Elektroniczne układy scalone. Mikroprocesory

Elektroniczne układy scalone
Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.
Układy scalone
Układ scalony, jest to układ elektroniczny wytworzony w podłożu
monolitycznym lub na jego powierzchni, realizujący określona funkcję.
Jest on elementem podstawowym, pojedynczym i niepodzielnym,
stosowanym w konstrukcji większych urządzeń elektronicznych.
Układy scalone możemy podzielić na:
• analogowe - sygnał elektroniczny ciągły, przetwarzany w czasie.
Zarówno sygnał wejściowy jak i wyjściowy mają postać funkcji
ciągłej.
• cyfrowe - sygnał elektroniczny dwupoziomowy, zero – jedynkowy.
Występuje w postaci impulsów o dwóch umownych poziomach –
niski – L i wysoki – H.
• hybrydowe – stanowią połączenie obwodów analogowych i
cyfrowych we wspólnej obudowie.
Ze względu na ilość elementów umieszczonych we wspólnej obudowie i
tworzącej określoną strukturę mówimy o układach scalonych. Są one
montowane w ujednoliconej obudowie, choć zawierają często
różnorodne elementy o wielu zastosowaniach.
Układy scalone określa ich skala integracji:
• SSI - mała (do 100 elementów)
• MSI - średnia (100 – 1000 elementów)
• LSI - duża (1000 – 100000 elementów)
• VLSI - bardzo duża (powyżej 100000 elementów)
Układy scalone wykonywane są w różnorodnych technologiach:
• TTL
• ECL
• MOS
• CMOS
• BiCMOS
Przykładowe układy scalone
Przykładowy cyfrowy układ scalony
Mikroprocesory
Mikroprocesor jest to układ cyfrowy wykonany jako układ scalony
lub kilka układów scalonych zdolny do wykonywania operacji
cyfrowych według dostarczonych mu instrukcji.
W kaŜdym mikroprocesorze moŜemy wyróŜnić następujące
elementy:
• ALU (Arithmetic and Logical Unit) - Jednostka arytmetycznologiczna.
• CU (ang. Control Unit) - Interpreter Rozkazów.
• Rejestry
• Szyna danych
• Szyna adresowa
KaŜdy
bardziej
skomplikowany
mikroprocesor
zaklasyfikować do jednej z trzech architektur:
• CISC (Complex Instruction Set Computers)
• RISC (Reduced Instruction Set Computers)
• VLIW (Very Long Instruction Word)
Schemat blokowy mikroprocesora
moŜna
Struktura mikroprocesora ADUC845
Program jest umieszczony w pamięci, czyli specjalizowanym
układzie elektronicznym, który moŜe przechowywać informacje.
Jest ona złoŜona z komórek pamięci zawierających
niepowtarzalany adres i określoną liczbę bitów. Bit to
podstawowa, jednostka informacji, która moŜe przyjąć wartość
zera lub jedynki.
Mikroprocesor adresuje określoną komórkę pamięci za pomocą
tzw. szyny adresowej. Jej zawartość, poprzez szynę danych,
trafia do mikroprocesora. W ten sposób następuje pobranie kodu
rozkazu, który za, pośrednictwem bloku interpretera rozkazów
uruchamia proces wykonania rozkazu. Lista moŜliwych rozkazów
zaleŜy od typu mikroprocesora i moŜe być naprawdę rozmaita...
Za operacje logiczne i arytmetyczne, jakie są, wykonywane na
polecenie
programu,
jest
odpowiedzialna
jednostka
arytmetyczno-logiczna. To jej moŜliwości decydują o tzw. mocy
obliczeniowej mikroprocesora.
Mikroprocesor ma rejestry, czyli własne komórki pamięci. Ich
liczba i przeznaczenie są bardzo indywidualne, ale o kilku z nich
warto wspomnieć. NajwaŜniejszy jest licznik rozkazów, który po
wykonaniu bieŜącego rozkazu zwiększa swą wartość, czyli
pozwala sięgnąć po następny rozkaz zapisany w pamięci.
Kolejnym waŜnym rejestrem jest akumulator. Jego zadaniem jest
przechowanie danych, nad którymi do woli moŜe się pastwić
ALU.
Literatura:
J.Nowicki „Podstawy elektrotechniki i elektroniki dla ZSN” WSiP 1999
A.Chochowski „Podstawy elektrotechniki i elektroniki dla elektryków”
cz. 2. WSiP 2011