Микропроцессорлар

Микропроцессорлар.

Жалпы түсінік.

Микропроцессордың  құрылымдық сұлбасы.

Программалау туралы ұғым.

Микропроцессорлық жинақтар.

Аналогты-цифрлық және цифрлық-аналогты түрлендiргiштер.

 

Электроника үшін шешілуші есептеулердің  үнемі күрделеніп отыруы тән. Сол себепті де радиоэлекторнды құрылғылардың элементтерінің қарқынды дамуы жүзеге асады. Осылайша радиотаратқыш 1920 жылы – 10 … 20 элементтен тұрса,  1930 жылы – 100 … 200 элементтен, ал 1940 жылы осциллограф – 1000 ... 2000 элементтен, таратқыш телевизионды аппаратура 1950 жылы – 10 … 20 мың элементтерге ие болды, әмбебаб электорнды-санағыш машиналар 1960 жылы – 100 … 200 мың элементтерден тұрды. Ал қазіргі таңдағы күрделі құрылғылар қатарынан  тұратын электорнды аппаратуралар жалпы жағдайда миллиондаған элементтерден тұрады. Кез-келген құрылғыда  элементтердiң санының өсуi, массаның габаритінің көбеюіне және оның жасауының елеулi күрделенуiне  ғана емес, ең бастысы - мұндай құрылғыны жұмыс iстеу сенiмдiлiгінiң қатты төмендетуіне де алып келеді. Осы жағдай радиоэлектронды аппаратуралармен болды. Бірінші ретте радиоэлектроникалық аппаратуралардың дамуы резисторлар, конденсаторлар, индуктивті катушкалар, трансформаторлар және электровакуумдық және жартылайөткізгішті аспаптар болды. Мұндай дискреттi радиоэлектроникалық аппаратураларды  жасағанда, олар бәрi конструктивтi аяқталған бөлшектер болады, алдымен орналастырылып кейін шассиге тіркеледі. Содан соң, электр жүйесiне сәйкес, бұл бөлшектердi қорытынды  дәнекерлеудiң көмегiмен өзара сабақтастырады. Радиоэлектронды аппаратуралар күрделенбей тұрған кезде,  бөлшектердiң саны және олардың арасындағы дәнекерлi қосындылар үлкен емес болды, мұндай аппаратураның сенiмдiлiгi әжептәуiр биiк болатын. Радиоэлектронды аппаратуралар кейін келе мыңмен өлшене бастады,сол себепті оның сенімділігі азайды. Бұл жағдай радиоэлектронды аппаратураларды  өңдеушiлерді сенімділік жайлы ойлануға әкеп соқты.Ең алдымен бұл жағдайды шешуде  сенімділікті жоғарылату үшін конструктивті өткелдерді модульдерге, кейін микромодульдерге ауыстырды. Сөйтіп микросхемалар  пайда бола бастады. Бұл микросхемалар өңдеушілерге үлкен мүмкіндіктер ашты.

Микропроцессор — жүйелік тақтаның ең маңызды құраласы, ол деректерді тікелей өңдейді, атап айтқанда, бөлектелген деректермен арифметикалық және логикалық амалдарды орындайды. Микропроцессор - бір немесе бірнеше үлкен интегралды кестеде орындалған, берілісті өңдейтін бағдарламалық құрылғы; көліктердің автоматты басқару агрегатында қолданылады. Микропроцессор бір мезгілде қатарынан 8, 16 немесе 32 биттік деректерді өңдей алады. 8 биттік процессор бір мезгілде небары бір бит дерекпен ғана жұмыс істей алады. 16 биттік процессор бір мезгілде 2 байт, ал 32 биттік процессор — 4 байт өңдейді.Жалпы алғанда 16 биттік компьютер 8 биттік жүйеден жылдамдырақ жұмыс істейді, ал 32 биттік компьютер 8 және 16 биттік үлгілерден жылдамырақ.  Микропроцессор, жады және периферия құрылғылардың арасында дерек беру үрдісі шина арқылы жүзеге асырылады. Қазіргі заманғы процессорлардың көпшілігінде 32 биттік шина қолданылады, яғни бір мезетте 32 биттік дерек беруге болады. 64 биттік шиналы компьютер де болады, бірақ олар әлі кең тарай қойған жоқ.

. Микропроцессор – жұмыс атқару жүйесін программалық түрде өзгерте отырып, мәліметтерді өңдеп, түрлендіріп бере алатын бір немесе бірнеше үлкен интегралды схемалар жинағы. Интегралдық схеманың өндіріс технологиясын мейлінше жетілдіру бойынша МП-дың бес буындары пайда болды, олар өзінің техникалық сипаттамаларымен айрылады: Бірінші – баяу әрекеттегі төртразрядтық МП (10-20 мкс команданы орындайтын уақыты) – жиынтығы, жадының көлемі және адресацияның түрлері біршама шектелген болуы. Екінші – 2-5 мкс команданы орындайтын уақыты бойынша төрт және сегізразрядтық МП-лар командалардың жиынтығы, жадының көлемі және әр түрлері адресацияның (үлкейтілген) кеңейтілген болуы. Бұл МП-ларды пайдаланғанда оңай болады, себебі үлкен ИС-лар бірге тіркесетін комплектісімен және өзара бірін-бірі толықтырумен шығарады. Үшінші – шапшаңдылық секциялық МП (100…300 нс-команданы орындайтын уақыты) биполярлық технологияны пайдалану бойынша орындалынған және микропрограммалық бесқару принципімен сонымен қатар 16-разрядтық процессор, арнайы процессорлар. Төртінші – кірістірілгендер енгізу-шығару порттар және сақтайтын құрылғылар мен ішінде біркристалдық микроЭСМ, 32-разрядтық МП-лар. Бесінші – 64-разрядтық МП-лар. Қазіргі уақытта МП-лар барлық қызмет аудандарын қатынасылады. Балалар микроЭСМ көмегі арқылы жазуды, санауды үйренеді, студенттер, оқушылар гуманитарлық (қоғамдық) және техникалық ғылымын оқып біледі. Космос кемесі, әскери техника, өндіріс роботтар және тұрмыс құрылғылары микроЭСМ арқылы басқарылады.

Микроэлектроникадағы  кристалл (интегралдық сұлба) – жартылайөткізгіш пластикке орнатылған немесе өзіндік күрделілігі бар электронды сұлбалық пленка. Жинақтау процессінде арнайы корпусқа орнатылып, нәтижесінде дайын өнімді яғни микросұлбаны құрайды.

Цифлік  техникада пайданалынатын негізгі

терминдер және анықтаулар.

Бірінші хабарлау I-4004 микропроцессор шығару бойынша 1971 жылда Intel фирмасы жариялады. Интегралдық схеманың өндіру технологиясын мейлінше жетілдіру және дамыту миропроцессорды жасауға әкелді. ЭСМ-нің архитектурасын бір интегралдық схемада іске асыруға әкелді. Микросхеманың интеграция дәрежесін жоғарылату МП берілген программа бойынша жұмыс істейді.

Микропроцессор  аппаратының құралдары ЭЕМ процессорының структурасын қайталайды. Соның ішінде: арифметикалық логикалық құрылығысы; басқару құрылғысы және бірнеше жұмысшы регистрлер бар. МП бір немесе бірнеше интегралдық схемадан тұруы мүмкін. Бұл ИС-лар торындайтын функция принципі бойынша бөлінген.

Микропроцессорлық техниканың кең көлемде енудің негізгі себептері:

- микропроцессорлық  жүйесінде цифрлік тәсілмен информацияны көрсетуді пайдалану. Бұл себеп құрылғылардың бөгетке орнықтылығын көтереді, информацияны шығындарсыз аударады және оның ұзақ мерзімге сақтайды;

- Программалық тәсілді информацияны өңдеуде қолдану. Бұл себеп

(унификациялау)  бір ізге келтірілген техникалық  жабдықтарды жасауға рұқсат

береді;

- МП-дың жабдықтардың  тұтастығы, тығыздығы жоғары сенімділігі

болады, тұтыну қуаты төмен болады;

- МП жабдықтардың  біршама төмен бағасы және олардың биік дәрежесінің

тиімділігі.

Микропроцессорлардың  архитектурасы. Микропроцессордың типтік құрылымы Разрядтылық – 1) разрядтар саны; бір машиналық сөздегі ең көп екілік разрядтар саны; 2) регистрде сақталынатын сөздің барынша ұзындығы.Қуаттылық қоректену қоректендіру көзі – мамандандырылған компьютер – бір ғана нақты мәселені орындауға арналған компьютер (мысалы, тігін машинасын немесе автоматтық станокты басқаратын құрылғы).

Микропроцессор деп бағдарламаланушы логикамен бас құрылғы немесе бағдарламаланушы құрылғыны айтады.

Микропроцессор  жұмыс атқару жүйесін программалық түрде өзгерте отырып, мәліметтерді өңдеп, түрлендіріп бере алатын бір немесе бірнеше үлкен интегралдық схемалар жинағы.

Микропроцессор  келесі сипаттамаларға ие болады:

1. адрестік және  мәліметтердің разрядтылығы;

2. корпустың  түрі әр түрлі

3. шашырау қуаты

4. температуралық  диапазоны

5. разрядтылық  мүмкіндігін кеңейту

6. цикл уақыты  командаларды орындау

7. сигналдардың деңгейі

8. бөгеуілге орнықтылық

9. жүктемелік  қабілеттік

10. сигналдарды  шығыста біріктіру

11. сенімділігі. 

Микропроцессор  жинағында үлкен ИС-дың санына қарай бір кристалдық, көпкристалдық және секциялық көпкристалдық микропроцессорларды ажыратуға болады. Жалпы белгілеу бойынша универсалдық және мамандандырылған микропроцессор бөлінеді. Универсалдық МП - әр түрлі есептерді шешу үшін қолданады.

Мамандандырылған  МП - алдын-ала анықталған есепті шығару үшін қолданылады. Кіру сигналдарды өңдеу түрі жағынан өзгешелігі: 1. цифрлық микропроцессорлі 2. аналогтық МП (дәлдігі жоғары, оның ішінде аналогтық-цифрлік және цифрлік-аналогық түлендіргіштер де қосқан). Орындалатын бағдарламаға санына қарай – бір және көп бағдарламалы МП. Жұмысты уақыттық дене құрылысы өзгешелігіне сипаттама. · Синхрондық МП · Асинхрондық МП · Операцияның басы және соңғы жағдайын орындау басқару құрылғымен белгілейді. Орындайтын бағдарлама санына қарай – бір және көп бағдарламалы

Бір программалы МП-де тек бір ғана программа орындалады. Қазіргі орындайтын программа біткен кезінде ғана басқа программаны орындауға көшеді.

Көппрограммалы немесе мультипрограммалы МИ-де бір кезде бірнеше программалар орындайды.

Микропроцессор үш негізгі блоктан тұрады:

 · арифметикалық-қисындық құрылғы (АҚҚ)

· ішкі регистрі блогы

· басқару құрылғы

МП-нің бұр  қораптарының арасында деректер мен  алмасып тұру үшін деректердің ішкі өрелік жолы пайдаланылады.

Микропроцессор деп ЭВМ-нің процессоры, яғни берілне деректерді ӛңдеп, ЭВМ жұмысын басқаратын құрылғы қызметін атқаратын үлкен интегралды схеманы (СБИС) айтады Жалпы айтқанда, МП-р программаланатын қызмет атқаратын микроэлектронды әмбебап цифрлық блок, сондықтан да МП-дың қолданылуы тек қана ЭВМ-мен шектелмейді.

Микропроцессордың функциялары.

Микропроцессорлың шешетін жұмыстары, оның қызмет етуі микроЭВМ- нің есте сақтау құрылғысында жазылған программа бойынша анықталады. МП- дың ең жақсы үлгілері бір үлкен интегралдық схема (БИС) түрінде жасалынады. Бұлары бір кристалды МП-лар деп айтады. МП-лар бірнеше БИС-ь тен де тұрады. Бір кристалды МП-дың құрылымынан мынадай функционалдық бөлікткрді көруге болады. Басқарушы импульстерді бергіш пен командалардың шифрын анықтағышы бар басқару құрылғысы арифметикалық-логикалық құрылғыдан тұратын өзіндік процессор, енгізіп-шығару құрылғысы (мультиплексор), күй регистрі (тіркеуіш), жалпы міндет атқаратын регистрлер адрестік регистр және қорытынды нәтиже регисті. Басқару құрылғысы командалар кодтарын тұрақты есте сақтау құрылғысынан алады, онда микропроцессордың жұмыс істеуін қамтамасыз ететін программа жазылған. Бұл командалардың дешифратода шифры – кілті ашылып, онда МП-дың жұмысын басқаратын кодтар тізбегі жасалынады. Енгізіп-шығару мультиплексоры процессорға келіп түсетін информацияны коммутациялайды (қажетті тізбектерге қосып ажыратады). Регистрлер операциялармен берілетін нәтижелерді уақытша сақтауға арналған. Жоғарыда айтылғандай, МП-лар бірнеше жеке-жеке үлкен схемалардан құрастырылады. Осындай үлкен Un-дық схемалар жиынтығын микропроцессорлық комплект деп атайды. Қазіргі кезде бірнеше МП-лық комплекстер (К587, К589 және т.б) шығарылады. МП-лық комплекстердің құрамына 5-тең 10-ға дейін үлкен интегралды схемалар кіреді. Олар контроллерлер, автоматтардың басқару блоктарын, микро-ЭВМдер сияқты әр түрлі цифрлік құрылғылар құрастыруға мүмкіндік береді. Бүгінгі күнде тиімді қолданыс тауып отырған негізгі бағыттары келтірілген.

 

 

 

Негізгі терминдер және анықтаулар

Адрес – 1. Регистрді, жады ұяшығын, есте сақтау құрылғысының алқабын, сыртқы құрылғыны немесе желі торабының ӛзгешеліктерін, анықтаушы сан код немесе индентификатор. 2-команданың операнды кӛрсетуші бӛлігі. 3 хабардың адресатты (алушыны) кӛрсетуші бӛлігі. ЭСМ-дің есте сақтайтын объектінің

тұрған орнын  кӛрсету.

Алгоритм – берілген есепті қадамдық процедура түрінде шешу үшін қажетті операциялардың мазмұны мен орындау тәртібін түпкілікті анықтайтын нұсқаулар жиынтығы.

Аналогті  – цифрлық түрлендіргіш (АЦТ) – аналогті (үздіксіз) сигналды талдап оны дискретті (үздікті) сигналға түрлендіретін құрылғы.

Арифметикалық-логикалық құрылғы (АПҚ) – ЭВМ құрамындағы арифметикалық және логикалық операцияларды орындайтын құрылғы.

Ассемблер тілі – элементтерінің құрылымы машина тілінің командаларының форматтарына сәйкес келетін төменгі деңгейлік программалау тілі.

Байт – информацияның 8 битке тең өлшем бірлігі. Мұны компьютер біртұтас бірлік ретінде қарастырады. Байтпен компьютерде қолданылатын қажетті символдарды кодтайды.

Бит – информация мөлшерін өлшеудің екілік кодтағы бірлігі. Оның шамасы мүмкіндіг (ықтималдығы) тең тек екі жағдайдың бірі туралы информацияға тең («бит» - ағылшынш екілік сан деген сөз).

Бод – информацияны беру жылдамдығының өлшемі, 1 бод секундына 1 бит информация беру деген сөз.

Буфер – мәліметтер алмасуы кезіндегі алмасу жылдамдықтарының, мәліметтер блогының өлшемдерінің және оқиғалардың пайда болуының кезеңдерінің айырмашылықтарын үйлестіруге пайдаланатын машина жадысының өрісі немесе арнайы құрылғы.

Графиксалғыш – мәліметтерді графикалық пішінде қағазға және т.б. мәлімет тасуышқа шығару құрылғысы. өлшемі, дәлдігі, жылдамдығы, шығару түстері, басқа да көрсеткіштеріне қойылатын талаптарға сәйкес графиксалғыштардың көптеген түрлері кездеседі.

Дисплей – деректерді ЭВМ-ге енгізу және электронды-сәулелік түтік экранында тіркеп, кескіндеу мен оны немесе экранды пульт. Олар ЭВМ мен маман-оператордың арасында оперативті (қолма-қол) түрде информация алмасуы қажет жағдайларда қолданылады. ЭВМ-ге деректерді енгізу, қайта шығарып алу, т.с.с. клавиатура және «сәулелі қаламұш», «джойстик» арқылы жасалынады.

Сөздің  ұзындығы – бір машиналық сөзде биттің саны.

Есте  сақтаушы құрылғы (ЕСҚ) - жады-деректерді автоматты түрде қайталап бере алатын күйінде жазып алатын құрылғы.

Жады – информацияны сақтауға арналған құрылғы.

Интерфейс – микропроцессор мен сыртқы құрылғылар арасындағы деректер ағыны мен олардың көлемін (форматтарын) басқаратын құрылғылар.

Команда – нұсқау деп компьютерге қажетті амалдарды (операцияларды) орындауға берілетін кез-келген бұйрықты, нұсқауды айтады. Белгілі операцияны орындаушы құрылғының орындауына сәйкес келетін басқарушы сигнал.

Контролер – сыртқы құрылғыларды басқаратын құрылғы. Орташа, үлкен және үлкен ЭВМ-дерде бұл құрылғыларды басқаратын құрылғы деп атайды және ол аса күрделі болып келеді. Дербес компьютерлерде, МИНИ және микро ЭВМ-дерде контролер микрропроцессор құрамына енгізілген, яғни БИС – пайдаланылған жүйелер ішіндегі модуль болып есептелінеді.

Программа – ЭВМ орындаған кезде қойылған мәселені (есепті) шешуге болатын командалар мен оперторлардың реттелген тізімі