Глава 1. Структура, архитектура и функционирование Электонных Вычислительных Машин и микропроцессорных систем

Учебное пособие под общей редакцией доктора технических наук, профессора А.Л. Ахтулова для студентов специальности 140211.65 Электроснабжение всех форм обучения

Тюмень

ТюмГНГУ

УДК 621.38+681.325.5(075.8)

ББК 32.85 я7

А-95

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор, зав. каф. «Системы автоматизированного проектирования машин и технологических процессов» Омского государственного технического университета С.В. Бирюков;

доктор технических наук, профессор, зав. каф. «Автоматизация производственных процессов и электротехника» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) В.С. Щербаков

Ахтулов, А.Л. Основы микропроцессорной техники: Учеб. пособие / А.Л. Ахтулов, Л.Н. Ахтулова, С.И. Смирнов; под общей ред. д.т.н., профессора А.Л. Ахтулова. – Тюмень-Тобольск: Изд-во, 2011. - 238 с.

ISBN

Соответствует государственному образовательному стандарту и дисциплины «Основы микропроцессорной техники», направления подготовки специалистов 140211 Электроснабжение.

Содержит сведения о принципах действия и типовых структурах микро-ЭВМ, микроконтроллеров, о составах и технических характеристиках микропроцессорных комплектов, об архитектуре микро-ЭВМ и микроконтроллеров и их операционных системах, логических и арифметических элементах.

Рассмотрены устройства микропроцессора, системного контролера, памяти и устройства управления вводом - выводом образующие структуру микро-ЭВМ, универсальность применения МП БИС.

Предназначено для студентов всех форм обучения высших учебных заведений по специальности 140211 Электроснабжение направления подготовки специалистов 140200 Электроэнергетика, а также других специальностей, изучающих курс «Основы микропроцессорной техники».

Табл. 53. Ил. 100. Библиогр.: 8 назв.

Печатается по решению учебно-методической комиссии Тобольского индустриального института

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Одной из характерных особенностей современной науки и техники является развитие электроники. Без электронных устройств ныне не может существовать ни одна отрасль промышленности, транспорта, связи. Усиленное развитие и применение электроники влияет не только на экономическое развитие общества, но и на социальные процессы, распределение рабочей силы, образование, электронные устройства все шире применяются в быту.

Электроника - это отрасль науки и техники, занимающаяся изучением физических основ функционирования, исследованием, разработкой и применением приборов, работа которых основана на протекании электрического тока в твердом теле, вакууме и газе. Такими приборами являются полупроводниковые приборы (протекание тока в твердом теле), электронные приборы (протекание тока в вакууме) и ионные (протекание тока в газе). Главное место среди них в настоящее время занимают полупроводниковые приборы. Общим свойством всех названных приборов является то, что все они являются существенно-нелинейными элементами, а нелинейность их вольт-амперных характеристик, как правило, является признаком, определяющим важнейшие их свойства.

Электронная техника непрерывно развивается, каждую задачу можно решить на основе различных схемных вариантов: можно построить схему на дискретных компонентах, можно выполнить ее на интегральных микросхемах, применить микропроцессорный комплект, провести обработку информации в цифровом или аналоговом виде. Выбор решения, в конечном счете, определяет анализ, и прежде всего, экономический, т.к. принятие неверного решения может не помешать решению локальной технической задачи, но в итоге окажется убыточным для народного хозяйства.

Основной частью электронных приборов, применяемых для получения многочисленных и разнообразных параметров электрических сигналов, а также характеристик неэлектрических физических величин стали процессорные системы. Процессор стал основной частью собственно прибора, что привело к изменению конструкции и схемных решений, компоновки, управления, включению обработки данных в измерительную процедуру, выполняемую без участия пользователя.

Появление в 1971 году первого четырехразрядного микропроцессора было настолько стремительно, что он опередил появление в 1972 году нового технического термина "микропроцессор". Влияние нового устройства на технические системы можно сравнить лишь с транзисторами, которые своим появлением открыли новую техническую эру. По мнению ведущих экспертов, микропроцессоры будут определять передовые рубежи техники на ближайшие десятилетия.

Микропроцессор (МП) - это программно управляемая сверхбольшая интегральная схема (СБИС), предназначенная для обработки цифровой информации. Обладая малыми размерами, кристалл микропроцессора (ЧИП) содержит десятки тысяч транзисторов и выполняет функции, свойственные важнейшему узлу электронной вычислительной машины (ЭВМ) - процессору. Наибольший эффект от внедрения микропроцессора достигается в устройствах и системах локальной автоматики, системах измерения, контроля и других областях, в которых применение средств цифровой обработки данных до появления микропроцессора было нерентабельным. Сравнительно низкая стоимость, малые габариты и потребляемая мощность, высокая надежность и исключительная гибкость, не свойственная другим способам обработки данных, обеспечивают приоритет микропроцессора перед другими средствами обработки данных. Микропроцессор является удобным средством для построения контроллеров, предназначенных для контроля и управления технологическими процессами в различных отраслях народного хозяйства.

Наибольший эффект применения микропроцессоров достигается при встраиваемом варианте его использования, когда микропроцессор встраивается внутрь приборов, устройств или машин. В таком варианте использования от микропроцессора требуется не столько вычислительная производительность (операции умножения, деления и пр.), свойственные обычным ЭВМ, сколько логическая оперативность, столь необходимая в задачах управления.

Таким образом, внедрение микропроцессоров открыло возможность построения многофункциональных приборов с гибкими программами работы, сделало приборы более экономичными, облегчило решение задачи выхода на стандартную интерфейсную шину (или канал общего пользования - КОП) и управления интерфейсом. Все это упростило эксплуатацию приборов, резко повысило производительность труда их пользователей.

Настоящее учебное пособие посвящено изложению основ микропроцессорной техники.