernel Microprocesoarele cele mai moderne care susțin arhitectura Intel X86 sunt realizate de arhitectura RISC cu sprijinul procesării transportorului multicarone. Microprocesorul primește o instrucțiune în intrarea Intel X86, înlocuindu-o cu mai multe instrucțiuni (până la 4) RISC.

Astfel, miezurile celor mai moderne microprocesoare începând cu Intel 486Dx, sunt realizate prin arhitectura RISC cu suport pentru interfața Intel X86 externă. În plus, majoritatea covârșitoare a microcontrolerelor, precum și unele microprocesoare sunt fabricate de arhitectura RISC.

În procesorul modern RISC, nu mai puțin de 32 de registre sunt utilizate adesea

mai mult de 100, în timp ce în TSMM clasic de obicei 8-16 registre generale

destinaţie. Ca rezultat, procesorul este de 20% -30% mai puțin se referă la

rAM, care a ridicat, de asemenea, viteza de procesare a datelor. in afara de asta

a merge un numar mare Registrele simplifică activitatea compilatorului asupra distribuției registrelor sub variabile. Topologia procesorului efectuată sub forma unui circuit integrat a fost simplificată, calendarul dezvoltării sale a fost redus, a devenit mai ieftin.

După apariția procesoarelor RISC, procesatorii tradiționali au primit

desemnarea CISC - adică cu un set complet de comenzi (computer complet de instrucțiuni).

În prezent, procesoarele RISC au fost larg răspândite. Sunt caracterizate procesoarele moderne de risc

următorul:

set simplificat de echipe;

sunt utilizate comenzi de format fix și fix

modalități simple de abordare, care vă permite să simplificați logica comenzilor de decodificare;

cele mai multe comenzi sunt efectuate pentru un ciclu al procesorului;

executarea logică a comenzilor pentru a crește productivitatea

axat pe hardware și nu pe implementarea firmware-ului,

nu există macro-macro, complicând structura procesorului și

viteza redusă a funcționării sale;

rAM este limitat la operațiuni

transfer de date;

pentru procesare, de regulă, sunt folosite echipe de trei stele

În plus față de simplificarea decriptării, face posibilă menținerea mai mult

numărul de variabile în registrele fără repornirea ulterioară;

a creat un transportor de comenzi, permițând procesarea mai multor dintre ele

simultan;

prezența unui număr mare de registre;

a folosit memoria de mare viteză.

În procesoarele RISC, prelucrarea comenzii mașinii este împărțită în

câțiva pași, fiecare etapă servește hardware individual

fondurile și transferul de date organizat de la o etapă la alta.

Această productivitate crește datorită faptului că, în același timp, mai multe comenzi sunt efectuate pe diferite etape ale transportorului.

Execuția unei echipe tipice poate fi împărțită în următorii pași:

eșantionarea IF - la adresa specificată de contorul de comandă, comanda este preluată din memorie;

3) executarea funcționării ex, dacă este necesar, pentru a se referi la memoria - calcularea adresei fizice;

4) apel la mine Memory Me Memorie;

5) Amintiți-vă rezultatul WB

În procesoarele cu arhitectura RISC, un set de comenzi executabile este redus la minim. Pentru a implementa operațiuni mai complexe, trebuie să combinați comenzi. În acest caz, toate comenzile au un format de lungime fixă \u200b\u200b(de exemplu, 12, 14 sau 16 biți), selectarea comenzii din memorie și execuția acestuia este efectuată într-un singur ciclu de sincronizare. Sistemul de comandă al procesorului RISC implică posibilitatea unei utilizări egale a tuturor registrelor procesoarelor. Aceasta oferă o flexibilitate suplimentară în efectuarea unui număr de operațiuni. MK cu procesorul RISC include AVR AVR AVR, firmele MK PIC16 și PIC17 ale microcipului și altor persoane.

La prima vedere, MK cu procesorul RISC ar trebui să aibă o performanță mai mare comparativ cu CISC MK cu aceeași frecvență de ceas a autostrăzii interne. Cu toate acestea, în practică, problema performanței este mai complicată și ambiguă.

Fig.2.

Arhitectura Harvard nu a fost aproape nu a fost folosită până la sfârșitul anilor '70, în timp ce producătorii MK nu au înțeles că oferă anumite avantaje dezvoltatorilor sisteme autonome Control.

Faptul este că, judecând după experiența utilizării deputaților pentru a gestiona diverse obiecte, pentru implementarea celor mai multe algoritmii de control, astfel de avantaje ale arhitecturii de fundal-Nimanov, deoarece flexibilitatea și versatilitatea nu sunt importante. Analiză programe reale Gestionarea a arătat că cantitatea necesară de memorie de date MK utilizată pentru a stoca rezultatele intermediare este de obicei o ordonanță de mărime mai mică decât memoria de program necesară. În aceste condiții, utilizarea unui spațiu unic a condus la o creștere a formatului comenzilor prin creșterea numărului de descărcări pentru a aborda operarea. Utilizarea datelor mici separate asupra volumului datelor a contribuit la o reducere a lungimilor de comandă și a accelerat căutarea de informații în memoria de date.

În plus, Arhitectura Harvard oferă potențial mai mult de mare viteză Implementarea programului în comparație cu fundalul Neumanovskaya datorită posibilității de punere în aplicare a operațiunilor paralele. Selectarea următoarei comenzi poate apărea simultan cu cea anterioară și nu este nevoie să opriți procesorul în momentul eșantionării de comandă. Această metodă de implementare a operațiunilor permite asigurarea executării diferitelor comenzi pentru același număr de ceasuri, ceea ce face posibilă determinarea cu ușurință a timpului de execuție a ciclurilor și a secțiunilor critice ale programului.

Majoritatea producătorilor de producători moderni de 8 biți utilizează arhitectura Harvard. Cu toate acestea, arhitectura Harvard nu este suficient de flexibilă pentru a pune în aplicare unele proceduri de program. Prin urmare, comparația de MK, realizată în funcție de diferite arhitecturi, ar trebui să fie efectuată în legătură cu o aplicație specifică.

Bună ziua Dragă amatori radio!
Salutări pentru tine pe site-ul "

Microcontrolere

Microcontroler (Unitatea Micro Controller, MCU) - microcircuit conceput pentru a controla dispozitivele electronice (Vezi figura 1a). Microcontrolerul tipic combină funcțiile procesorului și a dispozitivelor periferice, conține Oz. (Dispozitiv de stocare operațional) sau rom (Dispozitiv de stocare constantă). În esență, acesta este un calculator mic capabil să îndeplinească anumite sarcini.

Utilizarea unui dispozitiv de calcul "puternic" într-un microcontroler modern, construit pe un singur cip în loc de un set întreg, reduce semnificativ dimensiunea, consumul de energie și costul instrumentelor create pe baza sa. Microcontrolerele pot fi găsite în aproape orice dispozitiv electronic modern: telefoane mobile, Camere foto și video, calculatoare, ore, televizoare, playere media, computere, echipamente industriale, automobile, echipamente militare și chiar etichete electrice.

Până în prezent, există un număr mare de microcontrolere tipuri diferite. Dezvoltatorii au popularitate microcontrolere Rs. Tehnologie microcip, precum și AVR și braț. Atmel Corporation. Pentru a forța microcontrolerul să îndeplinească sarcinile, trebuie să fie programată utilizând un program specific. De obicei, este atașat concept și conține într-un fișier cu extensie. hex. Mai des acest program este numit "firmware" (firmware). Diferitele microcontrolere sunt scrise diferite firmware. Orice firmware conține coduri de mașină care înțeleg microcontrolerul. Dar este dificil pentru o persoană să-și amintească conformitatea managerilor și a codurilor mașinilor. Prin urmare, programul este mai întâi scris cu o anumită limbăprogramare (Assembler, C) și apoi transferat la codurile mașinii controlerului utilizând un program de traducător.

Există, de asemenea, un software special pentru scrierea programelor. De exemplu, Winavr este folosit pentru a dezvolta firmware-ul AVR, care are toate instrumentele necesare: compilator (pentru limbi C și C ++), programator, debugger, editor etc. Winavr este folosit pe scară largă în întreaga lume, amândoi și profesioniști. Pentru a crea un firmware microcontroler PIC, puteți utiliza CCS PCWHD (PIC cu compilator) - C Compilator S. La fel ca software-ul anterior conține tot ce aveți nevoie pentru a programa microcontrolerele.
Pentru a "blița" un microcontroler, este necesar un programator (vezi figura 16). Este un complex de software și hardware, constând direct dintr-un dispozitiv care leagă un microcontroler cu un computer și un program care controlează acest dispozitiv. Programatorul intră în programul pregătit pentru un microcontroler în memoria sa. Programatorul poate fi cumpărat sau colectați-vă.

Există programatori separați pentru diferite tipuri de microcontrolere, precum și universale, care sunt capabile să clipească cele mai multe dintre aceste jetoane. Unul dintre minusurile ultimilor programatori este un preț ridicat.

Clasificarea și structura microcontrolerelor. Structura miezului procesorului microcontrolerului, principalele caracteristici ale performanței sale. Arhitectura modulului procesor, dimensiunea și tipul de memorie integrat, un set de dispozitive periferice, tip de carcasă.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplă. Utilizați formularul de mai jos

Elevii, studenți absolvenți, tineri oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

• Introducere
• 2. Partea specială
• 2.2 Arhitectura RISC.
• 2.3 Microcontroler S.Risc arhitectură
• Concluzie

Introducere

Microcontrolerul (MCU) este un microcircuit conceput pentru a controla dispozitivele electronice. Microcontrolerul tipic combină funcțiile procesorului și a dispozitivelor periferice, pot conține RAM și ROM. În esență, acesta este un computer cu un singur cip capabil să îndeplinească sarcini simple. Utilizarea unui singur cip, în loc de un set întreg, ca în cazul procesatorilor convenționali utilizați în computerele personale, reduce semnificativ dimensiunea, consumul de energie și costul dispozitivelor construite pe baza microcontrolerelor. Microcontrolerele sunt baza pentru construirea sistemelor încorporate, ele pot fi găsite în multe dispozitive moderne, cum ar fi telefoanele, mașini de spălat etc. Termenul "microcontroler" (MK) a deplasat termenul "microelectru cu o singură coadă" de la consum. Primul brevet pentru un microelectru unic a fost emis în 1971 de către inginerii M. Kochen și G. Bun, Angajații Texas Instruments. Au fost cei care au oferit pe un cristal nu numai microprocesorul, ci și memoria, dispozitivele I / O. Odată cu apariția microelectrice cu un singur chip, epoca de automatizare a computerului în domeniul managementului este obligatorie. Aparent, această circumstanță și a determinat termenul "microcontroler" (controlul controlului). În 1979, NII TT a dezvoltat un calculator de 16 biți cu un singur cip K1801V1, al cărui arhitectură a fost numit "NC Electronics". În 1980, Intel produce microcontrolerul I8048. Un pic mai târziu, în același an, Intel produce următorul microcontroler: i8051. Un set de dispozitive periferice, posibilitatea unei alegeri flexibile de memorie software externă sau internă și preț acceptabil Cu condiția ca acest microcontroler să fie succes în piață. Din punctul de vedere al tehnologiei, microcontrolerul I8051 a fost un produs foarte complex pentru timpul său - 128 mii de tranzistori au fost utilizați în cristal, care au depășit de 4 ori numărul de tranzistori în microprocesorul de 16 biți i8086.

1. Partea generală

1.1 Clasificarea și structura microcontrolerelor

În prezent, sunt produse un număr de tipuri de MK. Toate aceste dispozitive pot fi împărțite în trei clase principale:

8 biți MK pentru aplicații încorporate;

16 - și 32 de biți;

procesoarele de semnal digital (DSP).

Cel mai comun reprezentant al familiei MK este dispozitivele pe 8 biți utilizate pe scară largă în industrie, gospodărie și tehnician de calculator. Acestea au trecut în dezvoltarea lor calea de la cele mai simple dispozitive cu periferie relativ subdezvoltată controlorilor multifuncționali moderni care asigură implementarea algoritmilor complexi de control în timp real. Cauza viabilității MK 8 este de a le folosi pentru a gestiona obiectele reale, care sunt utilizate în principal, algoritmi cu o predominanță operații logice, rata de procesare este practic independentă de descărcarea procesorului.

Creșterea popularității MK pe 8 biți contribuie la extinderea continuă a gamei de produse produse de astfel de firme bine cunoscute ca Motorola, Microchip, Intel, Zilog, ATMEL și multe altele. Modern 8-bit MK posedă, de regulă, o serie de caracteristici distincte. Listăm cele principale:

o organizație modulară în care un număr (linie) de MK diferă pe baza unui kernel de procesor (procesor central) diferă în cantitatea de memorie de date, un set de module periferice, frecvență de sincronizare;

utilizarea unei arhitecturi închise a MK, care se caracterizează prin lipsa de linii de adresele și datele privind ieșirile carcasei MK. Astfel, MK este un sistem complet de prelucrare a datelor, care mărește capabilitățile cărora nu se așteaptă utilizarea autostrăzilor paralele ale adresei și datele;

folosind module periferice funcționale tipice (cronometre, procesoare de evenimente, controlerele interfețelor seriale, convertoare analog-digitale etc.), având diferențe minore în algoritmii de lucru din MK de diverși producători;

extinderea numărului de moduri de funcționare ale modulelor periferice, care sunt specificate în procesul de inițiere a registrelor de funcții speciale ale MK.

Cu un principiu modular de construire, toate MK ale unei familii conțin un miez de procesor, același pentru toate MK din această familie și un bloc de funcție variabil care distinge MK de diferite modele. Kernelul procesorului include: cPU; controlerul intern (VKM) ca parte a anvelopei adresei, datelor și controlului; Schema de sincronizare MK; MK Schema de gestionare a modurilor de operare, inclusiv suportul pentru modurile de putere redus, lansarea inițială (resetare) etc.

Blocul funcțional în schimbare include modulele de memorie de tipuri diferite și porturile I / O, modulele generatoare de ceas (g), cronometrele. În MK relativ simplu, modulul de manipulare a întreruperii face parte din kernelul procesorului. În mai complex MK, este un modul separat cu funcții avansate. Blocul de funcționare variabil poate include astfel de module suplimentare ca comparatoarele de tensiune, convertoarele digitale analogice (ADCS) și altele. Fiecare modul este conceput pentru a lucra ca parte a MC, ținând cont de protocolul VKM. Această abordare Vă permite să creați o varietate de structuri MC într-o singură familie.

1.2 Structura kernelului procesorului microcontrolerului

Principalele caracteristici care determină performanța kernelului de procesor MK sunt:

un set de registre pentru stocarea datelor intermediare;

sistemul de comandă al procesorului;

metode de abordare a operanilor în spațiul de memorie;

organizarea de eșantionare și execuție a echipei.

Din punctul de vedere al sistemului de comenzi și metode de abordare a operanilor, miezul procesorului MK modern de 8 biți implementează unul dintre cele două principii ale procesoarelor de construcție:

procesoare de arhitectură CISC care implementează așa-numitul sistem de comandă completă (computer complicat de instrucțiuni);

procesoarele de arhitectură RISC Implementarea unui sistem de comandă redus (număr redus de instrucțiuni set).

Procesoarele CISC efectuează un set mare de echipe cu capabilități avansate de adresare, oferind dezvoltatorului posibilitatea de a selecta comanda cea mai potrivită pentru a efectua operația necesară. Aplicată la MC 8 biți, un procesor cu o arhitectură CISC poate avea un format de comandă cu un singur octet, cu două byte și trei biciclete (rare cu patru trepte). Timpul de execuție al comenzii poate fi de la 1 la 12 cicluri. MK cu arhitectura CISC include MK a companiei Intel cu miezul MCS-51, care sunt în prezent susținute de un număr de producători, MK de Familiile NS05, NS08 și NS11 motorola. și un număr de alții.

Din punctul de vedere al organizării proceselor de eșantionare și de a executa o echipă în MK modern de 8 biți, unul dintre cele două arhitecturi de deputați deja: se aplică regiunea Nimananovskaya (Princetoniană) sau Harvard.

Principalul avantaj al arhitecturii fundalului-Neiman este simplificarea dispozitivului MPS, deoarece este implementată numai pentru o memorie partajată. În plus, utilizarea unei zone de memorie unificate a făcut posibilă redistribuirea rapidă a resurselor dintre domeniile programelor și datelor, ceea ce a crescut semnificativ flexibilitatea IPU în ceea ce privește dezvoltatorul de software. Plasarea stivei în memoria globală a facilitat accesul la conținutul său. Nu este o coincidență faptul că o arhitectură de fundal - Neumanovsk a devenit principala arhitectură calculatoare universale, inclusiv computerele personale.

Faptul este că, judecând după experiența utilizării deputaților pentru a gestiona diverse obiecte, pentru implementarea celor mai multe algoritmii de control, astfel de avantaje ale arhitecturii de fundal-Nimanov, deoarece flexibilitatea și versatilitatea nu sunt importante. Analiza programelor de management real a arătat că cantitatea necesară de memorie de date MK utilizată pentru a stoca rezultatele intermediare este de obicei o comandă de mărime mai mică decât memoria software necesară. În aceste condiții, utilizarea unui spațiu unic a condus la o creștere a formatului comenzilor prin creșterea numărului de descărcări pentru a aborda operanii. Utilizarea datelor mici separate asupra volumului datelor a contribuit la o reducere a lungimilor de comandă și a accelerat căutarea de informații în memoria de date.

În prezent, reprezentanții celor mai izbitoare ai microcontrolerelor SISC și RISC, respectiv, arhitecturile Nimanovskaya și Harvard sunt microcontrolerele I8051 și Microcontrolerele AVR - ATMEL, care pentru o serie de caracteristici au depășit fotografiile foarte bine cunoscute - microcontrolere. Prin urmare, considerăm organizarea și dispozitivul reprezentanților de mai sus.

2. Partea specială

2.1 CISC și arhitectura procesorului RISC

Cele două arhitecturi principale ale setului de comenzi utilizate de industria computerelor la stadiul modern al dezvoltării echipamentelor de calcul sunt arhitecturile CISC și RISC. Fondatorul Arhitecturii CISC - o arhitectură cu un set complet de comenzi (CISC - computer de instrucțiuni complete) poate fi considerat IBM cu arhitectura de bază IBM / 360, a cărui kernel este folosit din 1964 și a ajuns la zilele noastre, de exemplu , în astfel de mainframe moderne, ca IBM ES / 9000.

Liderul în dezvoltarea microprocesoarelor cu un set complet de comenzi este luat în considerare intel. Cu microprocesoarele x86 și Pentium. Acesta este practic standard pentru piața microprocesorului. Simplitatea arhitecturii procesorului RISC oferă compactitatea sa, absența practică a problemelor cu răcirea cristalului, care nu este în procesoarele procesoarelor Intel, aderarea persistentă la dezvoltarea arhitecturii CISC. Formarea unei strategii de arhitectură CISC a avut loc datorită posibilității tehnologice de transferare a procesării datelor "Centrul de Gravity" de la nivelul software-ului la sistem la hardware, deoarece principala cale de eficiență pentru computerul CISC a fost văzută în primul rând în simplificarea compilatoarelor și minimizarea modulului executabil. Până în prezent, procesoarele CISC sunt aproape monopol pe sectorul pieței calculatoarelor calculatoare personaleCu toate acestea, procesoarele RISC nu sunt egale în sectorul serverelor și stațiilor de lucru de înaltă performanță. Principalele caracteristici ale arhitecturii RISC cu caracter similar, caracteristicile arhitecturii CISC sunt afișate după cum urmează (Tabelul 1):

Tabelul 1. Caracteristicile de bază ale arhitecturii

Unul dintre avantajele importante ale arhitecturii RISC este o viteză mare de calcule aritmetice. Procesoarele RISC au fost primele care au ajuns la banda celui mai comun IEEE 754 Standard Standard 32-Bit pentru a reprezenta numerele cu un punct fix și formatul de "precizie completă" pe 64 de biți pentru numerele de puncte plutitoare. Performanță de mare viteză operatii aritmetice Combinat cu o precizie ridicată a calculelor oferă procesoare de risc de conducere necondiționată la viteză în comparație cu procesoarele CISC.

O altă caracteristică a procesoarelor RISC este un complex de mijloace care asigură funcționarea non-stop a dispozitivelor aritmetice: un mecanism de predicție dinamică a ramurilor, un număr mare de registre operaționale, memorie cache încorporată multi-nivel.

Organizarea structurii de registru este principalul avantaj și principala problemă a RISC. Aproape orice implementare a arhitecturii RISC utilizează operațiuni de prelucrare cu trei locuri, în care rezultatul și două operanzi au o adresă independentă - R1: R2, R3. Acest lucru vă permite să alegeți operanzi de la registrele operaționale adresabile fără cheltuieli semnificative de timp și scrieți rezultatul operațiunii în registru. În plus, operațiile triple oferă un compilator pentru o mai mare flexibilitate în comparație cu "memoria de înregistrare" a arhitecturii CISC. În combinație cu tipul de funcționare aritmetică de mare viteză "Registrul Register" devin un mijloc foarte puternic de îmbunătățire a performanței procesorului.

În același timp, sprijinul pentru registre este arhillerul al cincea arhitectură RISC. Problema este că, în procesul de executare a sarcinii, sistemul RISC este forțat în mod repetat să actualizeze conținutul registrelor procesorului și, în timp minim, pentru a nu provoca o perioadă lungă de timp a dispozitivului aritmetic. Pentru sistemele CISC, o astfel de problemă nu există, deoarece modificarea registrelor poate apărea pe fundalul procesării comenzii de format "memorie-memorie".

Există două abordări pentru rezolvarea problemei modificării registrelor în arhitectura RISC: hardware-ul propus în proiectele RISC-1 și RISC-2 și programul dezvoltat de Specialiștii Universității IVM și Standford. Diferența principală dintre ele este că soluția hardware se bazează pe dorința de a reduce timpul pentru a apela procedurile prin instalarea unui echipament suplimentar de procesor, în timp ce soluția software. Se bazează pe posibilitățile compilatorului și este mai economic din punctul de vedere al echipamentului de procesor.

2.2 Arhitectura RISC.

În anii '70 ai secolului XX, oamenii de știință au prezentat o idee revoluționară de a crea un microprocesor, "înțelegerea" numai a numărului minim de echipe.

Planul procesorului RISC (calculator redus de instrucțiuni, un computer cu un set redus de echipe) sa născut ca urmare a cercetării practice a frecvenței de utilizare a echipelor realizate în anii '70 în Statele Unite și Anglia. Rezultatul lor direct este faimosul "regulă 80/20": în 80% din codul tipic de aplicație, sunt utilizate doar 20% din cele mai simple comenzi de mașini din întregul set disponibil.

Primul procesor de risc "real" cu 31 de echipe a fost creat sub îndrumarea lui David Patterson de la Universitatea din Berkeley, apoi a urmat procesorul cu un set de 39 de echipe. Au inclus 20-50 de mii de tranzistori. Fructele lui Patterson au folosit compania Sun Microsystems, care a dezvoltat arhitectura SPARC cu 75 de echipe la sfârșitul anilor '70. În 1981, proiectul MIPS pentru eliberarea procesorului RISC cu 39 de echipe a început la Universitatea Stanford. Ca rezultat, MIPS Computer Corporation a fost fondată la mijlocul anilor 1980, iar următorul procesor a fost construit cu 74 de echipe.

Potrivit unei companii IDC independente, în 1992, arhitectura SPARC a ocupat 56% din piață, apoi a urmat MIPS - 15% și PA-RISC - 12,2%

La aproximativ același timp, Intel a dezvoltat o serie de 80386, cele mai recente procesoare CISC "adevărate" în familia IA-32. Ultima dată de îmbunătățire a performanței a fost realizată numai prin complicarea arhitecturii procesorului: de la 16 biți sa transformat în componente hardware suplimentare de 32 de biți, au fost adăugate o memorie virtuală, iar o serie de comenzi noi au fost adăugate.

Principalele caracteristici ale procesoarelor RISC:

Un set redus de comenzi (de la 80 la 150 comenzi).

Majoritatea echipelor sunt efectuate pentru 1 tact.

Un număr mare de registre de uz general.

Prezența transportorilor cu mai multe etapele rigide.

Toate comenzile au un format simplu și sunt utilizate câteva metode de abordare.

Prezența unei cache separate separate.

Utilizarea optimizării compilatoarelor care analizează codul sursă și schimbarea parțială a ordinului comenzilor.

Procesoarele RISC ale celei de-a treia generații

Cei mai mari dezvoltatori de procesor RISC sunt considerați Sun Microsystems (arhitectura SPARC - Ultra Sparc), IBM (Procesoare multi-chisty, cu un singur cip PowerPC - PowerPC 620), echipamente digitale (alfa-alpha 21164), tehnologii MIPS (RXX00 - R 100,000 Familie) și, de asemenea, Hewlett-Packard (arhitectura PA-RISC - PA-8000).

Toate procesoarele de creștere a treia generație:

sunt biși de 64 de biți și supercaling (nu mai puțin de 4 echipe pe tact);

au blocuri transportate încorporate de aritmetică punct plutitor;

au memorie cache multi-nivel. Cele mai multe procesoare RISC cache comenzi pre-decodificate;

acestea sunt fabricate în tehnologia CMOS cu 4 straturi de metalizare.

Pentru a procesa datele, se aplică algoritmul pentru predicția dinamică a ramurilor și metoda de relocare a registrelor, ceea ce vă permite să implementați execuția extraordinară a comenzilor.

Creșterea performanței procesoarelor RISC este realizată prin creșterea frecvenței de ceas și complicarea schemei de cristal. Reprezentanții primei direcții sunt procesoarele alfa ale companiei Dec, cele mai dificile rămâne procesoare Hewlett-Packard.

Reducerea setului de comenzi de mașini în arhitectura RISC a făcut posibilă plasarea unui număr mare de registre generale pe cristalul de bază al computerelor. Creșterea numărului de registre generale de uz general a făcut posibilă minimizarea accesului la RAM lent, lăsând memoria RAM să lucreze cu RAM numai pentru a citi datele de la RAM în înregistrare și înregistrarea datelor din registru la RAM, toate celelalte comenzi mașini sunt utilizate ca operanzi generali Scopul înregistrărilor.

Principalele avantaje ale arhitecturii RISC sunt următoarele proprietăți:

Un număr mare de registre de uz general.

Formatul universal al tuturor microerelor.

Un timp egal pentru a efectua toate comenzile mașinilor.

Aproape toate tranzacțiile transferului de date sunt efectuate pe registrul rutei - înregistrare.

Un moment egal de execuție a tuturor comenzilor mașinii vă permite să procesați fluxul de instrucțiuni de comandă pe principiul transportorului, adică. Se efectuează sincronizarea pieselor hardware, luând în considerare transmiterea secvențială a controlului de la un bloc hardware la altul.

Blocuri hardware în arhitectura RISC:

Unitatea de încărcare a instrucțiunilor include următoarele componente: o unitate de probă de instrucțiuni din memoria instrucțiunilor, înscrierea instrucțiunilor, unde instrucțiunea este plasată după probă și unitatea de decodificare a instrucțiunilor. Această etapă se numește etapa de eșantionare a instrucțiunilor.

Registrele de uz general În legătură cu blocurile de control al înregistrării formează oa doua etapă a transportorului care este responsabilă pentru operațiile de citire a instrucțiunilor. Operanțele pot fi stocate în instrucțiunile în sine sau în unul dintre registrele de uz general. Această etapă se numește etapa de eșantionare a operandului.

Dispozitivul logic aritmetic și, dacă această arhitectură este implementată, bateria, împreună cu logica de control, care, pe baza conținutului registrului instrucțiunilor, determină tipul de microoperare. O sursă de date în plus față de registrul instrucțiunilor poate fi un contor de comandă, atunci când efectuați o micro-operații de tranziție condiționată sau necondiționată. Această etapă se numește etapa executivă a transportorului.

Setul de registre de uz general, logica record și, uneori, din RAM formează nivelul de stocare a datelor. În acest stadiu, rezultatele instrucțiunilor sunt înregistrate în registrele de uz general sau în memoria principală.

Cu toate acestea, până la dezvoltarea arhitecturii RISC, arhitectura Intel X86, realizată pe principiul arhitecturii CISC, a fost standardul industrial al microprocesoarelor de facto. Prezența unui număr mare de programe scrise sub arhitectura Intel X86 a făcut o tranziție masivă masivă la arhitectura RISC. Din acest motiv, zona principală de utilizare a arhitecturii RISC a fost microcontrolere, datorită faptului că nu au fost legați de software-ul existent. În plus, unii producători EMM condus de IBM au început, de asemenea, să producă calculatoare construite de arhitectura RISC, cu toate acestea, incompatibilitatea software-ului dintre Intel X86 și arhitectura RISC a limitat în mare măsură răspândirea acesteia din urmă.

Cu toate acestea, avantajele arhitecturii RISC au fost atât de semnificative încât inginerii au găsit o modalitate de a merge la calculatoarele realizate de arhitectura RISC, fără a fi refuzând să existe software. Kernel Microprocesoarele cele mai moderne care susțin arhitectura Intel X86 sunt realizate de arhitectura RISC cu sprijinul procesării transportorului multicarone. Microprocesorul primește o instrucțiune în intrarea Intel X86, înlocuindu-o cu mai multe instrucțiuni (până la 4) RISC.

Astfel, miezurile celor mai moderne microprocesoare începând cu Intel 486Dx, sunt realizate prin arhitectura RISC cu suport pentru interfața Intel X86 externă. În plus, majoritatea covârșitoare a microcontrolerelor, precum și unele microprocesoare sunt fabricate de arhitectura RISC.

În procesorul modern RISC, nu mai puțin de 32 de registre sunt utilizate adesea

mai mult de 100, în timp ce în TSMM clasic de obicei 8-16 registre generale

destinaţie. Ca rezultat, procesorul este de 20% -30% mai puțin se referă la

rAM, care a ridicat, de asemenea, viteza de procesare a datelor. in afara de asta

În plus, prezența unui număr mare de registre simplifică funcționarea compilatorului asupra distribuției registrelor sub variabile. Topologia procesorului efectuată sub forma unui circuit integrat a fost simplificată, calendarul dezvoltării sale a fost redus, a devenit mai ieftin.

După apariția procesoarelor RISC, procesatorii tradiționali au primit

desemnarea CISC - adică cu un set complet de comenzi (computer complet de instrucțiuni).

În prezent, procesoarele RISC au fost larg răspândite. Sunt caracterizate procesoarele moderne de risc

următorul:

set simplificat de echipe;

sunt utilizate comenzi de format fix și fix

modalități simple de abordare, care vă permite să simplificați logica comenzilor de decodificare;

cele mai multe comenzi sunt efectuate pentru un ciclu al procesorului;

executarea logică a comenzilor pentru a crește productivitatea

axat pe hardware și nu pe implementarea firmware-ului,

nu există macro-macro, complicând structura procesorului și

viteza redusă a funcționării sale;

rAM este limitat la operațiuni

transfer de date;

pentru procesare, de regulă, sunt folosite echipe de trei stele

În plus față de simplificarea decriptării, face posibilă menținerea mai mult

numărul de variabile în registrele fără repornirea ulterioară;

a creat un transportor de comenzi, permițând procesarea mai multor dintre ele

simultan;

prezența unui număr mare de registre;

a folosit memoria de mare viteză.

În procesoarele RISC, prelucrarea comenzii mașinii este împărțită în

câțiva pași, fiecare etapă servește hardware individual

fondurile și transferul de date organizat de la o etapă la alta.

Această productivitate crește datorită faptului că, în același timp, mai multe comenzi sunt efectuate pe diferite etape ale transportorului.

Execuția unei echipe tipice poate fi împărțită în următorii pași:

eșantionarea IF - la adresa specificată de contorul de comandă, comanda este preluată din memorie;

2) decodificarea comenzii de identificare - clarificarea sensului său, eșantion de operanzi din registre;

3) executarea funcționării ex, dacă este necesar, pentru a se referi la memoria - calcularea adresei fizice;

4) apel la mine Memory Me Memorie;

5) Amintiți-vă rezultatul WB

În procesoarele cu arhitectura RISC, un set de comenzi executabile este redus la minim. Pentru a implementa operațiuni mai complexe, trebuie să combinați comenzi. În acest caz, toate comenzile au un format de lungime fixă \u200b\u200b(de exemplu, 12, 14 sau 16 biți), selectarea comenzii din memorie și execuția acestuia este efectuată într-un singur ciclu de sincronizare. Sistemul de comandă al procesorului RISC implică posibilitatea unei utilizări egale a tuturor registrelor procesoarelor. Aceasta oferă o flexibilitate suplimentară în efectuarea unui număr de operațiuni. MK cu procesorul RISC include AVR AVR AVR, firmele MK PIC16 și PIC17 ale microcipului și altor persoane.

La prima vedere, MK cu procesorul RISC ar trebui să aibă o performanță mai mare comparativ cu CISC MK cu aceeași frecvență de ceas a autostrăzii interne. Cu toate acestea, în practică, problema performanței este mai complicată și ambiguă.

Fig.2 Structura MK cu arhitectura RISC

Arhitectura Harvard nu a fost aproape nu a fost utilizată până la sfârșitul anilor '70, în timp ce producătorii MK nu au înțeles că oferă anumite avantaje dezvoltatorilor de sisteme de control autonom.

Faptul este că, judecând după experiența utilizării deputaților pentru a gestiona diverse obiecte, pentru implementarea celor mai multe algoritmii de control, astfel de avantaje ale arhitecturii de fundal-Nimanov, deoarece flexibilitatea și versatilitatea nu sunt importante. Analiza programelor de management real a arătat că cantitatea necesară de memorie de date MK utilizată pentru a stoca rezultatele intermediare este de obicei o comandă de mărime mai mică decât memoria software necesară. În aceste condiții, utilizarea unui spațiu unic a condus la o creștere a formatului comenzilor prin creșterea numărului de descărcări pentru a aborda operarea. Utilizarea datelor mici separate asupra volumului datelor a contribuit la o reducere a lungimilor de comandă și a accelerat căutarea de informații în memoria de date.

În plus, arhitectura Harvard oferă o viteză potențial mai mare a programului comparativ cu fundalul Neumanovskaya datorită posibilității implementării operațiunilor paralele. Selectarea următoarei comenzi poate apărea simultan cu cea anterioară și nu este nevoie să opriți procesorul în momentul eșantionării de comandă. Această metodă de implementare a operațiunilor permite asigurarea executării diferitelor comenzi pentru același număr de ceasuri, ceea ce face posibilă determinarea cu ușurință a timpului de execuție a ciclurilor și a secțiunilor critice ale programului.

Majoritatea producătorilor de producători moderni de 8 biți utilizează arhitectura Harvard. Cu toate acestea, arhitectura Harvard nu este suficient de flexibilă pentru a pune în aplicare unele proceduri de program. Prin urmare, comparația de MK, realizată în funcție de diferite arhitecturi, ar trebui să fie efectuată în legătură cu o aplicație specifică.

2.3 microcontroler cu arhitectura RISC

PIC16C71 se referă la familia CMOS Microcontroler. Se caracterizează prin faptul că are un EPROM intern de 1k x 14 biți pentru programe, date pe 8 biți și convertor analog-digital încorporat de 64 de octeți. Diferite cu costuri reduse și performanțe ridicate.

Utilizatorii care sunt familiarizați cu familia PIC16C5X pot vedea

o listă detaliată a distincțiilor noi de la controlorii produse anterior.

Toate comenzile constau dintr-un singur cuvânt (14 biți) și sunt executate într-un singur ciclu (200 NS la 20 MHz), cu excepția comenzilor de tranziție care sunt efectuate în două cicluri (400 NS).

PIC16C71 are o întrerupere care este declanșată din patru surse și

stack hardware cu opt niveluri.

Perifericele includ un cronometru / metru de 8 biți cu 8 biți

divizor preliminar programabil (de fapt, temporizator de 16 biți),

13 linii de I / O bidirecțional și opt Bit ADC. Înalt

capacitatea de încărcare (25 MA Max. Curgerea curentă, 20 MA Max. curge

curent) Linii de intrare / ieșire simplifică driverele externe și, astfel, scade

costul total al sistemului.

ADC are patru canale, schemă de eșantionare și depozitare, capacitatea de rezolvare 8

biți cu o eroare de nu mai mult de o descărcare mai mică. Timp mediu

conversia a 30 μs, inclusiv timpul de eșantionare.

Seria PIC16C71 este potrivită pentru o gamă largă de aplicații de aplicații.

gestionarea de mare viteză a motoarelor auto și electrice la transceiveri de telecomandă economice, prezentând dispozitive și conectate

procesoare. Prezența ROM-ului vă permite să ajustați parametrii aplicați

programe (coduri de transmițător, viteză a motorului, frecvența receptorului etc.).

Dimensiuni mici de carcase, atât pentru montarea regulată, cât și pentru montarea pe suprafață, face ca această serie de microcontrolere să fie potrivite pentru aplicații portabile.

Prețul scăzut, rentabilitatea, viteza, ușurința de utilizare și flexibilitatea I / O face PIC16C71 atractiv chiar și în zonele în care microcontrolerele nu au fost utilizate. De exemplu, cronometrele, înlocuind logica rigidă în sisteme mari, coprocesoare.

Microcontrolerul are:

doar 35 de comenzi simple;

toate comenzile sunt efectuate într-un singur ciclu (200ns), cu excepția comenzilor de tranziție - 2

ciclu;

frecvența de funcționare 0 Hz ... 20 MHz (Min 200 ns Ciclu de echipă)

Comenzi pe 14 biți;

Date pe 8 biți;

36 x 8 registrele de uz general;

15 registre speciale de hardware SFR;

stack hardware de 8 niveluri;

adresarea directă, indirectă și relativă a datelor și echipelor;

patru surse de întrerupere:

intrare externă int.

timerul de depășire RTCC.

Întrerupeți la completarea conversiei analogice-digitale

Întrerupeți când schimbați semnalele pe liniile portuare B.

Periferia, intrarea și încheierea microcontrolerului au:

13 linii de intrare-ieșire cu configurare individuală;

curgerea / curgerea curentului la LED-urile de control

. Current de curgere max - 25 mA

. Current de curgere max - 20 mA

Temporizator de 8 biți / RTCC cu un divizor preliminar programabil de 8 biți;

modulul ADC:

4 intrări analogice multiplexate conectate la unul

convertor digital analogic

schema de eșantionare \\ Depozitare

timp de conversie - 20 μs pe canal

convertor - 8 biți, cu eroare + -1 LSB

intrare pentru tensiunea de referință externă VREF (VREF<= Vdd)

gama de semnale analogice de intrare de la VSS la VREF

resetare automată când este pornit;

includerea temporizatorului în timpul descărcării;

timer de lansare a generatorului;

WatchDog WDT Timer cu propriul generator încorporat care oferă

fiabilitate sporită;

Secrectia EPROM pentru protecția codului;

modul de somn economic;

biți selectabili pentru a seta modul de excitație a generatorului încorporat:

Generatorul RC RC.

normal de cuarț XT Rezonator

rezonator de cuarț de înaltă frecvență HS

economic Crystal Lp Crystal

dispozitiv încorporat pentru programe de auto-programare,

sunt folosite doar două picioare.

Denumiri de picior și scopul lor funcțional:

RA4 / RTCC - intrare prin declanșare

Schmidt. Portlet-ul I / O cu

deschiderea stocului sau a frecvenței

rTCC Timer / Meter.

RA0 / AIN0 - Linia I / O bidirecțională.

Intrare analogică a canalului 0.

RA1 / AIN1 - Linia I / O bidirecțională.

Intrare canal analogică 1.

Cum introducerea digitală are nivele TTL.

RA2 / AIN2 - bidirecțional I / Oline.

Intrare canal analogică 2.

Cum introducerea digitală are nivele TTL.

RA3 / AIN3 / VREF - Linia I / O bidirecțională.

RB0 / INT - linia portuară bidirecțională

ieșire sau intrare externă de întrerupere.

RB1 - RB5 - Linii de intrare bidirecționale /

ieșire.

RB6 - Linii de intrare bidirecțională /

ieșire.

RB7 - Linii de intrare bidirecționale /

ieșire.

/ Mclr / vpp - scăzut pe acest lucru

intrarea generează un semnal de resetare

pentru controler. Active active.

Intrarea prin declanșatorul Schmidt.

OSC1 - Pentru a conecta cuarț, RC sau o intrare a unei frecvențe de ceas extern.

OSC2 - generator, ceas de randament

CLKOUT - Frecvențe în modul RC al generatorului, în alte cazuri - pentru stâlpul. cuarţ

VDD sursă de alimentare.

VSS - Comunicare (Pământ).

Concluzie

În acest curs funcționează, sunt luate în considerare microcontrolere cu arhitectură RISC și CISC. Arhitectura RISC a fost considerată mai profundă și mai precisă. Clasificarea, structura microcontrolerului, structura

kernelul procesor al microcontrolerului, principalele caracteristici ale arhitecturii RISC.

Până în prezent, există mai mult de 200 de modificări ale microcontrolerelor compatibile cu I8051 produse de două duzini de companii și un număr mare de microcontrolere de alte tipuri. Dezvoltatorii sunt populari cu tehnologia Microchip pe 8 biți și microcontrolere AVR AVR PIC, firmele MSP430 de șaisprezece biți, precum și brațul, a cărui arhitectură este în curs de dezvoltare și vinde licențe altor firme pentru producția lor, procesoare - microcontrolere.

La proiectarea microcontrolerelor, este necesar să se respecte echilibrul dintre dimensiunile și costul pe o parte și flexibilitate și performanță pe cealaltă. Pentru diferite aplicații, raportul optim dintre aceștia și alți parametri poate diferi foarte mult. Prin urmare, există un număr mare de tipuri de microcontrolere care diferă în arhitectura modulului procesor, mărimea și tipul de memorie integrat, un set de dispozitive periferice, tipul de carcasă etc.

Lista literaturii utilizate

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

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

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

Documente similare

Microcontrolere - microcircuite destinate controlului dispozitivelor electronice, clasificarea acestora. Structura kernelului de procesor de microcontrolere, principalele caracteristici care determină performanța acestuia. CISC și arhitectura procesorului RISC.

cursuri, a fost adăugată 03.10.2010


Microcontrolerul (MCU) este un microcircuit conceput pentru a controla dispozitivele electronice. Ele pot fi găsite în multe dispozitive moderne, inclusiv cele domestice. Luarea în considerare a arhitecturii diferitelor microcontrolere, a kernel-urilor, a memoriei, a puterii, a periferiei.

rezumat, a adăugat 12/24/2010


Structura fragmentului procesorului. Compoziția funcțională a unității de procesor. Semnale de intrare / ieșire ale distribuitorului. Controlați firmware-ul pentru comandă. Controlul dispozitivului și sincronizarea, principiul operațiunii sale. Porturi de intrare, ieșire microcontroler.

cursuri, a fost adăugată 04/17/2015


Microcontrolerul este un computer pe un singur cip, scopul său de gestionare a dispozitivelor electronice în conformitate cu programul Laid. Medii de programare microcontroler, circuit de conectare. Implementarea programului pe microcontroler.

cursuri, a fost adăugată 02/21/2011


Microcontrolerul ca un cip conceput pentru a controla dispozitivele electronice, structura și elementele sale compozite, domeniul de aplicare și prevalența. Legea Moore. Programe de depanare simbolice pentru MK. Datele în programele de asamblare.

cursuri, a adăugat 11.12.2010


Scopul și condițiile de funcționare ale dispozitivului LED pe MK Atinge 15. Microcontrolerul este ca microcircuit conceput pentru a controla dispozitivele electronice. Justificarea utilizării sale. Dezvoltarea unei diagrame bloc a dispozitivului LED.

lucrări de curs, a fost adăugată 04.04.2015


Proiectarea unui modul de procesor - un dispozitiv independent, care, în conformitate cu datele de intrare, efectuează una dintre cele două acțiuni: multiplicarea numerelor nesemnate și transformarea unui număr binar-zecimal în binar. Design M-mașină.

lucrări de curs, a fost adăugată 06/16/2011


Conceptul și tipurile de microcontrolere. Caracteristicile sistemelor de programare Microprocessor, Construcția sistemelor de management al proceselor chimice. Studiul arhitecturii AVR Microcontroler AVR și clădirea pe baza platformei Arduino.

lucrări de curs, a fost adăugată 01/13/2011


Dezvoltarea interfeței și a unui circuit structural rafinat, modul de procesor, memorie și subsisteme de intrare / ieșire, algoritm software. Evaluarea software-ului și a memoriei de date. Structura spațiului de adresă. Organizarea tastaturii și a indicației.

cursuri, a fost adăugată 08/09/2015


Efectuarea de articole dinamice de memorie pentru computerele personale sub formă de jetoane. Structura cipului de memorie matrice pe modul. Dip - microcircuit cu două rânduri de contacte pe ambele părți ale cazului. Denumiri speciale pe locuința modulului de memorie.