Микропроцессорная система: Микропроцессорная система — это… Что такое Микропроцессорная система?

Содержание

Микропроцессорная система — это… Что такое Микропроцессорная система?

Микропроцессорная система (МПС) представляет собой функционально законченное изделие, состоящее из одного или нескольких устройств, главным образом микропроцессорных: микропроцессора и/или микроконтроллера.

Микропроцессорное устройство (МПУ) представляет собой функционально и конструктивно законченное изделие, состоящее из нескольких микросхем, в состав которых входит микропроцессор; оно предназначено для выполнения определённого набора функций: получение, обработка, передача, преобразование информации и управление.

Состав

Генератор тактовых импульсов задаёт временной интервал, который является единицей измерения (квантом) продолжительности выполнения команды. Чем выше частота, тем при прочих равных условиях более быстродействующей является МПС. МП, ОЗУ и ПЗУ — это неотъемлемые части системы. Интерфейсы ввода и вывода — устройства сопряжения МПС с блоками ввода и вывода информации. Для измерительных приборов характерны устройства ввода в виде кнопочного пульта и измерительных преобразователей (АЦП, датчиков, блоки ввода цифровой информации). Устройства вывода обычно представляют цифровые табло, графический экран (дисплей), внешние устройства сопряжения с измерительной системой. Все блоки МПС связаны между собой шинами передачи цифровой информации. В МПС используют магистральный принцип связи, при котором блоки обмениваются информацией по единой шине данных. Количество линий в шине данных обычно соответствует разрядности МПС (количеству бит в слове данных). Шина адреса применяется для указания направления передачи данных — по ней передаётся адрес ячейки памяти или блока ввода-вывода, которые получают или передают информацию в данный момент. Шина управления служит для передачи сигналов, синхронизирующих всю работу МПС.

Применение в измерительных приборах

Главная особенность микропроцессора — возможность программирования логики работы. Поэтому МПС используются для управления процессом измерения (реализацией алгоритма измерения), обработки опытных данных, хранения и вывода результатов измерения и пр. Рассмотрим основные преимущества микропроцессорных средств измерения.

  • Многофункциональность. Замена измерительного комплекса (совокупности различных измерительных приборов) одним, многофункциональным. Такая замена в приборах с «жесткой» логикой неэкономична. Так как добавление новой функции требует ввода дополнительного блока. Программируемая логика позволяет сделать это добавлением блока программы. Число программ ограничено возможностями ПЗУ и блока управления.
  • Повышение точности — наиболее важный момент. Уменьшение погрешностей по сравнению с обычными цифровыми приборами при прочих равных условиях достигается за счет исключения систематических погрешностей в процессе самокалибровки: коррекция смещения нуля, учет собственной АЧХ прибора, учет нелинейности преобразователей. Самокалибровка в данном случае — это измерение поправок или поправочных множителей и запоминание их в ОЗУ с целью использования на этапе обработки опытных данных.
  • Уменьшение влияния случайных погрешностей (путем проведения многократных измерений с последующей обработкой выборки — усреднением, вычислением мат. ожидания и пр.). Выявление и устранение грубых погрешностей (промахов). Вычисление и индикация оценки погрешности прямо в процессе измерения.
  • Компенсация внутренних шумов и повышение чувствительности средства измерения. Простое усреднение сигнала на входе прибора требует достаточно большого времени tycp. Один из вариантов — проведение многократных измерений и усреднение результатов с целью компенсации случайной составляющей измерительного сигнала. Пример — микропроцессорный ВЧ вольтметр среднеквадратического значения.
  • Расширение измерительных возможностей путем широкого использования косвенных и совокупных измерений, воспринимаемых оператором в этом случае как прямые (поскольку результат обработки появляется на индикаторе сразу после проведения измерения). Напомним, что косвенные измерения включают в себя вычисления результата по опытным данным по известному алгоритму. Совокупные измерения предполагают измерение нескольких одноименных физических величин путем решения системы уравнений, получаемых при прямых измерениях сочетаний этих величин. (Например, измерение сопротивления различных сочетаний резисторов — последовательное, параллельное, последовательно-параллельное, позволяют рассчитать сопротивление каждого из них). В этих случаях микропроцессор осуществляет управление процессом измерения по программе и проводит обработку опытных данных. Результат расчетов воспринимается оператором как результат прямых измерений, поскольку расчет делается быстро.
  • Упрощение и облегчение управления прибором. Все управление производится с кнопочной панели, выносные клавиатуры используют редко. Чем меньше кнопок, тем более «разумным» является прибор. Автоматизация установок прибора приводит к упрощению его использования (выбор пределов измерения, автоматическая калибровка и пр.). В ряде приборов использую контроль за ошибочными действиями оператора — индикация его неверных действий на табло или экране. Упрощает измерения визуализация результатов на экране в удобном виде, с дополнительными шкалами. Ряд приборов предусматривает вывод результатов на печатающее устройство или портативный носитель информации.

См. также

Ссылки

Что такое микропроцессорная система | Будни инженера

Ранее я рассказывал о том, что такое микропроцессор. Сегодня пойдём дальше и поговорим о микропроцессорных системах. Начнём с самых простых.

Любая микропроцессорная система состоит, как минимум, из следующих частей:

  • Процессор (микропроцессор)
  • Память
  • Порты ввода-вывода
Микропроцессорная система

Микропроцессорная система

Память в микропроцессорной системе — это, как правило, отдельная микросхема (или несколько микросхем). Хотя в очень давние времена память могла быть выполнена на очень экзотических для нашего времени элементах, например, на ферритовых кольцах:

Память на ферритовых кольцах

Память на ферритовых кольцах

Но микропроцессорных систем в те времена, пожалуй, ещё и не было.

Логически память разделена на отдельные ячейки. Размер одной ячейки, как правило, один байт (байт может хранить число в диапазоне от 0 до 255).

Все ячейки в памяти имеют свой уникальный адрес. Таким образом процессор может обратиться к любой отдельной ячейке и записать туда число или прочитать оттуда число.

Порты ввода-вывода — это тоже отдельные модули (или модуль). Обычно также выполнены в виде микросхем. Они предназначены для того, чтобы микропроцессор мог общаться с внешним миром.

Через порты ввода в микропроцессорную систему поступают сигналы из внешних систем. Устройство ввода выполняет их предварительную обработку и преобразует в сигналы, с которыми может работать процессор.

Например, к портам ввода подключаются разные датчики.

Через порты вывода происходит обратное — процессор может через них отправить какие-то данные. А порты вывода преобразуют эти данные в сигналы, пригодные для распознавания внешними системами.

К портам вывода можно подключить исполнительные устройства, такие как индикаторные лампы, реле и т.п.

Ну и наконец, процессор. Он же микропроцессор. Это мозг и главная часть микропроцессорной системы. Он управляет всеми процессами в этой системе (на то он и процессор).

В память записывается программа, состоящая из последовательности команд. Процессор обращается к памяти и начинает выполнять эти команды одна за одной — последовательно, в строго заданной программой очерёдности.

Вот так примерно всё это и работает.

На этом пока всё. Ждите новых статей — подключайтесь к группе, чтобы ничего не пропустить. Ну а вот здесь можно: Научиться программировать микроконтроллеры

НОУ ИНТУИТ | Основы микропроцессорной техники

Форма обучения:

дистанционная

Стоимость самостоятельного обучения:

бесплатно

Доступ:

свободный

Документ об окончании:

Уровень:

Для всех

Длительность:

20:20:00

Студентов:

10015

Выпускников:

2347

Качество курса:

4.44 | 4.22

Разъясняются основные понятия микропроцессорной техники, рассматриваются принципы функционирования микропроцессорных систем, предлагаются методы проектирования микропроцессорных систем на основе микроконтроллеров.

Микропроцессорная техника — наиболее быстро развивающаяся область электроники, для успешного овладения которой необходимо с самого начала усвоить современные принципы организации микропроцессорных систем. Освоение ключевых понятий микропроцессорной техники — это первая задача курса. Успех при этом может принести только комплексный подход к проектированию аппаратных и программных средств. Рассматриваются особенности систем различных уровней сложности и различного назначения, принципы архитектурных решений, способы и средства организации обмена информацией. Особое внимание уделено принципам организации персональных компьютеров как наиболее сложных и гибких микропроцессорных систем, позволяющих решать самые сложные задачи. Вторая задача курса — обучение навыкам проектирования систем на основе микроконтроллеров, как наиболее распространенного типа микропроцессорных систем. Для ее решения приводятся описание микроконтроллеров семейства PIC, а также специальных программных средств проектирования, рассматриваются примеры решения задач проектирования нескольких устройств. Предполагается, что большинство понятий, введенных в данном курсе, станет предметом более детального рассмотрения в других, специальных курсах.

ISBN: 978-5-9556-0082-6

Теги: bios, EEPROM, isa, sleep, WDT, алгоритмы, архитектуры, библиотеки, интерфейсы, кабели, клавиатура, логика, магистраль, микроконтроллер, микроконтроллеры, микропроцессорная система, микропроцессоры, память, ПДП, подгруппа, принтеры, процессоры, счетчик команд, шины

Дополнительные курсы

 

2 часа 30 минут

Философия микропроцессорной техники
В этой лекции рассказывается о базовой терминологии микропроцессорной техники, о принципах организации микропроцессорных систем, о структуре связей, режимах работы и об основных типах микропроцессорных систем.

Шины микропроцессорной системы и циклы обмена
В этой лекции речь идет об обмене информацией по шинам микропроцессорных систем, о циклах обмена информацией и их фазах, о принципах синхронизации обмена, принципах организации прерываний и ПДП.

Функции устройств магистрали
В этой лекции рассказывается о функциях основных устройств микропроцессорной системы: процессора, памяти, устройств ввода-вывода, о принципах их устройства и подключения к магистрали.

Адресация операндов
В этой лекции рассказывается о функциях основных узлов процессора, о методах адресации операндов и о регистрах процессора.

Система команд процессора
В этой лекции рассказывается об основных группах команд процессора, об особенностях выполнения различных команд, о методах организации подпрограмм.

Процессорное ядро и память микроконтроллеров
В этой лекции рассказывается о структуре процессорного ядра и особенностях системы команд микроконтроллеров, функциях и организации памяти программ и данных, об использовании стека и внешней памяти микроконтроллеров.

Вспомогательные аппаратные средства микроконтроллера
В этой лекции рассказывается о режимах пониженного энергопотребления микроконтроллера, а также о структуре и организации таких вспомогательных аппаратных средств как тактовые генераторы, схемы контроля напряжения питания, сторожевые таймеры и дополнительные модули микроконтроллера.

Аппаратные средства микроконтроллеров серии PIC
В этой лекции рассказывается об особенностях организации и параметрах популярных PIC-микроконтроллеров фирмы «Microchip», а также более подробно о составе, структуре и возможностях аппаратных средств микроконтроллеров подгруппы PIC16F8X.

Архитектура и процессоры персональных компьютеров
В этой лекции рассказывается об особенностях архитектуры персональных компьютеров семейства IBM PC, о процессорах, применяемых в персональных компьютерах, об их функциях, характеристиках, этапах их эволюции.

Системная магистраль ISA
В этой лекции рассказывается о характеристиках системной магистрали ISA, о назначении сигналов и протоколах обмена информацией на магистрали, а также о принципах распределения ресурсов ПК.

В электродепо «Сокол» впервые в Москве установлена микропроцессорная система управления поездами — Комплекс градостроительной политики и строительства города Москвы

В новом административно-бытовом корпусе электродепо «Сокол» установлена первая в столичном метро микропроцессорная система автоматики и телемеханики управления движением поездов (АТДП), сообщил заместитель мэра Москвы по вопросам градостроительной политики и строительства Андрей Бочкарёв.

Она позволит регулировать движение подвижных составов более эффективно.

«Новейшая система автоматики – АТДП – контролирует движение поездов, управляет стрелочными переводами, светофорами и рельсовыми цепями. Она работает быстрее традиционной релейной системы и позволяет в автоматическом режиме диагностировать все участвующее в системе оборудование и своевременно предупреждать о предотказном состоянии того или иного устройства», – сказал Андрей Бочкарёв.

Начать просмотр

ВОПРОСЫ   #4

Электродепо Москвы

Электродепо в Московском метрополитене работают как гаражи, где поезда отстаиваются ночью, проходят техническое обслуживание и прибывают на ремонт в случае поломки. Сейчас в столице насчитывается 20 рабочих депо. 

С 2011 года в Москве построили шесть электродепо: «Митино», «Братеево», «Нижегородское» (первый этап), «Лихоборы», «Солнцево» и «Руднево», еще пять реконструировали: «Печатники», «Выхино», «Планерное», «Владыкино» и «Сокол».

В 2022–2023 годах планируется построить еще два электродепо – «Аминьевское» и «Южное» («Братеево-2»). Таким образом, к концу 2023 года подвижной состав московского метро будут обслуживать 23 электродепо. Из них три – «Замоскворецкое», «Нижегородское» и «Аминьевское» – будут работать в составе Большой кольцевой линии.

В 2024–2027 годах планируется реконструировать электродепо «Новогиреево» Калининской линии, построить депо «Саларьево» («Столбово») Сокольнической линии, а также два депо в Троицке для обслуживания Троицкой линии метро. В составе перспективных Рублёво-Архангельской и Бирюлёвской линий метро возведут электродепо «Ильинское» и «Красный Cтроитель» («Бирюлёвское»).

Назад

Электродепо состоит из двух частей – отстойная и ремонтная.

Первая часть – это отстойная, где подвижной состав стоит, проходит плановый осмотр и техническое обслуживание перед выходом на линию.

Во второй части проводится ремонт, который не требует глобального разбора подвижного состава и внеплановый ремонт.

В электродепо есть также вагономоечная камера и место для обточки колес поездов. Тоннели в метро довольно извилисты, в них есть подъемы и спуски, поэтому в процессе эксплуатации колеса поезда стачиваются. Эти показатели постоянно проверяются, и при малейшем подозрении колесную пару отправляют на проточку либо заменяют. Раньше в большинстве депо обточку можно было провести, только демонтировав колесную пару. Теперь обточка проводится подрельсовым колесотокарным станком без демонтажа колесной пары.

Назад

В новых электродепо внедряют дистанционные методы диагностики неисправностей. Эта система уже зарекомендовала себя в двух электродепо «РЖД», где обслуживаются скоростные поезда «Сапсан» и «Ласточка». В московском метро ее впервые внедрили в электродепо «Солнцево» и «Руднево».

На выезде из тоннеля, который ведет в депо, устанавливается целый комплекс специальных датчиков. При прохождении подвижного состава они автоматически фиксируют все его основные параметры. Эффективность такой системы зависит только от того, насколько развит диагностический комплекс датчиков. Вся информация будет заноситься в электронную карточку, которая для каждого вагона — своя. Если будет зафиксировано какое-то отклонение от нормы, в электродепо уже будут знать о поломке и готовиться к ремонту.

Назад

В электродепо создаются не только условия для ремонта поездов, но и возможности для отдыха локомотивных бригад. Помимо комнат отдыха, оборудуются душевые, раздевалки, столовые, медицинские кабинеты, где каждый день машинисты перед выходом на линию проходят медосмотр.

Есть комнаты психологической разгрузки, где созданы оптимальные условия для быстрого восстановления работоспособности. Их оснащают мягкими креслами и диванами, для расслабления применяют методы аромо-, свето- и музыкотерапии.

В депо обязательно оборудуют тренажерный зал, где работники могут поддерживать себя в хорошей физической форме. В некоторых зданиях есть даже спортивные площадки. Например, в «Печатниках» создана площадка для игры в волейбол.

Назад

Применение современной технологии повысит эффективность организации движения составов и увеличит уровень безопасности работы обновленного электродепо «Сокол».

«Такая система в московском метро установлена впервые», – подчеркнул Бочкарёв.

Генеральный директор АО «Мосинжпроект» Юрий Кравцов (инжиниринговый холдинг является генеральным проектировщиком и генеральным подрядчиком строительства объектов метро в Москве) добавил, что микропроцессорная система занимает меньшую площадь в отличие от обычной, что особенно актуально в условиях метрополитена.

«Использование микропроцессорной системы позволяет объединить диспетчерскую сигнализацию, путевую автоблокировку, а также автоматическую локомотивную сигнализацию с автоматической регулировкой скорости. Это позволит сократить временной интервал при приемке и выдаче на линию подвижного состава», – пояснил руководитель «Мосинжпроекта».

Напомним, сегодня мэр Москвы Сергей Собянин открыл первый пусковой комплекс электродепо «Сокол» Замоскворецкой линии московского метро.

«На Соколе построен завод по эксплуатации подвижного состава огромной мощности. Вторым этапом будут реконструированы действующие корпуса. В целом это дает возможность обслуживающему персоналу работать с комфортом, бригадам – отдыхать в административно-бытовых корпусах, делать качественный ремонт подвижного состава, обеспечить безопасность и улучшить качество обслуживания пассажиров. Так что это большое событие для большого завода», – сказал Сергей Собянин.

 

Собянин открыл новый пусковой комплекс электродепо «Сокол»

 

Четыре электродепо построят и реконструируют к 2024 году

1.1. Структура микропроцессорных систем управления

1.1 Структура микропроцессорных систем управления
1.2 Структура микропроцессорного контроллера
1.3 Структура микропроцессорных систем управления
1.4.1 Микропроцессорная система контроля параметров телевизора
1.4.2 Микропроцессорный стенд для проверки бытовых магнитофонов
1.4.3 Микропроцессорный влагомер текстильных материалов
1.4.4 Микропроцессорные системы в обслуживании автомобилей
1.5.1 Микропроцессорное управление цветным телевизором
1.5.2 Микропроцессорные средства управления бытовыми магнитофонами
1.5.3 Микропроцессорное управление бытовыми радиоприемными устройствами
1.5.4 Микропроцессорная система управления сушильным барабаном
1.5.2 Система управления электроприводом шлифовальной машины
1.5.6 Система управления сушкой древесины
3.5.1 Архитектура однокристального микропроцессора К580ВМ80А
3.5.2 Структура ядра микроконтроллера
3.6 Отличительные особенности однокристальных 16-разрядных микропроцессоров
4.1Типовые интерфейсы микропроцессорных систем


Объекты управления (ОУ) бытовой техники по своему назначению делятся на два класса. К первому классу относятся хорошо известные объекты, предназначенные для использования в домашних условиях: телевизоры, видеомагнитофоны и другие устройства бытовой радиоэлектронной аппаратуры (БРЭА), а также холодильники, стиральные машины, кухонные комбайны и др. Ко второму классу относятся объекты, предназначенные для оказания услуг населению в производственных условиях: промышленные стиральные машины, машины химической чистки одежды, станочное оборудование предприятий по ремонту и изготовлению мебели по заказам населения.

Системы управления объектами первого класса строятся на базе одного управляющего устройства, соединенного с объектом управления несколькими каналами связи. Обобщенная структура такой системы управления показана на рис. 1.1. В качестве управляющего устройства системы может использоваться микропроцессорный контроллер (МК), построенный на базе микропроцессора определенного типа. Информация о состоянии объекта управления передается в микропроцессорный контроллер через блок нормирующих преобразователей (БН), коммутатор (К) и аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Нормирующие преобразователи используются в системе для согласования уровней информационных сигналов на выходе объекта управления с уровнями входных сигналов коммутатора. Аналого-цифровой преобразователь служит для преобразования аналоговых сигналов с выхода объекта в цифровой код. После преобразования цифровой информации о состоянии объекта управления по определенному алгоритму, обычно содержащемуся в памяти МК, вырабатываются управляющие воздействия, которые поступают на вход объекта управления через цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и исполнительное устройство (ИУ). Заметим что если мультиплексирование входных сигналов ОУ на входе АЦП возможно практически всегда, то мультиплексирование управляющих сигналов на входе МК часто недопустимо. Такая структура управляющей системы объясняется необходимостью запоминания каждого


Рис. 1.1

Следует заметить, что среди выходных сигналов бытовых объектов управления аналогового типа могут быть и дискретные сигналы. Ввод таких сигналов в микропроцессорный контроллер осуществляется через блок формирования сигнала (БФС), назначение которого — согласовать их уровни и мощности с входными цепями микропроцессорного контроллера. При наличии нескольких дискретных сигналов для их ввода в МК можно использовать мультиплексирование. При наличии на входе объекта управления исполнительного устройства дискретного типа (ИУД) (усилители мощности, тиристорные преобразователи, работающие в ключевом режиме), управляющее воздействие формируется в микропроцессорный контроллер и подается в ИУД без использования ЦАП.

Система управления может решать различные задачи: поддержание на определенном уровне или изменение по определенному закону выходных параметров объекта управления; программное изменение выходных параметров объекта и отслеживание их изменений в соответствии с некоторыми внешними сигналами; отслеживание их изменений в соответствии с некоторыми внешними сигналами; дискретных сигналов для их ввода в микропроцессорный контроллер можно использовать мультиплексирование. При наличии на входе объекта управления исполнительного устройства дискретного типа (ИУД) (усилители мощности, тиристорные преобразователи, работающие в ключевом режиме), управляющее воздействие формируется в микропроцессорном контроллере и подается в ИУД без использования ЦАП. включение или выключение потока энергии в объекты управления по времени или по заданному амплитудному значению контролируемого параметра; сбор информации о состоянии объекта управления и ее обработка с сохранением результатов обработки в устройствах памяти.

Центральное место в рассматриваемой системе занимает микропроцессорный контроллер, а остальные элементы — БН, К, АЦП, ЦАП и ИУ — обеспечивают связь микропроцессорного контроллера с объектом управления. Часто их объединяют одним общим названием — устройство связи с объектом (УСО). Конструктивно все элементы системы могут располагаться на одной плате, которая размещается в конструктиве объекта управления. Контроллер может быть выполнен на базе определенного типа микропроцессора и нескольких микросхем подкрепления. При использовании МК как встроенного средства управления в отдельно взятые объекты технические параметры микропроцессорного контроллера и УСО могут быть неунифицированными, и, следовательно, системы управления различных объектов не взаимозаменяемы. Общая стоимость автоматизированной бытовой техники при этом становится значительной.

Для снижения затрат на систему управления объектами бытового назначения возможно использование одного универсального комплекта МК и УСО, которые при необходимости могут быть подключены к любому из объектов. Такой подход к автоматизации бытовой техники особенно целесообразен, когда потребитель является обладателем бытовой ПЭВМ. Небольшим набором средств сопряжения с объектом можно обеспечить в этом случае решение многих бытовых задач, поручив управляющей ПЭВМ контроль и управление различными бытовыми процессами человека.
Объекты управления второго класса обычно объединяются в группы, которые составляют технологическую линию. Системы управления объектами этого класса могут строиться по тому же принципу, составляя совокупность одноконтурных систем управления данного уровня (рис. 1.2). В этом случае каждая локальная система управления одним из объектов работает независимо от других систем. При необходимости информация о состоянии объектов может быть передана в центральное вычислительное устройство для решения некоторых общих для группы объектов управляющих задач.

Те же задачи управления можно решить и с использованием центрального МК, управляющего всей группой объектов (рис. 1.3). В каждой из этих систем есть свои достоинства и недостатки. В распределенной системе управления (рис. 1.2) используются несколько контроллеров (по числу каналов управления). Очевидно, что стоимость такой системы будет больше, но ее надежность гораздо выше, ибо выход из строя одного микропроцессорного контроллера мало отразится на технологическом процессе в целом


Рис. 1.2

Затраты на систему управления с центральным микропроцессорным контроллером (рис. 1.3) меньше, но ее надежность тоже ниже, так как в основном она определяется надежностью центрального микропроцессорного контроллера.

Конечный выбор принципа управления проектируемых микропроцессорных систем зависит от многих взаимосвязанных факторов, важнейшими из которых являются стоимость, надежность, гибкость, способность работать в реальном масштабе времени. Для бытовой техники первые два показателя — стоимость и надежность — часто оказываются определяющими.

МПСА Микропроцессорные системы автоматики

Микропроцессорная система автоматики МПСА — это программно-технический комплекс, на базе которого реализуются схемы автоматизации объекта или устройства.
МПСА применяется для автоматизации алгоритмов логического управления, чтобы повысить надежность работы нефтеперекачивающих станций, резервуарных парков, нефтеналивных объектов, а также для защиты оборудования и сотрудников предприятия. 

«АСК Инжиниринг» создает три вида Микропроцессорных систем автоматики (МПСА):

  • АСУ ТП автоматизированная система управления технологическим процессом
  • АСУ ПТ автоматизированная система управления пожаротушением
  • САРД система автоматического регулирования давления

Микропроцессорная система автоматики МПСА имеет трехуровневую структуру. 

Нижний уровень Микропроцессорной системы автоматики включает в себя различные приборы, датчики и средства измерения, которые размещаются непосредственного на объекте автоматизации: резервуарах, насосах, электродвигателях, задвижках и т. д.

Средний уровень системы автоматики — это центральный контрольный процессор — программное обеспечение, отвечающее за реакцию системы на входные параметры, а также система из различных модулей, которая собирает информацию с датчиков. По значениям с этих датчиков, имея определенные параметры на входе, система принимает решение, что нужно сделать на выходе. 

В комплекс МПСА входит и верхний уровень — это HMI human machine interface — программный пакет, который предоставляет оператору всю необходимую информацию в логическом формате для полноценного отслеживания процессов, происходящих на объекте. Это дает оператору возможность вмешаться при необходимости в процесс автоматизации, принудительно включая цепи и приборы. 

Микропроцессорная система автоматики МПСА устанавливается для решения трех важных задач на объекте. Первая и самая главная — защита людей, вторая — защита оборудования,
и третья — установочное поддержание работы текущего процесса, в частности, круглосуточной перекачки нефти.

Компания «АСК Инжиниринг» разрабатывает системы автоматики МПСА, которые могут управлять любыми «умными» устройствами, любыми комплексами устройств и работать со смежными устройствами. Микропроцессорная система автоматики может быть установлена как на новый строящийся объект, так и в рамках технического перевооружения или реконструкции.

МПСА от «АСК Инжиниринг» это:

  • возможность разработки и внедрения сложных алгоритмов управления;
  • возможность анализа предыдущих действий системы;
  • контроль системы в графическом и в текстовом виде;
  • высокая скорость отклика системы;
  • простая интеграция системы автоматики в большие конгломераты;
  • централизация операционного контроля.

Разработка Микропроцессорной системы автоматики МПСА осуществляется в соответствии с требованиями Заказчика. 

Может варьироваться количество обслуживаемых протоколов, быстродействие системы, число обрабатываемых сигналов. 

Тем не менее, наметилась общая тенденция к унификации отдельных параметров и систем автоматики. 

Типовые решения — это уменьшение требований к обслуживающему персоналу, его взаимозаменяемость, это снижение уровня рисков и ошибок, это простота в обслуживании, а также повышение надежности и эффективности системы. 

Микропроцессорная система автоматики МПСА внедрена компанией «АСК Инжиниринг» на НПС «Крымская» и «Тихорецкая», «Совхозная» и «Рыбинская» — всего более сотни объектов.

Один из самых сложных и амбициозных — магистральный нефтепровод «Куюмба — Тайшет», где на двух крупных нефтеперекачивающих станциях были внедрены две микропроцессорные системы автоматики — одна основная и одна вспомогательная. 

По объемам, трудозатратам, а также важности реализуемых объектов для инфраструктуры страны, ООО «АСК Инжиниринг» находится в лидерах среди российских компаний по установке Микропроцессорных систем автоматики. 

Мы не только поставляем автоматику и проводим пуско-наладочные работы на объекте, но и как ответственные производители несем гарантийные обязательства на МПСА в течение двух лет.

Работа — микропроцессорная система — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Работа — микропроцессорная система

Cтраница 1

Работа микропроцессорной системы в общих чертах заключается в следующей. Исходные данные и программа решения конкретной задачи введены ( изготовителем прибора или пользователем) в память системы. Процедура автоматического решения задачи ( обработки данных) включает ряд рабочих циклов, называемых циклами команды, которые повторяются до тех пор, пока яе будет выполнена вся совокупность команд программы. За время цикла команды производится выборка очередной команды из запоминающего устройства, введение ее в микропроцессор, определение вида операции и операндов, которые будут участвовать в данной операции, извлечение этих операндов из ОЗУ или внутренней памяти микропроцессора, вьгпол-ение операции, соответствующей ее коду в команде, направление в запоминающее устройство и помещение в нем результата исполненной операции. После проведения всех операций, предусмотренных программой, микропроцессорная система выдает результат решения задачи, который выводится через устройство вывода иа дисплей, печатающее устройство, графопостроитель, цифро-аналоговый преобразователь или блок запоминания цифровой информации.  [1]

Для программирования работы микропроцессорной системы требуется описание процесса решения задачи с учетом возможностей микропроцессора. Результат такого описания называют алгоритмом. Алгоритм — это словесное описание решения задачи, которое для удобства графически изображают в виде блок-схемы.  [2]

В ходе работы микропроцессорной системы иногда появляется необходимость немедленной передачи данных, не предусмотренной программой, в МП из устройства ввода-вывода. Иначе говоря, система должна реагировать на неожиданно возникшее внешнее условие. В такой ситуации требуется, чтобы МП, получив из соответствующей линии шины управления сигнал Запрос на обслуживание внешних устройств ( он поступает на ввод ЗПр), прервал работу по программе и начал выполнение программы обработки внешнего устройства. Такой режим называют режимом прерывания. Прерывание возможно тогда, когда имеется команда, позволяющая микропроцессору реагировать на запрос прерывания.  [3]

Обмен информацией с ЭВМ верхнего уровня при работе микропроцессорных систем ЧПУ в составе ГПС ведется через унифицированную систему сопряжения — интерфейс. Соединение устройств между собой осуществляется линиями связи. Группу линий связи, предназначенных для выполнения операций обмена данными, называют шиной интерфейса. Назначение отдельных шин и линий, их номенклатура и взаимное расположение являются определяющими для характеристики интерфейса.  [4]

Шина управления может иметь до двенадцати линий передачи, обеспечивающих работу микропроцессорной системы, которая включает не только МП, но и целый ряд вспомогательных устройств и БИС. Управляющие сигналы системы формируются из разрядов PSW и из выходных управляющих сигналов МП, при этом образуются, в частности, сигналы ЗАПИСЬ В ЗУ, СЧИТЫВАНИЕ ИЗ ЗУ, ЗАПИСЬ В УСТРОЙСТВО ВЫВОДА и СЧИТЫВАНИЕ ИЗ УСТРОЙСТВА ВВОДА.  [6]

Микросхема КР580ВИ53 — трехканальное программируемое устройство ( таймер), предназначено для организации работы микропроцессорных систем в режиме реального времени. Микросхема формирует сигналы с различными временными параметрами.  [7]

Микросхемы представляют собой трехканальное программируемое устройство временных интервалов ( таймер), предназначенное для организации работы микропроцессорных систем в режиме реального времени. Реализованы в виде трех независимых 16-разрядных каналов с общей схемой управления.  [8]

Значение q задается программой работы микропроцессорной системы.  [9]

С помощью простых тест-программ образуются периодические сигналы в других блоках вычислительной системы, например в выходных портах. Используя осциллограф, составляются временные диаграммы работы микропроцессорной системы. При этом в память микропроцессорной системы записывается циклическая программа из нескольких команд. Прерывания в системе запрещаются.  [10]

Управление работой коммутатора и АЦП, а также выбор КТ осуществляются на основании протокола обмена. Протокол представляет собой программу, обеспечивающую многорежимную работу микропроцессорной системы. Задание режимов работы и управление устройствами производятся путем задания управляющих слов в определенных полях протокола.  [11]

Микросхемы представляют собой контроллер состояний и предназначены для обработки, формирования и хранения признаков ветвлений программ, микропрограмм и векторов состояний микро — ЭВМ, выработки сигналов условных переходов, подсчета циклов и логической обработки данных. ИС обеспечивают совместно с К584ВУ1 управление работой микропроцессорной системы и формирование условных переходов для К584ВМ1 или К584ВУ1; работает с 16-разрядной двунаправленной магистралью D и обрабатывают 10 входов внешних условий. Возможны 4 режима работы: нормальный режим, режима повтора, режим пропуска и режим останова.  [12]

Специализированные САПР позволяют проектировать и изготовлять в течение нескольких месяцев так называемые заказные БИС и СБИС, выполняющие функции и имеющие технические характеристики, необходимые заказчику. К заказным БИС относятся прежде всего постоянные запоминающие устройства ( ПЗУ) для микропроцессоров и микро — ЭВМ, в которые заносятся программы, определяющие работу микропроцессорных систем. К полузаказным СБИС относятся вентильные матрицы, содержащие 1000 логических элементов ( вентилей) и более, которые могут быть соединены между собой в соответствии с требованиями заказчика и реализовать необходимые функции. Вентильные матрицы изготовляют в срок от четырех до шести недель.  [13]

В измерительных приборах, содержащих микропроцессорные системы, с помощью последних возможно управление интерфейсными функциями. Такое использование внутриприборной микропроцессорной системы особенно целесообразно при большом числе интерфейсных присоединений и сложности операции сопряжения. Однако организация микропроцессорного управления интерфейсом требует хорошо обоснованного выбора микропроцессора ( прежде всего, по быстродействию и возможности прерывания), детального анализа функционирования интерфейса, а также рационального программирования работы микропроцессорной системы. В [63] подчеркивается, что при построении интерфейса с микропроцессором нельзя руководствоваться общими соображениями.  [14]

Страницы:      1    2

Микропроцессорная система — обзор

Шины

Шины микропроцессорной системы, как было представлено ранее, состоят из линий, которые подключены к каждой части системы, так что сигналы доступны на многих микросхемах одновременно и могут передаваться между любой парой фишек. Тремя основными шинами являются адресная шина, шина данных и шина управления. Поскольку понимание работы шины жизненно важно для понимания работы любой микропроцессорной системы, мы сосредоточимся на каждой шине по очереди, начиная с адресной шины.

Определение

Адресная шина состоит из линий, соединяющих адресные выводы микропроцессора и адресные выводы каждой микросхемы памяти в микропроцессорной системе. В любой системе, кроме очень простой, адресная шина будет соединяться и с другими устройствами, но на данный момент мы проигнорируем эти другие соединения.

Типичный 8-битный микропроцессор старого образца использует 16 адресных контактов. Используя соотношение, согласно которому n контактов позволяют 2 n комбинаций двоичных чисел, использование 16 адресных строк позволяет использовать 65 536 адресов памяти, а современные вычислительные микропроцессоры используют 20, 24, 32 или 64 адресных строки из в котором использование 64 строк является наиболее распространенным сейчас.

Большинство первых типов микросхем памяти были 1-битными, что позволяло хранить только 1 бит данных на адрес. Таким образом, для 8-битного микропроцессора 64 КБ простейшая схема ОЗУ будет состоять из восьми микросхем 64 КБ × 1 бит, каждая из которых будет подключена ко всем 16 линиям адресной шины. Затем каждый из этих чипов будет вносить 1 бит данных, так что каждый чип будет подключен к отдельной линии шины данных. Эта схема показана на рис. 13.2.

Рисунок 13.2. Как устроено 64К памяти для простого 8-битного компьютера.Современные машины могут использовать гораздо большие объемы памяти, но принципы аналогичны

Примечание

В современных компьютерах память не устанавливается в отдельные микросхемы. Чипы собраны в блоки, называемые модулями памяти с двойным расположением выводов (DIMM), которые используют стандартное штекерное соединение. Из-за быстрого развития конструкции памяти эти модули DIMM выпускаются во многих версиях, поэтому при выборе памяти требуется большая осторожность, и если вы хотите обновить память в компьютере, вам следует обратиться к таблицам, предоставленным дистрибьюторами, такими как Crucial или Kingston. .На момент написания статьи используемый в настоящее время тип модуля DIMM помечен как DDR3, а для платы DIMM требуется 240-контактный держатель.

При каждом из 65 536 возможных адресных номеров 16-битной системы каждая микросхема памяти будет давать доступ к 1 биту, и этот доступ обеспечивается через линии шины данных. Комбинация адресной шины и шины данных обеспечивает адресацию и поток данных, но для определения направления данных требуется еще одна линия.

Эта дополнительная линия является линией чтения/записи , одной из линий управляющей шины (некоторые микропроцессоры используют отдельные выходы для чтения и записи).Когда линия чтения/записи находится на одном логическом уровне, сигнал на каждой микросхеме памяти разрешает все соединения со входами блоков памяти, так что память записывается любыми битами, присутствующими на линиях данных. Если сигнал чтения/записи изменяется на противоположный логический уровень, то внутренний вентиль в микросхемах памяти подключается к выходу каждой ячейки памяти, а не к входу, в результате чего логический уровень ячейки влияет на линию данных (размещение битов на строки данных). Кроме того, обычно имеется одна или несколько строк включения/выключения, чтобы память можно было отключить, когда адресация используется для других целей.

Сводка

Микросхемы памяти подключены к линиям шины, и, поскольку микросхема довольно часто хранит 1-битные блоки, может потребоваться одна микросхема памяти для каждого бита полного байта. В современных компьютерах микросхемы собраны в модули DIMM, которые можно легко подключить к компьютеру. В дополнение к линиям адреса и данных память должна использовать сигналы чтения/записи для определения направления потока данных, а также сигналы включения/отключения, позволяющие изолировать всю память, когда адресная шина используется для других целей.

Примечание

Микросхемы динамической памяти на практике используют несколько иную систему адресации: каждый адрес состоит из номера столбца и номера строки. Это сделано для того, чтобы упростить обновление, и номера адресов на адресной шине должны быть преобразованы в этот формат с помощью микросхемы диспетчера памяти. Это не влияет на достоверность описания использования памяти в этой главе.

Наличие адресной шины, шины данных и линий чтения/записи будет достаточным, чтобы 8-битный микропроцессор старого типа мог работать с 64 Кбайт памяти в этом примере.Для меньших объемов памяти единственное изменение этой схемы состоит в том, что некоторые адресные линии адресной шины не используются. Эти неиспользуемые строки должны быть строками более высокого порядка, начиная с самой значимой строки. Для 16-строчной адресной шины старшая значащая линия обозначается как A15, младшая — как A0.

Система памяти для 8-разрядного процессора, состоящая исключительно из 64 КБ ОЗУ, однако, была бы бесполезна, поскольку при включении не будет программы для управления микропроцессором.Должно быть какое-то ПЗУ, даже если это сравнительно небольшое количество. Для некоторых приложений управления все программирование может использовать только ПЗУ, и система будет состоять из одной микросхемы ПЗУ, подключенной ко всем линиям шины данных, и столько адресных линий, сколько необходимо для полной адресации микросхемы. В качестве примера на рис. 13.3 показано, что потребуется в этом случае при использовании ПЗУ размером 8 КБ × 8 бит, для которого нужны только нижние 13 адресных строк.

Рисунок 13.3. Подключение простого микропроцессора к микросхеме ПЗУ емкостью 8 КБ

Более реалистично предположить, что системе потребуются и ПЗУ, и ОЗУ, и теперь нам нужно посмотреть, как можно адресовать эти разные наборы памяти.В первые дни общая способность адресации 8-битной машины не была особым ограничением, и общей конфигурацией было 16 КБ ПЗУ и 16 КБ ОЗУ. Этого можно добиться путем «отображения памяти», как показано на рис. 13.4; возможны, конечно, и другие комбинации. В схеме, которая проиллюстрирована, ПЗУ использует первые 16К адресов, а ОЗУ использует следующие 16К. Теперь важно в этой схеме то, что 16К соответствует 14 строкам адресной шины, и эти же 14 строк используются для и наборов памяти.

Рисунок 13.4. Подключение 16 КБ ОЗУ и 16 КБ ПЗУ, чтобы каждый блок памяти мог использовать разные номера адресов

Нижние 14 адресных линий, от A0 до A13, подключены к обоим наборам микросхем, представленным здесь отдельными блоками. Линия A14, однако, подключена к контактам включения микросхемы, которые, как следует из названия, включают или отключают микросхемы. В течение первых 16 КБ адресов линия A14 имеет низкий уровень, поэтому ПЗУ включено (представляя, что контакт включения активен при низком уровне), а ОЗУ отключено.Для следующих 16К адресов в строках от A0 до A13 строка A14 имеет высокий уровень, поэтому ПЗУ отключено, а ОЗУ включено. Это позволяет одним и тем же 14 адресным линиям осуществлять адресацию как ПЗУ, так и ОЗУ. Такая простая схема возможна только тогда, когда и ПЗУ, и ОЗУ занимают одинаковый объем памяти и требуют одинакового количества адресных строк.

Резюме

Одни и те же адресные линии используются как для микросхем ПЗУ, так и для микросхем ОЗУ, с использованием контактов включения/выключения, чтобы гарантировать, что один диапазон номеров адресов активирует ПЗУ, а другой диапазон активирует ОЗУ.Хотя здесь были показаны 8-битные примеры, принципы применимы (но с гораздо более сложными рисунками) к современным 64-битным системам.

Знакомство с микропроцессором — GeeksforGeeks

Микропроцессор является важной частью компьютерной архитектуры, без которой вы ничего не сможете выполнять на своем компьютере. Это программируемое устройство, которое принимает входные данные, выполняет над ними некоторые арифметические и логические операции и выдает желаемый результат. Проще говоря, микропроцессор — это цифровое устройство на микросхеме, которое может извлекать инструкции из памяти, декодировать и выполнять их и выдавать результаты.

Основы микропроцессора –  
Микропроцессор берет набор инструкций на машинном языке и выполняет их, сообщая процессору, что он должен делать. При выполнении инструкции микропроцессор выполняет три основных действия:

  1. Он выполняет некоторые основные операции, такие как сложение, вычитание, умножение, деление и некоторые логические операции, используя свой арифметико-логический блок (ALU). Новые микропроцессоры также выполняют операции с числами с плавающей запятой.
     
  2. Данные в микропроцессорах могут перемещаться из одного места в другое.
     
  3. Он имеет регистр счетчика программ (ПК), в котором хранится адрес следующей инструкции на основе значения ПК. Микропроцессор переходит из одного места в другое и принимает решения.
     

Типичная структура микропроцессора выглядит следующим образом.

 

Тактовая частота различных микропроцессоров:  

  • 16-битный микропроцессор –  
 8086: 4.7МГц, 8МГц, 10МГц

8088: более 5 МГц

80186/80188: 6 МГц

80286: 8 МГц 
  • 32-разрядный микропроцессор —  
 INTEL 80386: от 16 МГц до 33 МГц

Intel 80486: от 16 МГц до 100 МГц

PENTIUM: 66 МГц 
  • 64-разрядный микропроцессор —  
 INTEL CORE-2: от 1,2 до 3 ГГц

Intel i7: от 66 ГГц до 3,33 ГГц

Intel i5: от 2,4 ГГц до 3,6 ГГц

INTEL i3: от 2,93 ГГц до 3,33 ГГц 

В настоящее время у нас нет 128-битного микропроцессора. Одна из причин этого заключается в том, что мы далеки от исчерпания 64-битного адресного пространства, мы используем его постоянная скорость примерно 2 бита каждые 3 года.В настоящее время мы использовали только 48 бит из 64 бит, так зачем нам 128-битное адресное пространство. Кроме того, 128-битный микропроцессор будет намного медленнее, чем 64-битный микропроцессор.

Типы процессоров:  

  • Компьютер со сложным набором инструкций (CISC) —  
    Компьютер со сложным набором инструкций — это компьютерная архитектура, в которой инструкции таковы, что одна инструкция может выполнять несколько низкоуровневых операций, таких как загрузка из память, запись в память или арифметическая операция и т. д.Он имеет несколько узлов адресации в рамках одной инструкции. CISC использует очень мало регистров.

    Пример:  

 1. Intel 386
2. Интел 486
3. Пентиум
4. Пентиум Про
5. Пентиум II
6. Пентиум III
7. Моторола 68000
8. Моторола 68020
9. Motorola 68040 и т. д. 
  • Компьютер с сокращенным набором команд (RISC) —  
    RISC или компьютер с сокращенным набором команд представляет собой компьютерную архитектуру, в которой инструкции просты и рассчитаны на быстрое выполнение.Инструкции выполняются за один такт, это связано с оптимизацией инструкций и конвейерной обработки (метод, который позволяет одновременно выполнять части или этапы инструкций более эффективно обрабатывать инструкции). RISC использует несколько регистров, чтобы избежать больших взаимодействий с памятью. Он имеет несколько узлов адресации.

    Пример:  

 1. IBM RS6000
2. МС88100
3. Дек Альфа 21064
4. Дек Альфа 21164
5. DEC Alpha 21264 
  • Явно параллельные вычисления инструкций (EPIC) —  
    EPIC или явно параллельные вычисления инструкций позволяют компьютерам выполнять инструкции параллельно с использованием компиляторов.Это позволяет выполнять сложные инструкции без использования более высоких тактовых частот. EPIC кодирует свои инструкции в 128-битные пакеты. каждый пакет содержит три инструкции, каждая из которых закодирована в 41 бит, и 5-битное поле шаблона (содержит информацию о типах инструкций в пакете и о том, какие инструкции могут выполняться параллельно).

    Пример:  

 1. IA-64 (архитектура Intel-64) 

Что такое микропроцессор и как он работает?

Что такое микропроцессор и что вам нужно знать


В наши дни почти каждый использует компьютер, будь то дома или на работе.На самом деле редко можно встретить человека, у которого нет доступа к компьютеру. Мы сильно зависим от компьютеров, особенно в деловом мире. Тем не менее, мало кто действительно понимает, как работают компьютеры. Как компьютер может выполнять команды, которые вы вводите? Ответ на этот вопрос дает микропроцессор компьютера. Конечно, знание этого мало что объясняет. Мы расскажем вам, что такое микропроцессор, как он работает и многое другое.


Что такое микропроцессор?

Микропроцессор — это центральный блок компьютерной системы, выполняющий арифметические и логические операции, которые обычно включают сложение, вычитание, перенос чисел из одной области в другую и сравнение двух чисел.Его часто называют просто процессором, центральным процессором или логическим чипом. По сути, это двигатель или мозг компьютера, который приходит в движение при включении компьютера. Это программируемое многоцелевое устройство, которое объединяет функции ЦП (центрального процессора) в одной ИС (интегральной схеме).


Как работает микропроцессор?

Микропроцессор принимает двоичные данные в качестве входных данных, обрабатывает эти данные, а затем выдает выходные данные на основе инструкций, хранящихся в памяти.Для обработки данных используются АЛУ (арифметико-логическое устройство) микропроцессора, блок управления и регистровая матрица. Массив регистров обрабатывает данные через ряд регистров, которые действуют как временные ячейки памяти с быстрым доступом. Поток инструкций и данных через систему управляется блоком управления.


Преимущества микропроцессора

Но компьютерные системы — не единственные устройства, использующие микропроцессоры. В наши дни все, от смартфонов до бытовой техники и автомобилей, использует микропроцессоры.Вот несколько причин, почему микропроцессоры так широко используются:


  • Они стоят недорого — Благодаря использованию технологии ИС производство микропроцессоров не требует больших затрат. Это означает, что использование микропроцессоров может значительно снизить стоимость системы, в которой они используются.
  • Они быстрые — Технология, используемая для производства современных микропроцессоров, позволяет им работать на невероятно высоких скоростях — сегодняшние микропроцессоры могут выполнять миллионы инструкций в секунду.
  • Они потребляют мало энергии — Потребляемая мощность намного ниже, чем у других типов процессоров, поскольку микропроцессоры изготавливаются с использованием технологии оксидов металлов и полупроводников. Это делает устройства, оснащенные микропроцессорами, намного более энергоэффективными.
  • Они портативны. . Благодаря небольшим размерам микропроцессоров и тому, что они не потребляют много энергии, устройства, использующие микропроцессоры, могут быть портативными (например, смартфоны).
  • Они надежны — Поскольку при производстве микропроцессоров используется полупроводниковая технология, частота их отказов чрезвычайно низка.
  • Они универсальны — Один и тот же микропроцессорный чип можно использовать для множества приложений при изменении программирования, что делает его невероятно универсальным.

Общие термины

Когда дело доходит до обсуждения микропроцессоров, их функций и многого другого, вы, вероятно, столкнетесь с рядом терминов, с которыми вы, возможно, не знакомы. Ниже приведены некоторые общие термины, относящиеся к микропроцессорам:


Длина слова

Длина слова относится к количеству битов во внутренней шине данных процессора или к количеству битов, которые процессор может обработать в любой момент времени.Например, 8-битный процессор будет иметь 8-битные регистры, 8-битную шину данных и одновременно выполнять 8-битную обработку.


Набор инструкций

Набор инструкций — это последовательность команд, которые может понять микропроцессор. По сути, это интерфейс между оборудованием и программным обеспечением.


Кэш-память

Кэш-память используется для хранения данных или инструкций, на которые программное обеспечение или программа часто ссылаются во время работы.По сути, это помогает увеличить общую скорость операции, позволяя процессору получать доступ к данным быстрее, чем из обычной оперативной памяти.


Тактовая частота

Тактовая частота — это скорость, с которой микропроцессор может выполнять инструкции. Обычно он измеряется в герцах и выражается в единицах измерения, таких как МГц (мегагерцы) и ГГц (гигагерцы).


Автобус

Шина — это термин, используемый для описания набора проводников, которые передают данные или эту адресную или управляющую информацию к различным элементам микропроцессора.Большинство микропроцессоров состоят из трех различных шин, включая шину данных, шину адреса и шину управления.


Категории микропроцессоров

Микропроцессоры можно разделить на следующие категории:


На основе длины слова

Микропроцессоры могут быть основаны на количестве битов внутренней шины данных процессора или количестве битов, которые он может обрабатывать за раз (которое известно как длина слова). В зависимости от длины слова микропроцессор можно разделить на 8-битный, 16-битный, 32-битный и 64-битный.


Компьютер с сокращенным набором команд (RISC)

Микропроцессоры

RISC имеют более широкое применение, чем те, которые имеют более конкретный набор инструкций. Для выполнения инструкций в процессоре требуется специальная схема для загрузки и обработки данных. Поскольку в микропроцессорах RISC меньше инструкций, у них более простые схемы, а значит, они работают быстрее. Кроме того, микропроцессоры RISC имеют больше регистров, используют больше оперативной памяти и используют фиксированное количество тактов для выполнения одной инструкции.


Комплексный компьютерный набор инструкций

Микропроцессоры

CISC противоположны микропроцессорам RISC. Их цель — сократить количество инструкций для каждой программы. Количество циклов на инструкцию игнорируется. Поскольку сложные инструкции выполняются непосредственно аппаратно, микропроцессоры CISC сложнее и медленнее. Микропроцессоры CISC используют мало оперативной памяти, имеют больше транзисторов, меньше регистров, имеют большое количество тактов для каждой инструкции и имеют различные режимы адресации.


Процессоры специального назначения

Некоторые микропроцессоры предназначены для выполнения определенных функций. Например, сопроцессоры используются в сочетании с основным процессором, а транспьютер — это транзисторный компьютер: микропроцессор, имеющий собственную локальную память.


Микропроцессор стал поворотным моментом в современной вычислительной технике

Раньше процессоры

были огромными. Только в 1960-х годах дизайнеры пытались интегрировать функции центрального процессора в микропроцессорные блоки.Именно успешное развитие микропроцессора привело к созданию домашнего компьютера. Микропроцессоры общего назначения — это то, что позволяет использовать наши компьютеры для редактирования текста, отображения мультимедиа, вычислений и связи через Интернет. Из-за того, насколько они быстрые, маленькие и энергоэффективные, они стали неотъемлемой частью разработки повседневных технологий, включая бытовую технику, смартфоны и многое другое. Поскольку микропроцессор в корне изменил мир, стоит разобраться, что это такое и как оно работает!

Насколько вы уверены, что ваш бизнес работает с использованием самых современных технологий? Пройдите наш тест сегодня!

COMP_ENG 346: Проектирование микропроцессорной системы | Электротехника и вычислительная техника

Предлагается квартал

Осень : Вт 3:30–4:50 ; Гена

Предпосылки

COMP_ENG 203 и COMP_ENG 205

Описание

Структура и синхронизация типичных микропроцессоров.Примеры семейств микропроцессоров. Память, UARTS, таймеры/счетчики, последовательные устройства и сопутствующие устройства. MUX и связанные с ним структуры управления для систем здания. Прерывание программирования. Компромиссы при проектировании аппаратного и программного обеспечения.

  • Этот курс соответствует требованиям системы.

НЕОБХОДИМЫЕ ТЕКСТЫ:  Нет

ССЫЛКИ:  1. Паспорта устройств 2. Каталоги дистрибьюторов

ВЕДУЩИЙ КУРСА: проф.Бранден Гена

КООРДИНАТОР КУРСА:  проф. Джозия Хестер

ЦЕЛИ КУРСА:  Цель состоит в том, чтобы научить студентов проектировать, создавать и программировать встроенные системы.

ПРЕДПОСЫЛКИ ПО ТЕМАМ:

  1. базовые цифровые интегральные схемы — вентили И/ИЛИ/НЕ, защелки, демультиплексоры
  2. базовая структура процессора — арифметические регистры, адресные регистры, основные режимы адресации
  3. базовое программирование на языке ассемблера

ПОДРОБНЫЕ ТЕМЫ КУРСА

  • Неделя 1: Микроконтроллеры.8051 распиновка и электрические характеристики.
  • Неделя 2:  Подключение к внешнему ОЗУ и программе. Защелки и демультиплексоры.
  • Неделя 3: Порты. Встроенные специальные функции – прерывания, таймеры, последовательный ввод/вывод.
  • Неделя 4: Продолжение специальных функций. Анализ времени.
  • Неделя 5: 8051 программирование на ассемблере, эмуляторы.
  • Неделя 6: Знакомство с типичным микропроцессором — 8086.Основные управляющие сигналы 8086 — DEN, DTR. Водители двусторонних автобусов. Схема часов 8224. 2- и 4-байтовые системы шин.
  • Неделя 7: структура прерывания и контроллер прерываний 8259. Системы приоритетных прерываний
  • Неделя 8: DMA.
  • Неделя 9: Шины и устройства I 2 C.
  • Неделя 10:  Структуры многошинных и общих шин — 8289.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРА:  Учащиеся используют ПК для сборки и эмуляции программ перед записью в E/EPROM.Студенты используют программисты устройств для создания программных чипов 2764/2864 для своих проектов.

ЛАБОРАТОРНЫЕ ПРОЕКТЫ:  Четыре лабораторных работы, начиная с простой микроконтроллерной системы на макетной плате и заканчивая небольшим встроенным приложением, использующим большинство типичных функций (таймеры, последовательный ввод-вывод, АЦП/ЦАП и т. д.), встроенных в микроконтроллеры.

МАРКИ:

  • Домашнее задание — 10 %
  • Лабораторные задания — 30 %
  • Промежуточный экзамен — 30 %
  • Конечный экзамен — 30 %

ЦЕЛИ КУРСА: По окончании этого курса учащийся должен уметь:

  1. Разработка встроенной системы, включая аппаратное и программное обеспечение.
  2. Решите, какой уровень сложности должен иметь микропроцессор и какие дополнительные устройства необходимы, исходя из особенностей приложения.
  3. Определите, как подключить микропроцессор, память и дополнительные устройства к работающей системе.
  4. Чтение диаграмм синхронизации устройств для процессоров, памяти и т. п. и определение совместимости устройств по времени.
  5. Прочтите спецификации устройств и описания выводов и узнайте, как соединять устройства вместе.
  6. Создайте встроенную систему, как аппаратную, так и программную, с использованием прямого доступа к памяти и/или прерываний.
  7. Понять, как использовать вспомогательные схемы, такие как защелки, драйверы шины и демультиплексоры, для построения системы.
  8. Понимать, как использовать UARTS, устройства DAC/ADC, последовательные устройства, устройства таймера/счетчика и аналогичные устройства.
  9. Разработка программного обеспечения и координация программного и аппаратного обеспечения в интегрированную рабочую систему.
  10. Определите и сообщите об аспектах конфиденциальности, безопасности и устойчивости конкретной встроенной системы, а также разработайте программное и аппаратное обеспечение с учетом этих факторов.

ABET КАТЕГОРИЯ СОДЕРЖАНИЯ:  100 % Инжиниринг (компонент дизайна).

Что такое микропроцессор: блок-схема, эволюция, работа, функции

Центральный процессор компьютера (ЦП), построенный на одной интегральной схеме (ИС) , называется микропроцессором .

Цифровой компьютер с одним микропроцессором, который действует как центральный процессор, называется микрокомпьютером.

Это программируемое, многоцелевое, управляемое часами электронное устройство на основе регистров, которое считывает двоичные инструкции из запоминающего устройства, называемого памятью, принимает двоичные данные в качестве входных данных и обрабатывает данные в соответствии с этими инструкциями и предоставляет результаты в качестве выходных данных.

Микропроцессор содержит миллионы крошечных компонентов, таких как транзисторы, регистры и диоды, которые работают вместе.

Блок-схема микрокомпьютера

Микропроцессор состоит из АЛУ, блока управления и массива регистров. Где АЛУ выполняет арифметические и логические операции над данными, полученными от устройства ввода или памяти. Блок управления управляет инструкциями и потоком данных внутри компьютера. Массив регистров состоит из регистров, обозначенных такими буквами, как B, C, D, E, H, L, и аккумулятора.


Эволюция микропроцессоров

Мы можем классифицировать микропроцессоры по поколениям или по размеру микропроцессора:

Первое поколение (4-разрядные микропроцессоры)

Микропроцессоры первого поколения были представлены в 1971-1972 годах корпорацией Intel. Он был назван Intel 4004 , так как это был 4-битный процессор.

Это был процессор на одном чипе. Он мог выполнять простые арифметические и логические операции, такие как сложение, вычитание, логическое ИЛИ и логическое И.

У меня был блок управления, способный выполнять такие функции управления, как извлечение инструкции из памяти, ее декодирование и последующая генерация управляющих импульсов для ее выполнения.

Второе поколение (8-разрядный микропроцессор)

Микропроцессоры второго поколения снова были представлены Intel в 1973 году. Это был первый 8-битный микропроцессор, который мог выполнять арифметические и логические операции над 8-битными словами. Это был Intel 8008, а другой улучшенной версией был Intel 8088.

Третье поколение (16-разрядный микропроцессор)

Микропроцессоры третьего поколения, представленные в 1978 году, были представлены Intel 8086, Zilog Z800 и 80286 , которые представляли собой 16-битные процессоры с производительностью на уровне миникомпьютеров.

Четвертое поколение (32-разрядные микропроцессоры)

Несколько разных компаний представили 32-битные микропроцессоры, но самым популярным из них является Intel 80386 .

Пятое поколение (64-разрядные микропроцессоры)

С 1995 года по настоящее время мы в пятом поколении.После 80856 Intel выпустила новый процессор, а именно процессор Pentium, за которым последовал процессор Pentium Pro CPU , который позволяет нескольким процессорам в одной системе выполнять многопроцессорную обработку.

Другие улучшенные 64-разрядные процессоры: Celeron, Dual, Quad, Octa Core .

Таблица

: важные микропроцессоры Intel

Микропроцессор Год изобретения Длина слова Емкость адресации памяти Штифты Часы Замечания
4004 1971 4-битный 1 КБ 16 750 кГц Первый микропроцессор
8085 1976 8-битный 64 КБ 40 3–6 МГц Популярный 8-разрядный микропроцессор
8086 1978 16-битный 1 МБ 40 5–8 МГц Широко используется в ПК/XT
80286 1982 16-битный 16 МБ реального, 4 ГБ виртуального 68 6-12.5 МГц Широко используется в ПК/AT
80386 1985 32-разрядный 4 ГБ реального, 64 ТБ виртуального 132 14X14 ПГА 20–33 МГц Содержит MMU на микросхеме
80486 1989 32-разрядный 4 ГБ реального, 64 ТБ виртуального 168 17X17 ПГА 25–100 МГц Содержит MMU, кэш-память и FPU, 1,2 миллиона транзисторов
Пентиум 1993 32-разрядный 4 Гб реального, 32-битный адрес, 64-битная шина данных 237 ПГА 60-200 Содержит 2 ALU, 2 кэша, FPU, 3.3 миллиона транзисторов, 3,3 В, 7,5 миллиона транзисторов
Пентиум Про 1995 32-разрядный Реальная 64 ГБ, 36-битная адресная шина 387 ПГА 150–200 МГц Это процессор потока данных. Он также содержит кэш второго уровня, 3,3 В
Пентиум II 1997 32-разрядный 233–400 МГц Все функции Pentium pro плюс технология MMX,3.3 В, 7,5 млн транзисторов
Пентиум III 1999 32-разрядный 64 ГБ 370 ПГА 600–1,3 МГц Улучшенная версия Pentium II; 70 новых инструкций SIMD
Пентиум 4 2000 32-разрядный 64 ГБ 423 ПГА 600–1,3 ГГц Улучшенная версия Pentium III
Итаниум 2001 64-разрядная версия 64 адресных строки 423 ПГА 733 МГц-1.3 ГГц 64-битный процессор EPIC

Где,

  • PGA — массив контактов
  • MMX — Мультимедийные расширения
  • EPIC — Вычисление явно параллельных инструкций
  • SIMD — одна инструкция, несколько данных
  • ALU — Арифметико-логическое устройство
  • MMU — блок управления памятью
  • FPU — модуль с плавающей запятой

Основные термины, используемые в микропроцессоре

Вот список некоторых основных терминов, используемых в микропроцессоре:

Набор инструкций — Группа команд, которые может понять микропроцессор, называется набором инструкций.Это интерфейс между оборудованием и программным обеспечением.

Шина — Набор проводников, предназначенных для передачи данных, адреса или управляющей информации к различным элементам микропроцессора. Микропроцессор имеет три типа шин: шину данных, шину адреса и шину управления.

IPC (Instructions Per Cycle) — это показатель того, сколько инструкций ЦП способен выполнить за один такт.

Тактовая частота — это количество операций в секунду, которые может выполнять процессор.Она может быть выражена в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц). Его также называют тактовой частотой.

Пропускная способность — количество битов, обрабатываемых в одной инструкции, называется пропускной способностью.

Длина слова — Число битов, которое процессор может обрабатывать за раз, называется размером слова процессора. 8-битный микропроцессор может одновременно обрабатывать 8-битные данные. Диапазон длины слова составляет от 4 до 64 бит в зависимости от типа микрокомпьютера.

Типы данных — микропроцессор поддерживает несколько форматов типов данных, таких как двоичные, ASCII, знаковые и беззнаковые числа.


Работа микропроцессора

Микропроцессор следует последовательности для выполнения инструкции: выборка, декодирование, а затем выполнение.

Изначально инструкции хранятся в памяти компьютера в последовательном порядке. Микропроцессор извлекает эти инструкции из сохраненной области (памяти), затем декодирует их и выполняет эти инструкции до тех пор, пока не встретится команда STOP.Затем он отправляет результат в двоичной форме на выходной порт. Между этими процессами регистр хранит временные данные, а АЛУ (арифметико-логическое устройство) выполняет вычислительные функции.


Характеристики микропроцессора

  • Низкая стоимость — Благодаря технологии интегральных схем микропроцессоры доступны по очень низкой цене. Это снизит стоимость компьютерной системы.
  • Высокая скорость — Благодаря используемой технологии микропроцессор может работать на очень высокой скорости.Он может выполнять миллионы инструкций в секунду.
  • Малый размер — микропроцессор занимает очень мало места благодаря очень крупномасштабной и сверхкрупномасштабной технологии интеграции. Из-за этого размер компьютерной системы уменьшается.
  • Универсальность — Один и тот же чип можно использовать для нескольких приложений, поэтому микропроцессоры универсальны.
  • Низкое энергопотребление — В микропроцессорах используется технология металл-оксид-полупроводник, которая потребляет меньше энергии.
  • Меньшее выделение тепла — В микропроцессорах используется полупроводниковая технология, которая не выделяет много тепла по сравнению с электронными ламповыми устройствами.
  • Надежный — Поскольку микропроцессоры используют полупроводниковую технологию, частота отказов очень низкая. Следовательно, он очень надежен.
  • Портативный — Благодаря небольшому размеру и низкому энергопотреблению микропроцессоры являются портативными.

Микропроцессорные системы


А микропроцессор представляет собой единый кремниевый чип, который выполняет все Основные функции центрального процессора компьютера (ЦП) на одном кремниевом чипе.Микропроцессоры встречаются в огромном разнообразии приложений, включая системы управления двигателем, экологические системы управления, бытовая техника, видеоигры, факсимильные аппараты, копировальные аппараты и т.п.

CPU выполняет три функции: он контролирует работу систем; выполняет алгебраические и логические операции; и он хранит информацию (или данные) во время обработки. Процессор работает в связке с другими чипами, особенно с теми, которые обеспечивать оперативную память (ОЗУ), постоянную память (ПЗУ) и ввод/вывод (I/O).

Ключевой процесс в разработке все более мощные микропроцессорные чипы известны как микролитография. В этом процессе схемы проектируются и размещаются с помощью компьютера. перед фотографическим уменьшением до размера, при котором отдельные линии цепи составляют примерно 1/100 размера человеческого волоса. Ранняя миниатюризация методы, которые были названы крупномасштабной интеграцией (LSI), привело к выпуску первого поколения 256-килобитной памяти. чип (обратите внимание, что такой чип на самом деле имеет емкость памяти 262 144 бит где каждый бит представляет собой двоичный 0 или 1).Сегодня в результате масштабного интеграции (СБИС), могут быть изготовлены микросхемы, содержащие более миллиона транзисторы.

Первые микропроцессорные системы были разработан в начале 1970-х гг. Они были простыми и грубыми сегодня стандарты, но они нашли немедленное применение в автомобильной промышленности, где они были развернуты в управлении двигателем и автоматике тормозные системы. Сегодня микропроцессорные системы встречаются в огромном разнообразие приложений от персональных компьютеров до стиральных машин!

Блок-схема типичной микропроцессорной системы показана ниже.Чтобы узнать, что делает каждая функция, просто переместите указатель мыши над ним!

Центральный процессор (ЦП) вообще сам чип микропроцессора. Это устройство содержит следующие основные блоки:

  • мест хранения (называемых регистрами) которые можно использовать для хранения инструкций, данных и адресов во время обработка
  • арифметико-логическое устройство (ALU), которое способен выполнять различные арифметические и логические функции (например, сравнение двух чисел)
  • блок управления, который принимает и генерирует внешние управляющие сигналы (такие как чтение и запись) и обеспечивает синхронизирующие сигналы для всей системы.

Чтобы убедиться, что все данные поток внутри системы упорядочен, необходимо синхронизировать все передачи данных с использованием тактового сигнала. Этот сигнал часто генерируется тактовой схемой (аналогично часам в цифровом смотреть, но гораздо быстрее). Для обеспечения точности и стабильности часов Схема обычно основана на миниатюрном кристалле кварца.

Всем микропроцессорам требуется доступ к память для чтения/записи, в которой данные (т.грамм. результаты расчетов) могут быть временно сохранены во время обработки. Хотя некоторые микропроцессоры (часто называемые микроконтроллерами) содержат свои собственные небольшие память чтения/записи, это обычно обеспечивается с помощью полупроводникового оперативная память (ОЗУ).

Микропроцессоры обычно также требуют более постоянное хранилище для своих управляющих программ и, при необходимости, операционные системы и интерпретаторы языков высокого уровня.Это обычно обеспечивается с помощью полупроводниковой постоянной памяти (ПЗУ).

Для выполнения любой полезной функции микропроцессор система должна иметь связь с внешним миром. Обычно это подается с помощью одного или нескольких устройств СБИС, которые могут быть сконфигурированы управляются программным обеспечением и поэтому называются программируемыми. Устройства ввода/вывода (I/O) делятся на две основные категории; параллельный (где байт передается за раз по восьми проводам), или последовательный (где один бит передается за другим по одному провод).

Основные компоненты микропроцессора система (ЦП, ОЗУ, ПЗУ и ввод-вывод) связаны друг с другом с помощью нескольких соединительное устройство, известное как шина. Адресная шина используется для указать ячейки памяти (т.е. адреса), используется шина данных для передачи данных между устройствами, а шина управления используется для обеспечивают синхронизацию и управляющие сигналы (такие как чтение и запись, сброс и прерывание) по всей системе).

А практический микроконтроллер показан ниже. Чтобы увидеть, как это связано с диаграмма, показанная ранее, просто наведите указатель мыши на компоненты:

Home

Seung Woo Son

Кредиты: 3

Контакты Часы: 3 часа Лекции

Инструктор: Seung Woo Son

Учебник:

Другие Дополнительные материалы : Все дополнительные материалы можно найти на портале UMass Lowell Blackboard (https://www.uml.edu/доска/). Эти материалы включают слайды лекций, раздаточные материалы, записи, задания, викторины и другую документацию.

Каталог курсов Описание:

Этот курс представляет собой введение в микропроцессоры. Он использует язык ассемблера для разработки основы аппаратного обеспечения, на котором выполняется программа. Дизайн и программирование интерфейса памяти и ввода/вывода. Изучение микропроцессора и его основных вспомогательных компонентов, включая архитектуру ЦП, интерфейсы и управление памятью, интерфейсы сопроцессора, концепции шины, устройства последовательного ввода-вывода и устройства управления прерываниями.Лаборатории напрямую связаны с функциями микропроцессоров и их интерфейсами.

Предварительные требования : EECE.2160 (Прикладное программирование ECE), EECE.2650 (Логический дизайн)

Оценка : Домашняя работа/лабораторные работы (55%), 2 экзамена (промежуточный: 20%, выпускной: 25%)

Обязательно или по выбору? Этот курс необходим для специалистов по вычислительной технике, а инженеры-электрики могут использовать его в качестве технического факультатива.

Результаты курса:

К концу этого курса вы должны понимать и/или уметь использовать все следующее:

  1. Архитектура программного обеспечения микропроцессора: Форматы данных, типы и выравнивание.Адресация и организация памяти. Операция стека.
  2. Инструкции микропроцессора: Форматы и типы инструкций: передача данных, арифметические, логические, сдвиг/поворот, условное выполнение, управление программой, функции.
  3. Программирование на языке ассемблера:  Способность писать, изменять и отлаживать программы, написанные на языке ассемблера. Перевод кода высокого уровня на язык ассемблера. Программы, объединяющие ассемблер и высокоуровневый код.
  4. Интерфейс микропроцессора: Интерфейс памяти и ввода/вывода.Автобусные циклы.
  5. Обработка прерывания: Аппаратное и программное прерывание.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.