Рис.11-3 Работа следящего АЦП

Микропроцессоры и микроконтроллеры [Марченко ]

Устройства на элементах, изготовленных методами интегральной технологии, оказываются в десятки и сотни раз дешевле эквивалентных им устройств, выполненных на дискретных элементах. Резко улучшаются также практически все эксплуатационные и другие характеристики этих устройств (в том числе надёжность, энергопотребление, массогабаритные параметры). Естественным направлением снижения затрат на изготовление устройств является применение микросхем повышенной степени интеграции.

Однако со сложностью микросхем увеличивается их специализация, сужается область применения, что, в свою очередь, сокращает объём производства этих микросхем и, следовательно, непропорционально увеличивает их стоимость. Таким образом, применение специализированных БИС и СБИС становится выгодным только при большой серийности изделий, например, БИС для телефонных аппаратов и калькуляторов, БИС программируемых и оперативных запоминающих устройств, БИС для электронных часов и др.

Разрешение между высокой степенью интеграции и узкой специализацией БИС и СБИС было найдено с созданием универсальных микросхем, принцип функционирования которых определяется не только внутренними связями, но и подаваемыми извне командами, т. е. программным управлением. Такая БИС получила название микропроцессора, так как она создана методом микроэлектронной технологии и способна работать по изменяемой программе. Микропроцессорные БИС обладают сравнительно низкой стоимостью, большой серийностью и универсальностью применения.

Итак, микропроцессор — это программно управляемое устройство обработки цифровой информации, реализованное в виде БИС или СБИС, т. е. устройство, способное выполнять под программным управлением обработку информации (включая её ввод и вывод), арифметические и логические операции.

В связи с широким спектром возможных применений эволюция архитектуры микропроцессоров шла по нескольким различным направлениям, в результате чего появились следующие их классы:

 простые однокристальные 44, 88 и 166разрядные контроллеры невысокой

производительности для применения в бытовых приборах и небольших подсистемах;

быстродействующие секционные комплексы микропроцессорных БИС для создания вычислительных устройств произвольной разрядности, адаптируемых к алгоритмам обработки данных на микропроцессорном уровне; l мощные однокристальные 322 и 644разрядные микропроцессоры;

процессоры цифровой обработки сигналов, подключаемые к тандартным интерфейсам микроЭВМ для обработки алгоритмов, таких, как быстрое преобразование Фурье;

аналоговые процессоры — устройства, включающие АЦП, ЦАП, устройства

цифровой обработки и представляющиеся пользователю как системы с аналоговым входом и аналоговым выходом.

Выделяют также скалярные (суперскалярные), матричные и векторные процессоры. «Суперскалярность» означает способность центрального процессора выполнять более чем одну команду за такт процессора. В скалярных и суперскалярных МП, осуществляющих конвейеризацию (многопоточную параллельную обработку команд), все этапы команды задействуются только один раз и всегда в одном и том же порядке одна за другой. Это, в частности, означает, что если схема первой микрокоманды выполнила свою работу и передала результаты второй, то для выполнения текущей команды она больше не понадобится, и, следовательно, может приступить к выполнению следующей команды. Процессор Pentium — первый суперскалярный процессор корпорации Intel.

Матричные и векторные МП предназначены для обработки зображений, матриц и массивов данных, т. е. в них осуществляется манипуляция массивами данных, а не простое исполнение списка инструкций. Матричный процессор имеет архитектуру, рассчитанную на обработку числовых массивов, например, матриц. Его архитектура включает в себя матрицу процессорных элементов 64х64, работающих одновременно.

Векторный МП обеспечивает параллельное вычисление операции над массивами данных, векторов. Он характеризуется специальной архитектурой, построенной на группе параллельно работающих процессорных элементов. Частным случаем векторного МП является процессор изображений, который служит для обработки сигналов, поступающих от датчиков формирователей изображения.

Векторная обработка увеличивает производительность процессора за счёт того, что обработка целого набора данных (вектора) производится одной командой. Векторные компьютеры манипулируют массивами данных подобно тому, как скалярные машины обрабатывают отдельные элементы таких массивов. В этом случае каждый элемент вектора надо рассматривать как отдельный элемент потока данных. Максимальная скорость передачи данных в векторном формате может составлять 64 Гбайт/с, что на два порядка быстрее, чем в скалярных машинах.

.