Technika mikroprocesorowa W. Daca, Politechnika Szczecińska

Technika mikroprocesorowa
Technika mikroprocesorowa zajmuje się przetwarzaniem danych w oparciu o cyfrowe programowalne układy scalone. Systemy
przetwarzające dane w oparciu o takie układy nazywane są systemami mikroprocesorowymi (microprocessor systems). Technika
mikroprocesorowa łączy dwie dziedziny techniki:
elektronikę w zakresie cyfrowych układów scalonych
informatykę w zakresie programowania tych układów
Określenie „sprzęt” (hardware) oznacza płytę drukowaną (printed board) z umieszczonymi na niej układami scalonymi techniki
mikroprocesorowej a także innymi elementami i układami elektronicznymi.
Określenie „oprogramowanie” (software) oznacza opracowany przez twórców systemu algorytm działania systemu wynikający z założonej
funkcji użytkowej systemu. Fizycznie algorytm ten znajduje się w jednym z elementów sprzętowych systemu, tj. w pamięci.
System
mikroprocesorowy
Sprzęt
Oprogramowanie
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
1
Technika mikroprocesorowa
Budowa komputera według koncepcji zaproponowanej w roku 1944 przez Johanna von Neumanna:
Jednostka centralna (CPU – central processor unit). Zadaniem jednostki centralnej jest szeregowe przetwarzanie danych poprzez
kolejne wykonywanie rozkazów zapisanych przez użytkownika w postaci programu (program code) umieszczonego w pamięci
komputera (memory).
Program operuje na danych (program data), które również znajdują się w pamięci komputera. Z punktu widzenia użytkownika
najbardziej istotną cechą jednostki centralnej jest jej lista rozkazów (instruction set). Program użytkownika zapisany w pamięci
składać się może tylko z rozkazów zawartych w liście rozkazów danej jednostki centralnej.
Komunikacja komputera z otoczeniem odbywa się przy pomocy urządzeń peryferyjnych (peripherial units) zwanych także układami
wejścia-wyjścia (input-output units).
Pamięć
Jednostka
centralna
Urządzenia
peryferyjne
W.Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
2
Technika mikroprocesorowa
Mikroprocesor (microprocessor, MPU or µP) to układ scalony w którego strukturze zintegrowana jest kompletna jednostka centralna
komputera.
Mikroprocesor komunikuje się z otoczeniem przy pomocy trzech zespołów sygnałów cyfrowych, tzw. szyn (bus). Jest to szyna danych
(data bus), szyna adresowa (address bus) oraz szyna sterująca (control bus). Zespół tych trzech szyn określany jest jako szyny
systemowe. Przy pomocy tych szyn przyłączane są do mikroprocesora dwa pozostałe elementy niezbędne do budowy komputera: pamięć
oraz urządzenia peryferyjne.
Wikipedia: A microprocessor incorporates the functions of a central processing unit (CPU) on a single integrated circuit (IC).
szyna adresowa
jednostka
centralna
szyna danych
szyna sterująca
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
3
Technika mikroprocesorowa
Mikrokontroler (microcontroller, MCU or µC) to układ scalony w którego strukturze zintegrowane są wszystkie elementy kompletnego
komputera: jednostka centralna, pamięć oraz urządzenia peryferyjne. Jest to zatem komputer w jednym układzie scalonym. Uzasadnione jest
określanie tego układu także nazwą „mikrokomputer jednoukładowy”. Mikrokontroler komunikuje się z otoczeniem za pośrednictwem
wewnętrznych urządzeń peryferyjnych.
Wikipedia: A microcontroller is a computer-on-a-chip.
szyna adresowa
szyna danych
jednostka
centralna
szyna sterująca
dane
program
urządzenia
peryferyjne
pamięć
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
4
Technika mikroprocesorowa
1944
Matematyk węgierski pracujący w Stanach Zjednoczonych Johann von Neumann opracowuje koncepcję komputera.
1946
W Stanach Zjednoczonych powstaje pierwszy komputer – ENIAC. Zbudowany był z ok. 18 tyś. lamp elektronowych i ważył 30 ton.
1947
Pracujący w Bell Laboratories naukowcy amerykańscy Bardeen, Brattain i Shockley opracowują tranzystor. Rozpoczyna się era półprzewodników.
1958
Amerykańska firma Texas Instruments opracowuje pierwszy układ scalony. Jedną z pierwszych grup układów scalonych produkowanych masowo
były układy logiczne z serii 7400. Do ich produkcji stosowano technologie TTL bazującą na tranzystorach bipolarnych. Układy te - produkowane i
stosowane do dnia dzisiejszego - określane są obecnie mianem układów scalonych małej skali integracji.
1963
Amerykańska firma Fairchild opracowuje nową technologię produkcji układów scalonych – technologię CMOS bazująca na tranzystorach
polowych. W chwili obecnej w technologii CMOS oraz jej odmianach produkowane są praktycznie wszystkie układy scalone o bardzo dużej skali
integracji. Do tej grupy należy większość układów techniki mikroprocesorowej.
1964
Firma IBM wprowadza na rynek komputer serii 360. Od lat sześćdziesiątych komputery budowane na bazie układów scalonych małej i średniej
skali integracji mogły być szeroko stosowane nie tylko zarówno w technice obliczeniowej ale i w systemach sterowania (np. komputery serii PDP
firmy Digital Equipment).
1971
Amerykańska firma Intel wprowadza na rynek pierwszy mikroprocesor – układ scalony o oznaczeniu 4004. W układzie tym zawarte były
wszystkie podstawowe funkcje 4-bitowej jednostki centralnej. Był to początek rozwoju współczesnej techniki mikroprocesorowej.
1976
Firma Intel wprowadza na rynek mikroprocesor 8-bitowy: 8080. Także inne firmy zaczynają oferować mikroprocesory 8-bitowe (Z80 firmy Zilog,
6800 firmy Motorola). Na bazie tych układów powstawały pierwsze komputery osobiste: Apple czy Spectrum. Mikroprocesory zaczynają być
stosowane w systemach sterowania maszyn i procesów przemysłowych.
1980 Firma Intel wprowadza na rynek mikrokontroler 8051. Wprawdzie już kilka lat wcześniej firma Intel wyprodukowała pierwszy mikrokontroler –
układ o oznaczeniu 8048 – ale dopiero mikrokontroler 8051 dał początek najliczniejszej i najpopularniejszej do chwili obecnej rodzinie
mikrokontrolerów.
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
5