Типы микропроцессорных систем

Диапазон применения микропроцессорной техники очень ши-рок, и требования, предъявляемые к ним – различны. Поэтому сформировалось несколько типов микропроцессорных систем, раз-личающихся мощностью, универсальностью, быстродействием и структурой.

Основные типы микропроцессорных систем:

-микроконтроллеры – наиболее простой тип микропроцессорных систем, в которых все или большинство узлов системы выполнены в виде одной микросхемы;

- контроллеры – управляющие микропроцессорные системы, выполненные в виде отдельных модулей;

-микрокомпьютеры – более мощные микропроцессорные системы с развитыми средствами сопряжения с внешними устройства-ми;

-компьютеры (в том числе персональные) - самые мощные и наиболее универсальные микропроцессорные системы.

Микроконтроллеры представляют собой универсальные устройства, которые всегда используются не сами по себе,, а в составе более сложных устройств, в том числе и контроллеров. Системная шина микроконтроллера скрыта от пользователя внутри микросхемы. Возможности подключения внешних устройств к микроконтроллеру ограничены. Устройства на МК обычно предназначаются для решения одной задачи.

Контроллеры создаются, как правило, для решения одной или группы близких задач. Они обычно не имеют возможностей подключения дополнительных узлов или устройств, например, большой памяти, средств ввода-вывода. Их системная шина чаще всего не-доступна пользователю. Структура контроллера проста и оптимизирована под максимальное быстродействие. В большинстве случаев выполняемые программы хранятся в постоянной памяти и не меняются. Конструктивно контроллеры выполняются на одной плате.

Контроллеры требуются практически во всех устройствах, которые окружают нас. В качестве примера, на рисунке 2.1 приведены узлы автомобиля, в которых применяются микроконтроллеры.

Рис. 2.1. Узлы автомобиля, в которых применяются

микроконтроллеры

Микрокомпьютеры отличаются от контроллеров более открытой структурой, они допускают подключение к системной шине нескольких дополнительных устройств. Производятся микрокомпьютеры в каркасе, корпусе с разъемами системной шины, доступными пользователю. Микрокомпьютеры могут иметь средства хранения информации на магнитных носителях, компакт-дисках, имеют довольно

развитые средства связи с пользователем (дисплей, клавиатура). Микрокомпьютеры рассчитаны на широкий круг задач, но в отличие от контроллеров, к каждой новой задаче его не надо приспосабливать заново.

Наконец, компьютеры, и самые распространенные из них – персональные – это самые универсальные из микропроцессорных систем. Они обязательно предусматривают возможности модернизации, а также возможности подключения новых устройств, то есть компьютеры имеют открытую архитектуру. Их системная шина доступна пользователю. Кроме того, внешние устройства могут подключаться к компьютеру через несколько встроенных портов связи (до 10). Компьютер всегда имеет сильно развитые средства связи с пользователем, средства памяти большого объема для хранения информации, средства связи с другими компьютерами.

С 90-х годов микропроцессоры стали выполнять на сверхбольших интегральных микросхемах (СБИС).

Микропроцессоры, встраиваемые в компьютеры, делятся на два класса: универсальные и сигнальные.

К универсальным относятся МП СБИС, встраиваемые в компьютеры для проведения сложных научно-технических расчетов. Универсальные микропроцессоры используются для построения вычислительных машин. В них используются самые передовые решения по повышению быстродействия.

К сигнальным относятся микропроцессоры, предназначенные для цифровой обработки сигналов (фильтрации, смешения, прямого и обратного Фурье-преобразования). Сигнальные процессоры решают задачи, которые традиционно решала аналоговая схемотехника. Это такие задачи, как фильтрация и поиск сигналов, вычисление спектров, преобразование сигналов из одного вида в другой, устранение отражений и выделение полезного сигнала на фоне помех. К сигнальным процессорам предъявляются специфические требования. От них требуются: максимальное быстродействие, малые габариты, легкая стыковка с аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями, высокая разрядность обрабатываемых данных и небольшой набор математических операций, обязательно включающий операцию умножения-накопления и аппаратную организацию циклов.

Обычно сигнальные процессоры применяются в медийных системах.

В принципе, любую задачу можно решить с помощью каждого из перечисленных типов микропроцессорных систем. Но при выборе типа надо по возможности избегать избыточности и предусматривать необходимую для данной задачи гибкость системы.

В настоящее время при разработке новых микропроцессорных систем чаще выбирают путь использования микроконтроллеров (примерно в 80% случаев). При этом микроконтроллеры применяются или самостоятельно, с минимальной дополнительной аппаратурой, или в составе более сложных контроллеров с развитыми средствами ввода-вывода.

Заметное место занимают также микропроцессорные системы на основе персонального компьютера (ПК). Разработчику в этом случае нужно только оснастить ПК дополнительными устройствами сопряжения, при этом «ядро» микропроцессорной системы уже готово. ПК имеет развитые средства программирования, что существенно облегчает задачу разработчика. Основным недостатком таких систем является аппаратурная избыточность для решения простых задач, большие размеры корпуса и неприспособленность к работе в сложных условиях.