МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ БИС
В систему основных показателей, по которым в первом прибтгчсгш! оценивают свойства МП, обычно включают следующие Характеристики (см. табл. 5.3) [6, 8, 53, 55].
1 Разрядность информационных чисел обрабатываемых как единое целое. От этого показателя в значительной мере зависят функциональные возможности МП и эффективность его применения: чем выше разрядность обрабатываемых МП чисел, тем шире круг задач, для решения которых он может быть использован.
| Характеристика микро процессора | Комплекты МИ БИС | ||||||||
| К 580 | К582 | К 583 | К584 | К580 | К581 | К587 | К588 | К 536 | |
| Разрядность, бит (Н-наращивае-мая) | 2Н | 4Н | 8Н | 4H | 8 | 16 | 411 | 16Н | 8 |
| Время цикла, мкс | 0,15 | 1,75 | 1 ,0 | 9 0 | 9 0 | 0,4 | 2,0 | 2,0 | 30 |
| Число команд (микрокоманд) | (512) | (4608) | (256) | (459) | 78 | 84 | (108) | (594) | 168 |
| Число РОН | 11 | 8 | 16 | 8 | 6 | 8 | 8 | 16 | — |
| Потребляемая мощность, мВт (ток, мА) | (240) | (145) | (560) | 140 | 750 | 900 | 50 | 5 | 70 |
| Напряжение питания, В | 5 | 5 | 5 | 5 | -5; 12 | + 5; 12 | 9 | 5 | — 24; +1,2 |
| Технология | ТТЛШ | иил | ИИЛ | ИИЛ | n-МДП | л-МДП | кмдп | кмдп | p-МДП |
| Число выводов корпуса | 28 | 48 | 48 | 48 | 48 | 48 | 48 | 42 | 48 |
Разрядность может быть, как отмечалось, фиксированной и наращиваемой. У МП серий К.580 и К581 разрядность чисел фиксирована и равна 8 и lb бит соответственно. Такой разрядности вполне достаточно для многих применений. Основная группа МП имеет наращиваемую структуру с кратностью от 2 (К589) до 16 бит (К588). На их основе можно, следовательно, строить МП вычислительные средства с различной длиной обрабатываемых чисел и для различных областей применений.
2. Быстродействие. Характеризуется временем цикла. Наиболее быстродействующим является МП серии К589, у которого длительность цикла 150 не и тактовая частота 10 МГц. Большинство МП характеризуется длительностью цикла 1 — 2 мкс и работает при тактовых частотах 1 — 2 МГц.
3 Число основных команд или микрокоманд. Обычно число команд составляет 70 — 100. Чем больше разных команд, тем удобнее составлять программы.
4. Адресуемая емкость памяти. Информационная емкость памяти количественно определяется числом ячеек, в которых одновременно могут храниться числа. Для обращения к ячейке МП должен послать в ЗУ код ее номера — адрес хранящегося там числа Чтобы иметь возможность обратиться к любой ячейке, надо обеспечить соответствующее число разных кодовых комбинаций, которыми определяется адрес.
Пусть число разрядов кода адреса n, тогда число разных комбинаций равно 2n — это и будет адресуемой емкостью памяти. Память в МП вычислительном средстве является, как правило, внешней по отношению к МП и ее информационная емкость в принципе может быть очень большой, но все дело в том, какую часть этой памяти может использовать МП.
Следовательно, для определения информационной емкости адресуемой памяти надо знать разрядность кода адреса или, иначе, разрядность адресной шины, по которой код поступает в ЗУ. Например у МП К580ИК80 разрядность адресной шины равна 16, значит по ней можно обеспечить доступ к ЗУ по 213=64 К адресам (1 К=210)
5 Число внутренних регистров общего назначения РОН. Типичное их число8...16, но может быть и больше. Эти регистры составляют внутреннюю память. Поэтому чем больше их, тем больше оперативной информации можно разместить в МП и сократить тем самым число обращений к внешней памяти. При этом, очевидно, производительность МП увеличивается.
6. Электрические параметры: потребляемая мощность, число и номинальные значения напряжений источников питания, уровни логических 0 и 1, выходные и входные токи и др. Знание этих параметров необходимо при решении вопроса о совместном применении МП БИС одной серии с микросхемами других серий, например с БИС памяти, многие из которых выпускают отдельными сериями. Кроме того, при оценке общих показателей вычислительного средства, особенно в условиях ограничений на энергопотребление, учет электрических показателей также необходим.
7. Тип технологии. Как и для микросхем стандартных серий, рассмотренных в гл. 4, во многом возможности МП БИС определяются технологией их изготовления. Знание этого фактора помогает оперативно разобраться в вопросах, касающихся электрических параметров МП, возможности их улучшения, перспективности, совместимости с микросхемами стандартных серий, особенностей применения.
Комплекты МП БИС изготавливают на основе наиболее перспективных технологических методов, за которыми традиционно установились названия реализуемых логических структур: ТТЛШ, ЭСЛ, ИИЛ, КМДП, л-МДП.
Технология л-МДП, пришедшая на смену р-МДП технологии, позволяет увеличить вдвое уровень интеграции и в 5 раз повысить быстродействие микросхем. По этой технологии возможна реализация МП с одним источником питания. В настоящее время л-МДП технология широко развивается и оценивается как перспективная.
Технология КМДП получает широкое распространение благодаря, прежде всего, возможности существенно, на 2 — 3 порядка, снизить потребляемую микросхемами статическую мощность, обеспечить высокую плотность размещения элементов в кристалле и сравнительно высокое быстродействие микросхем. Для работы микросхемы требуют одного источника питания с большим диапазоном допустимых значений напряжения.
Для изготовления МП БИС применяется также технология ТТЛШ и технология ИИЛ. Первая позволяет получить наиболее
быстродействующие МП при сравнительно небольшой потребляемой мощности. Технология И ИЛ позволяет за счет значительного снижения потребляемой мощности повысить уровень интеграции и на этой основе успешно решить задачу создания сложных МП вычислительных средств на одном кристалле с достаточно высоким быстродействием. Микропроцессорные БИС с инжекционным питанием, благодаря использованию в их оконечных узлах ТТЛШ элементов, оказываются совместимы с микросхемами ТТЛ и ТТЛШ.
Перспективы повышения быстродействия МП связаны с ЭСЛ технологией, которая позволяет получить МП с тактовыми частотами десятки (серия К1800) и сотни мегагерц.
Решение проблемы дальнейшего повышения степени интеграции МП БИС также в значительной мере зависит от технологии. Наибольшая степень интеграции к настоящему времени, равная 300 тыс. элементов на кристалле, получена в БИС памяти с регулярной структурой емкостью 64 К бит на МДП-транзисторах. Для однокристальных микро-ЭВМ характерна степень интеграции 50 — 100 тыс. элементов на кристалле. В ближайшие годы ожидается достижение уровня 1 млн. элементов на кристалле [9, 17].
8. Состав комплекта МП БИС. В состав комплекта может входить от одной до десятков БИС. В пределе МП вместе с ЗУ, УУ и другими узлами может быть выполнен на одном кристалле, например К1801ВЕ1 — однокристальная микро-ЭВМ. Направление однокристальных микро-ЭВМ интенсивно развивается, что создает предпосылки для дальнейшего расширения области применения микроэлектронных вычислительных средств. Однако большинство пока составляют комплекты МП БИС, содержащие вместе с МП несколько сопутствующих ему БИС. Назначение БИС разнообразно: есть среди них такие, без которых МП вычислительное средство построить невозможно, но нередко в комплекты включают БИС, без которых можно обойтись, но с ними существенно улучшаются основные Показатели МП средства.
Примером может служить БИС арифметического расширителя К587ИКЗ, предназначенная для аппаратного выполнения умножения — самой длительной операции, существенно ограничивающей скорость обработки. Дополнение комплектов специализированными микросхемами способствует расширению их функциональных возможностей и, следовательно, области применения.
9. Тип корпуса. Микропроцессоры БИС выпускают в корпусах в основном двух типов: с пленарными выводами и с выводами, расположенными нормально к плоскости монтажа. Число выводов от 16 до 48.
10. Программное обеспечение. Для простых применений можно обойтись знанием кодов команд или микрокоманд, чтобы составить программу решения задачи. Но для реализации сложных алгоритмов необходимы МП вычислительные средства с развитой системой программного обеспечения, включающей удобные языки программирования и прежде всего высокого уровня, управляющие и обслуживающие программы (трансляторы в машинные коды, редакторы, загрузчики и т.
д.).
Появление МП обусловило развитие качественно нового этапа разработки и производства РЭА. В отличие от традиционных методов проектирования цифровых устройств, базирующихся на решении задач аппаратными средствами, применение МП позволило перейти к решению аналогичных, а во многих случаях и более сложных задач программными методами. Вместо преобразований логической структурной схемы в принципиальные схемы вычислительных устройств ее структурную схему преобразуют в программу МП, записанную в ПЗУ.
Применение МП позволило существенно улучшить ряд важных показателей РЭА: уменьшить массу и габаритные размеры, повысить надежность аппаратуры за счет значительного сокращения числа микросхем; расширить ее функциональные возможности без существенного увеличения затрат; сократить приблизительно на 60—70 % время и затраты на разработку новой техники; снизить на 20—60 % стоимость изделий; повысить эксплуатационные качества аппаратуры за счет использования вычислительных возможностей МП для ускорения поиска неисправностей и проведения диагностических операций.
К этому следует добавить, что разработка и крупносерийное производство ограниченного числа МП БИС, перекрывающих широкую область применений, позволяет добиться высоких показателей качества и надежности микросхем при низкой их себестоимости.
Малые размеры и функциональная универсальность МП создают предпосылки для широкого внедрения методов резервирования на практически любом конструктивном уровне, дублирования и троирования микропроцессоров, обеспечивая, таким образом, требуемый уровень безотказности аппаратуры.
На основе МП комплектов БИС разработаны и серийно выпускаются несколько семейств микро-ЭВМ: «Электроника С5», «Электроника НЦ», «Электроника-60» и др. [8, 9, 15, 16, 53].
Применение отечественных микро-ЭВМ типа «Электроника С5» в программных абонентских пунктах вместо устройств на «жесткой логике» дало возможность сократить в 1,5 раза стоимость аппаратуры, в 3 раза уменьшить габаритные размеры и потребляемую мощность, в 10 раз повысить ее надежность.Применение микро-ЭВМ типа «Электроника НЦ» в устройствах управления способствовало повышению производительности обработки информации телеграфными аппаратами в 4 — 8 раз, а системой АСУ ТП в 15 — 30 раз. Широкое применение МП находят в измерительной технике, в управляющих устройствах различного назначения, в бытовой технике [7, 8, 9].
