ELEKTRONIKA
Mikroprocesory
dr inż. Wiesław Pamuła
ELEKTRONIKA
Procesor
adres
dane
jednostka
sterująca
sterowanie
PSW
układy
PC
wejścia rejestry
pamięć
wyjście
zewnętrzna
jednostka
pamięć
arytmetyczno
podręczna
-logiczna
2
ELEKTRONIKA
Procesor
Można wyróżnić następujące podzespoły procesora:
" rejestry zawierają pobrane z pamięci dane, służą do chwilowego
przechowywania pośrednich wyników zwiększają efektywność przetwarzania
procesora
" jednostka arytmetyczno-logiczna JAL (ALU) realizuje operacje na danych,
arytmetyczne, logiczne, bitowe
" jednostka sterująca (dekoder rozkazów) układ generujący sygnały
sterujące wykonaniem kolejnych kroków realizacji rozkazu
" licznik rozkazów PC układ generujący identyfikator (adres) kolejnego
słowa do pobrania przez procesor
" słowo statusowe procesora PSW rejestr zawierający informacje o wyniku
operacji wykonanych przez JAL i znaczniki stanu podzespołów procesora
3
ELEKTRONIKA
CYKL ROZKAZOWY
" cykl maszynowy czas przetworzenia jednego słowa przez procesor
" cykl rozkazowy zbiór cykli maszynowych wymaganych do wykonania
rozkazu jeżeli rozkaz składa się z jednego słowa to cykl rozkazowy pokrywa
się z cyklem maszynowym
Pi Di Ai Wi Zi Pi+1 Di+1Ai+1 Wi+1 Zi+1
Ai
cykl maszynowy cykl maszynowy
cykl rozkazowy
P - pobranie kodu,
D  dekodowanie, A  pobranie argumentów,
W  wykonanie rozkazu, Z  zapis wyniku.
4
ELEKTRONIKA
Lista instrukcji
" obejmuje specyfikację rozkazów
" sposób identyfikacji danych
oprogramowanie
Lista rozkazów
sprzęt
rodziny procesorów różnią się listami instrukcji
5
ELEKTRONIKA
Grupy instrukcji
" przesłania danych wymiana danych bez zmiany formy (wartości),
kopiowanie zawartości, przenoszenie między zasobami komputera
" operacji arytmetyczno-logicznych
" rozgałęzienia (skoki) - zmiana kolejności wykonania programu
 bezwarunkowe,
 warunkowe
" sterowania zasobami procesora
 system przerwań,
 ochrona przestrzeni adresowych
 synchronizacja procesów
MNEMONIKA skrótowy zapis instrukcji
DYREKTYWA polecenie dla programu tłumaczącego mnemoniki na kod
maszynowy
6
ELEKTRONIKA
Instrukcje arytmetyczno-logiczne
" suma logiczna OR,
" iloczyn logiczny AND,
" suma modulo 2 XOR,
" negacja NOT,
" dodawanie i odejmowanie liczb binarnych
" porównywanie dwóch liczb,
" przesunięcia i rotacje,
" mnożenie i dzielenie arytmetyczne liczb binarnych.
ZNACZNIKI (flags)
ustawiane w wyniku wykonania operacji:
 zero Z,
 znak S,
 przeniesienie C,
 przeniesienie połówkowe AC,
 parzystość P,
 przekroczenie zakresu liczb OV.
7
ELEKTRONIKA
PROGRAM
Program jest sekwencją rozkazów. Wykonanie rozkazu rozpoczyna się
pobraniem z pamięci słowa interpretowanego jako kod instrukcji,
następnie jednostka sterująca dekoduje rozkaz i wystawia sterowanie
dla pozostałych jednostek komputera.
PRZERWANIA w pierwotnej wersji nie uwzględnione
8
ELEKTRONIKA
Pamięci
y
ródło danych przetwarzanych przez procesor
" komórka elementarne miejsce w pamięci zawierająca jednostkę
informacji słowo
" słowo znaczenie słów nie jest przypisane ich treści, mogą to
być dane lub kody rozkazów, interpretacja słowa zależy od stanu
procesora w chwili pobierania słowa z pamięci
" adres identyfikator komórek pamięci, porządkuje komórki
zawartość komórki może być zmieniona tylko przez procesor w wyniku
wykonania rozkazów
" rozmiar
" czas dostępu
" czas cyklu
9
ELEKTRONIKA
Pamięci
Pamięci
o dostępie o dostępie
skojarzeniowe
swobodnym sekwencyjnym
RAM ROM taśmowe dyskowe
SRAM DRAM
EPROM PROM
10
ELEKTRONIKA
Pamięci PROM
FLASH
rodzaj pamięci EEPROM pozwalającej na zapisywanie lub kasowanie
wielu komórek pamięci podczas jednej operacji programowania.
Posiada ograniczoną liczbę cykli kasowania, przekroczenie tej liczby
powoduje uszkodzenie pamięci.
NOR i NAND, różniące się typem bramki logicznej zastosowanej w
komórkach pamięci.
NOR ma długie czasy zapisu i kasowania, ale umożliwia bezpośredni
dostęp do każdej komórki pamięci. Wytrzymuje od 10 000 do 100 000
cykli kasowania.
NAND ma krótszy czas zapisu i kasowania, większą gęstość upakowania
danych, dziesięciokrotnie większą wytrzymałość.Posiada sekwencyjny
dostęp do danych, przez co może być stosowana jako pamięć masowa,
np. w kartach pamięci, lecz jest bezużyteczną jako pamięć komputera.
MLC, SLC multi level cell, single level cell
zastosowania
11
ELEKTRONIKA
wybór
Pamięci RAM
STATYCZNE - SRAM
" cztero lub 6-cio tranzystorowe komórki
" informacja reprezentowana przez stan przerzutnika
dane
DYNAMICZNE  DRAM, SDRAM, DDR, DDR2, DDR3 &
" jednotranzystorowe komórki
" informacja reprezentowana przez ładunek w kondensatorze,
kondensator ulega rozładowaniu
ODŚWIEŻANIE
wybór
okres odświeżania od kilku do kilkunastu milisekund, w czasie
odświeżania pamięć nie jest dostępna
dane
MULTIPLEKSOWANIE ADRESÓW
adres dzielony na adres wiersza i kolumny
dla dużych pamięci wyróżnione są dodatkowo  banki pamięci
12
ELEKTRONIKA
Pamięci RAM
13
ELEKTRONIKA
Mikrokontroler
adres
układy
dane
jednostka
wejścia
sterująca
wyjście
sterowanie
PSW
i
rejestry
pamięć
peryferia
zewnętrzna
- liczniki
czasomierze
- układy
transmisji
jednostka
- przetworniki
pamięć
arytmetyczno
- PWM
podręczna
-logiczna
- PORT y
- &
14
ELEKTRONIKA
Mikrokontrolery podstawowe parametry
" długość słowa
" częstotliwość taktowania (zegara)
" przestrzeń adresowa  pamięć programu, pamięć danych,
" lista instrukcji
" wbudowane peryferia
Rodziny mikrokontrolerów
8mld/rocznie 55% 8-bitowe
" Intel - MCS51, MCS96, x86 embedded (licencjonowane)
" Microchip  PIC (8-bit PIC16, PIC18, 16-bit dsPIC33 / PIC24)
" Freescale (Motorola)  HC11, CF (32-bit)
" ARM  ARM7, ARM9, ARM11 32bit
" Atmel AVR 8-bit AVR32 32-bit
" MIPS (32-bit PIC32)
" PowerPC
" Zilog eZ8, eZ80
SoC (System-on-Chip), IP
15
ELEKTRONIKA
Mikrokontroler 8051
Cyfrowe systemy sterowania
Systemy czasu rzeczywistego
16
ELEKTRONIKA
Zastosowania
dr inż. Wiesław Pamuła