Основные параметры и классификация МП.

Микропроцессор как функциональное устройство ЭВМ обеспечивает эффективное автоматическое выполнение операций обработки цифровой информации в соответствии с заданным ал-горитмом. Для решения широкого круга задач в различных облас-тях применений микропроцессор должен обладать алгоритмически полной системой команд (операций).
Теоретически показано, что минимальная алгоритмически полная система команд процессора состоит из одной или несколь-ких универсальных команд. Однако использование процессоров с минимальными по числу операций системами команд ведет к не-экономичному использованию информационных емкостей памяти и значительным затратам времени на выполнение «длинных» про-грамм. Поэтому обычно в МП встраиваются аппаратурные средст-ва, позволяющие реализовать многие десятки и сотни команд. Та-кие развитые системы команд дают возможность обеспечить ком-пактную запись алгоритмов и соответственно эффективные про-граммы.
При проектировании МП решаются задачи определения на-боров команд, выполняемых программным или аппаратурным способом на основе заданной системы микрокоманд. Аппаратур-ная реализация сложных команд дает возможность увеличить бы-стродействие микропроцессора, но требует значительных аппара-турных ресурсов кристалла интегральной схемы МП. Программ-ная реализация сложных команд позволяет обеспечивать програм-мирование сложных задач, изменять количество и особенности исполнения сложных команд. Однако скорость исполнения программных команд ниже скорости исполнения аппаратурно-реализованных команд.
Практически во всех современных МПС используются сложные развитые системы команд. Их ядро, состоящее из набора универсальных команд, реализуется аппаратурным способом в центральном МП. Кроме того, специализированные части наборов системы команд реализуются вспомогательными или периферий-ными микропроцессорами. Эти расширяющие возможности обра-ботки данных специальные арифметические или логические МП позволяют ускорить выполнение определенных команд и тем са-мым сократить время исполнения программ.
Для описания МП как функциональных устройств необхо-димо охарактеризовать формат обрабатываемых данных и команд, количество, тип и гибкость команд, методы адресации данных, число внутренних регистров общего назначения и регистров ре-зультата, возможности организации и адресации стека, параметры виртуальной памяти и информационную емкость прямо адресуе-мой памяти. Большое значение имеют средства построения систе-мы прерываний программ, построения эффективных систем ввода — вывода данных и развитого интерфейса.
МП могут быть реализованы на различной физической ос-нове: на электронной, оптоэлектронной, оптической, биологиче-ской и даже на пневматической или гидравлической.
По назначению различают универсальные и специализиро-ванные микропроцессоры.
Универсальные МП предназначены для решения широкого круга задач. При этом их эффективная производительность слабо зависит от проблемной специфики решаемых задач В системе ко-манд МП заложена алгоритмическая универсальность, означаю-щая, что выполняемый машиной состав команд позволяет полу-чить преобразование информации в соответствии с любым задан-ным алгоритмом.
К универсальным МП относятся и секционные микропро-цессоры, поскольку для них система команд может быть оптими-зирована в каждом частном проекте создания секционного микро-процессора.
Эта группа МП наиболее многочисленна, в нее входят та-кие комплекты как К580, Z80, Intel 80?86, К582, К587, К1804, К1810 и др.
Специализированные МП предназначены для решения оп-ределенного класса задач, а иногда только для решения одной конкретной задачи. Их существенными особенностями являются простота управления, компактность аппаратурных средств, низкая стоимость и малая мощность потребления.
Специализированные МП имеют ориентацию на ускорен-ное выполнение определенных функций, что позволяет резко уве-личить эффективную производительность при решении только оп-ределенных задач.
Среди специализированных микропроцессоров можно вы-делить различные микроконтроллеры, ориентированные на вы-полнение сложных последовательностей логических операций; математические МП, предназначенные для повышения производи-тельности при выполнении арифметических операций за счет, на-пример матричных методов их выполнения; МП для обработки данных в различных областях применений и т. д.
С помощью специализированных МП можно эффективно решать новые сложные задачи параллельной обработки данных. Например, они позволяют осуществить более сложную математи-ческую обработку сигналов, чем широко используемые методы корреляции, дают возможность в реальном масштабе времени на-ходить соответствие для сигналов изменяющейся формы путем сравнения их с различными эталонными сигналами для эффектив-ного выделения полезного сигнала на фоне шума и т.д.
По виду обрабатываемых входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры.
Сами МП являются цифровыми устройствами обработки информации. Однако в ряде случаев они могут иметь встроенные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Поэтому входные аналоговые сигналы передаются в МП через преобразова-тель в цифровой форме, обрабатываются и после обратного преоб-разования в аналоговую форму поступают на выход.
С архитектурной точки зрения такие микропроцессоры представляют собой аналоговые функциональные преобразователи сигналов. Они выполняют функции любой аналоговой схемы (например, производят генерацию колебаний, модуляцию, смеще-ние, фильтрацию, кодирование и декодирование сигналов в реаль-ном масштабе времени и т. д., заменяя сложные схемы, состоящие из операционных усилителей, катушек индуктивности, конденса-торов и т.д.). При этом применение аналогового МП значительно повышает точность обработки аналоговых сигналов и их воспро-изводимость, а также расширяет функциональные возможности за счет программной “настройки” цифровой части микропроцессора на различные алгоритмы обработки сигналов.
Обычно в составе однокристальных аналоговых МП имеет-ся несколько каналов аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования. В аналоговом микропроцессоре разрядность об-рабатываемых данных достигает 24 бит и более. Большое значение уделяется увеличению скорости выполнения арифметических опе-раций.
Отличительная черта аналоговых МП - это способность к переработке большого объема числовых данных, т. е. к выполне-нию операций сложения и умножения с большой скоростью, при необходимости даже за счет отказа от операций прерываний и пе-реходов. Аналоговый сигнал, преобразованный в цифровую фор-му, обрабатывается в реальном масштабе времени и передается на выход обычно в аналоговой форме через цифро-аналоговый пре-образователь. При этом согласно теореме Котельникова частота квантования аналогового сигнала должна вдвое превышать верх-нюю частоту сигнала.
Одним из направлений дальнейшего совершенствования аналоговых МП является повышение их универсальности и гибко-сти. Поэтому вместе с повышением скорости обработки большого объема цифровых данных будут развиваться средства обеспечения развитых вычислительных процессов обработки цифровой инфор-мации за счет реализации аппаратурных блоков прерывания про-грамм и программных переходов.
По количеству выполняемых программ различают одно- и многопрограммные микропроцессоры.
В однопрограммных МП выполняется только одна про-грамма. Переход к выполнению другой программы происходит после завершения текущей программы.
В много- или мультипрограммных МП одновременно вы-полняется несколько (обычно несколько десятков) программ. Ор-ганизация мультипрограммной работы микропроцессорных управ-ляющих систем, например, позволяет осуществить контроль за со-стоянием и управлением большим числом источников или прием-ников информации.