Лекция. Классификация и структура МК
В настоящее время выпускается целый ряд
типов МК. Все эти приборы можно условно разделить
на три основных класса:
·
8-разрядные МК для
встраиваемых приложений;
·
16- и 32-разрядные МК;
·
цифровые сигнальные процессоры (DSP).
Наиболее распространенным представителем
семейства МК являются 8-разрядные приборы, широко
используемые в промышленности, бытовой и компьютерной технике. Они прошли в
своем развитии путь от простейших приборов с относительно слаборазвитой
периферией до современных многофункциональных контроллеров, обеспечивающих
реализацию сложных алгоритмов управления в реальном масштабе времени. Причиной
жизнеспособности 8-разрядных МК является
использование их для управления реальными объектами, где применяются, в основном,
алгоритмы с преобладанием логических операций, скорость обработки которых
практически не зависит от разрядности процессора.
Росту популярности 8-разрядных МК способствует постоянное расширение номенклатуры
изделий, выпускаемых такими известными фирмами, как Motorola, Microchip, Intel,
Zilog, Atmel и многими другими. Современные
8-разрядные МК обладают, как правило, рядом
отличительных признаков. Перечислим основные из них:
·
модульная организация, при которой на базе
одного процессорного ядра (центрального процессора)
проектируется ряд (линейка) МК, различающихся объемом
и типом памяти программ, объемом памяти данных, набором периферийных модулей, частотой
синхронизации;
·
использование закрытой архитектуры МК, которая характеризуется отсутствием линий магистралей
адреса и данных на выводах корпуса МК. Таким образом,
МК представляет собой законченную систему обработки
данных, наращивание возможностей которой с использованием параллельных
магистралей адреса и данных не предполагается;
·
использование типовых
функциональных периферийных модулей (таймеры, процессоры событий,
контроллеры последовательных интерфейсов, аналого-цифровые преобразователи и
др.), имеющих незначительные отличия в алгоритмах работы в МК различных производителей;
·
расширение числа режимов работы периферийных модулей,
которые задаются в процессе инициализации регистров специальных функций МК.
При модульном принципе построения все МК одного семейства содержат процессорное
ядро, одинаковое для всех МК данного
семейства, и изменяемый функциональный блок, который отличает МК разных моделей. Структура модульного
МК приведена на рис. 1.
Процессорное
ядро включает в себя:
·
центральный процессор;
·
внутреннюю контроллерную магистраль (ВКМ) в
составе шин адреса, данных и управления;
·
схему синхронизации МК;
·
схему управления режимами работы МК, включая поддержку режимов пониженного
энергопотребления, начального запуска (сброса) и т.д.
Изменяемый функциональный блок включает в
себя модули памяти различного типа и объема, порты ввода/вывода, модули
тактовых генераторов (Г), таймеры. В относительно простых МК модуль обработки прерываний входит в состав процессорного ядра. В более сложных
МК он представляет собой отдельный модуль с
развитыми возможностями. В состав изменяемого функционального блока могут
входить и такие дополнительные модули как компараторы напряжения,
аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и другие. Каждый модуль проектируется
для работы в составе МК с учетом протокола ВКМ. Данный
подход позволяет создавать разнообразные по структуре МК
в пределах одного семейства.
Рис. 1. Модульная организация МК