background image

Architektura jednostki centralnej

RD

MBR

MAR

IR

PC

+1

WR

jednostka

sterująca

ALU

A

F

Adres

Dane

Rejestry:

MAR – (Memory Address Register) 

rejestr adresowy

MBR – (Memory Buffer Register) 

rejestr buforowy

IR – (Instruction Register) rejestr 

instrukcji

PC – (Program Counter) licznik 

rozkazów

A – (Accumulator) akumulator

F – (Flags) rejestr znaczników

background image

Jednostka sterująca

Wyróżnia się zasadniczo dwa podejścia do architektury 

jednostki sterującej:

CISC – Complex Instruction Set Computer czyli komputer 

o złożonej liście rozkazów

RISC – Reduced Instruction Set Computer czyli komputer 

o zredukowanej liście rozkazów

background image

Architektura jednostki sterującej procesorów CISC

IR

generator adresu

początkowego

rejestr adresów

 mikrorozkazów

rejestr adresu 

powrotu

z mikroprogramu

pamięć

 mikroprogramu

rejestr

mikrorozkazów

dekoder

 mikrorozkazów

adres skoku 

bezwarunkow

go

adres 

powrotny

background image

Procesory typu CISC

Cechy charakterystyczne:

duża liczba rozkazów (od stu do kilkuset)

rozkazy złożone, realizujące specjalizowane zadania

duża liczba trybów adresowania

duży zakres rozkazów o różnych długościach i czasach 

wykonywania

mikroprogamowalna jednostka sterująca

słabe wykorzystanie listy rozkazów przez kompilatory 

języków wysokiego poziomu (np. ok. 71% z rozkazów 
MC68020 nie było wykorzystanych po kompilacji 
programów w C)

background image

Procesory typu RISC

Cechy charakterystyczne:

niewielka lista prostych rozkazów (kilkadziesiąt)

łatwy do dekodowania, stałej długości format rozkazów

rozkazy wykonywane w pojedynczym cyklu zegara

mało trybów adresowania

komunikacja z pamiecią ograniczona do rozkazów 

LOAD, STORE

rozkazy działające zazwyczaj na argumentach 

zapisanych w rejestrach

układowo realizowana jednostka sterująca

background image

Architektura von Neumanna

Występuje jedna przestrzeń adresowa pamięci  

zarówno program jak i dane umieszczone są w tej 

samej przestrzeni adresowej i nie można ich od siebie 
odróżnić

za prawidłową interpretację informacji umieszczonych 

w pamięci odpowiedzialny jest programista

µP

dane

pamięć

adres

background image

Architektura typu Harvard

Występują oddzielne przestrzenie adresowe pamięci 

programu oraz danych, a mikroprocesor komunikuje się 

z nimi używając oddzielnych magistral.

µP

dane

pamięć

danych

adres

rozkazy

adres

pamięć

programu

background image

Mikrokontrolery – pamięci wewnętrzne

Mikrokontroler

jednostka

centralna

(CPU, µP)

pamięć

programu

układy

we-wy

szyna danych

szyna adresowa

szyna sterująca

pamięć

danych

background image

Mikrokontrolery – pamięci wewnętrzne

Typy pamięci występujące w mikrokontrolerach:

RAM

ROM

EPROM / OTP

EEPROM

FLASH

background image

Mikrokontrolery – pamięć RAM

wykorzystywana jest praktycznie wyłącznie jako 

pamięć danych

ma krótki czas dostępu zarówno podczas odczytu jak i 
zapisu

jest niezbędna do przechowywania tymczasowych 
wyników obliczeń

jest niezbędna do przechowywania stosu

jej zawartość „znika” po wyłączeniu zasilania 

background image

Mikrokontrolery – pamięć ROM

Wykorzystywana  jako  pamięć  programu  oraz  pamięć 

stałych.

Zalety:

jej zawartość nie może zostać przypadkowo zmieniona

duża odporność na promieniowanie jonizujące

mały pobór energii

Wady:

wymaga 

zaprogramowania 

przez 

producenta 

mikrokontrolera

zawartość  pamięci  nie  może  zostać  zmieniona  w  celu 

poprawienia lub uaktualnienia oprogramowania

background image

Mikrokontrolery – pamięć EPROM

Erasable Programable Read Only Memory

kasowanie zawartości odbywa się poprzez naświetlanie 

promieniowami ultrafioletowymi

wykorzystywana  jako  pamięć  programu  oraz  pamięć 

stałych

background image

Mikrokontrolery – pamięć EPROM

Zalety:

nie wymaga programowania u producenta

możliwość 

modyfikowania 

zapisanego 

niej 

programu

Wady:

wymaga  dużo  droższej  obudowy  –  z  okienkiem 
kwarcowym

mała odporność na promieniowanie jonizujące

możliwość  utraty  przechowywanej  informacji  po 
pewnym czasie (zwykle 10 lat)

długi proces kasowania (kilkanaście minut)

stosunkowo długi proces programowania (kilkadziesiąt 
sekund)

większy pobór energii niż w pamięciach ROM

background image

Mikrokontrolery – pamięć EPROM / OTP

One Time Programable

mikrokontroler  umieszczany  jest  w  tańszej  obudowie  - 

bez okienka

niemożliwe jest skasowanie zapisanej informacji

background image

Mikrokontrolery – programowanie pamięci EPROM / OTP

background image

Mikrokontrolery – weryfikacja pamięci EPROM / OTP

background image

Mikrokontrolery – programowanie pamięci EPROM / OTP

background image

Mikrokontrolery – pamięć EEPROM

Electricaly Erasable Programable Read Only Memory

możliwa  jest  modyfikacja  zawartości  poszczególnych 

komórek  pamięci  poprzez  przyłożenie  odpowiednich 
sygnałów  elektrycznych  lub  wykonanie  odpowiednich 
procedur programowania

wykorzystywana  jako  pamięć  programu  oraz  pamięć 

części danych

background image

Mikrokontrolery – pamięć EEPROM

Zalety:

nie  wymaga  długotrwałego  kasowania  poprzez 
naświetlanie promieniowaniem ultrafioletowym

umożliwia zapisywanie w niej pewnych danych, które 
będą przechowane po wyłączeniu systemu

umożliwia modyfikację pojedynczych bajtów

nie wymaga drogiej obudowy z okienkiem

background image

Mikrokontrolery – pamięć EEPROM

Wady:

wymaga droższej technologii niż EPROM/OTP

wymaga 

specjalnych 

zabezpieczeń 

przed 

przypadkową modyfikacją zawartości

możliwość  utraty  przechowywanej  informacji  po 
pewnym czasie (zwykle 10 lat)

stosunkowo długi proces programowania (kilkadziesiąt 
sekund)

większy pobór energii niż w pamięciach ROM

background image

Mikrokontrolery – pamięć FLASH

Zalety:

prostsza (tańsza) technologia niż EEPROM

zwykle możliwość programowania w systemie

Wady:

konieczność 

kasowania 

całej 

pamięci, 

lub 

przynajmniej całych fragmentów pamięci

background image

Mikrokontrolery – pamięć FLASH

Wady:

wymaga droższej technologii niż EPROM/OTP

wymaga 

specjalnych 

zabezpieczeń 

przed 

przypadkową modyfikacją zawartości

możliwość  utraty  przechowywanej  informacji  po 
pewnym czasie (zwykle 10 lat)

stosunkowo długi proces programowania (kilkadziesiąt 
sekund)

większy pobór energii niż w pamięciach ROM

background image

Mikrokontrolery – pamięci nieulotne

Pamięci 

nieulotne 

są 

niezbędne 

aby 

system 

mikroprocesorowy  mógł  zacząć  działać,  gdyż  po 

włączeniu  zasilania  (ściślej  po  wykonaniu  operacji 

RESET)  mikroprocesor  zaczyna  pobierać  rozkazy 

(począwszy  od  pewnego  ustalonego  adresu),  a  więc 

kody instrukcji, które muszą być znane i ustalone przed 

uruchomieniem systemu mikroprocesorowego.

background image

Mikrokontrolery – zabezpieczenia przed kopiowaniem

background image

Mikrokontrolery

Mikrokontroler

jednostka

centralna

(CPU, µP)

pamięć

programu

układy

we-wy

szyna danych

szyna adresowa

szyna sterująca

pamięć

danych

background image

Mikrokontrolery – jednostki centralne

Wiele  układów  mikrokontrolerów  produkowanych  przez 

jednego producenta.

Jednak  zwykle  produkowana  jest  tylko  jedna  lub  kilka 
rodzin mikrokontrolerów.

Rodziny  są  oparte  na  tej  samej  jednostce  centralnej. 
Poszczególne  typy  różnią  się  tylko  wielkościami 
wbudowanych pamięci i różnorodnością zastosowanych 
układów peryferyjnych.

background image

Mikrokontrolery – układy wejścia-wyjścia

Wbudowane 

układy 

wejścia-wyjścia 

(układy 

peryferyjne):

porty równoległe

układy licznikowe

układy komunikacyjne

­

UART (SCI)

­

SPI

­

I

2

C

­

CAN

­

USB

przetworniki A/C

komparatory

przetworniki C/A, PWM

sterowniki specjalizowane (np. do LCD)


Document Outline