История развития современных микропроцессоров

Начало 70-х годов ознаменовалось рождением нового и, как оказалось, весьма перспективного и беспрецедентного по своим последствиям направления  в развитии вычислительной техники  – в 1971 г. был выпущен первый в  мире микропроцессор. Это был однокристальный  микропроцессор, получивший название 4004 (4-разрядная шина данных и 16-контактный корпус). Процессор Intel 4004 стал технологическим триумфом корпорации: устройство размером с палец, стоило 200 долларов, и было сравнимо по своей вычислительной мощи с первой ЭВМ ENIAC, созданной в 1946 г., и занимавшей пространство объемом в 85 куб. метров. Новая технология, практически сразу, легла в основу создания программируемых калькуляторов с огромным, по тем временам (от 4-х до 64-х килобайт) объемом оперативной памяти, способных обрабатывать массивы данных. Изначально процессор 4004 предназначался для Японской компании Busicom. Но из-за финансовых трудностей японцы отказались от проекта, и разработка перешла в руки Intel. Появление микропроцессора изменило весь рынок микроэлектроники, а именно появлению тех самых компьютеров, на каких мы работаем сегодня.

Как это не было бы парадоксально, но сразу после появления процессора 4004 Intel утратила лидерство на рынке. Прежде всего это компании ZILOG и MOTOROLA – были лидерами процессорного рынка в 70-х годах. Но Intel создала совершенно новый процессор, который стал прототипом современных процессоров персональных компьютеров. Это был восьмиразрядный процессор i8008 (1972 год). i8080 являлся основой первого в мире персонального компьютера Altair. Все процессоры х86 - это дальние потомки i8080. Несмотря на свое огромное значение и большой объем продаж, на рынке этот процессор потеснил более удачный Zilog-80, который, в свою очередь, был обязан такой популярностью i8080. Процессор Z-80 создала группа инженеров, ранее работавших в Intel и участвовавших в разработке i8080.

В 80-х годах Intel открыла эру высокопроизводительного настольного компьютерного оборудования. В 1982 г. вышел современнейший, по тем временам, микропроцессор i286, который уже тогда, кроме неслыханной производительности, имел, в зачаточном виде, возможности по обеспечению многозадачного режима и защищенного режима (Protected Mode). Также он поддерживал обращение к расширяемой (EMS) памяти, объемом до 8 MB. В 1985 г. появился микропроцессор i386. Процессор i386 имел не только завершенную систему поддержки многозадачного режима, механизм защиты сегментов, но и мог оперировать оперативной памятью объемом до 64MB

Улучшение технологии производства микропроцессоров позволило значительно  повысить их тактовую частоту. Каждое новое поколение процессоров  имеет более низкое напряжение питания  и меньшие токи, что способствует уменьшению выделяемого ими тепла. Но самым главным достижением  является то, что при уменьшении нормы технологического процесса можно  значительно увеличить количество транзисторов на одном кристалле. Большее  количество транзисторов, входящих в  состав процессора, позволяет усовершенствовать  архитектуру процессора с целью  достижения еще большей производительности. Даже разрядность процессоров очень быстро увеличилась с 4 в первом процессоре до 32 в процессоре i386.

Значительной вехой в  истории развития архитектуры процессоров  персональных компьютеров (очередная  революция) стало появление процессора i486. Производственный техпроцесс к тому времени достиг отметки в 1 мкм, благодаря чему удалось расположить в ядре процессора 1,5 млн. транзисторов, что было почти в 6 раз больше, чем у CPU предыдущего 386-го поколения. Он был в 1500 раза быстрее своего "прапрадедушки" i4004. В архитектуре процессора персонального компьютера впервые появился конвейер на пять стадий. Конвейерные вычисления были, конечно, известны задолго до появления персональных компьютеров, но высокая степень интеграции теперь позволила применить этот эффективный способ вычислений и в персональном компьютере. На одном кристалле Intel разместила и собственно процессор, и математический сопроцессор, и кэш-память L1, которые до этого располагались в отдельных микросхемах. Эта революция произошла спустя 20 лет после появления первого микропроцессора, в октябре 1989 года. 486-й микропроцессор обладал достаточным для того времени быстродействием. Тактовая частота процессора даже превысила тактовую частоту системной шины.

С момента выпуска 486-го процессора технологический процесс производства микропроцессоров начал развиваться  бурными темпами. В 90-х годах началась «эра» Pentium. Практически каждый год компания Intel выпускала все более и более совершенные микропроцессоры. Процессор Pentium совершил переворот в компьютерной индустрии персональных компьютеров. Стоимость микропроцессоров стала падать, а значит ПК стал более доступным всем слоям населения. Компьютер стал по-настоящему персональным. Это значит ориентирован на обычного пользователя, не владеющего глубокими знаниями в этой области.

При таком стремительном  прогрессе микропроцессорной и  компьютерной индустрии вполне возможно, что к 2011 г. микропроцессоры будут работать на тактовой частоте до 10 ГГц. При этом число транзисторов на каждом процессоре достигнет 1 миллиарда, а вычислительная мощность - 100 миллиардов операций в секунду.

Процессор - центральное устройство (или комплекс устройств) ЭВМ или вычислительной системы, которое выполняет арифметические и логические операции, управляет вычислительным процессом и координирует работу периферийных устройств системы.

Микропроцессор - это обрабатывающее и управляющее устройство, выполненное с использованием технологии БИС (часто на одном кристалле) и обладающее способностью выполнять под программным управлением обработку информации, включая ввод и вывод информации, арифметические и логические операции и принятие решений.

Микропроцессорная БИС - интегральная микросхема, выполняющая функцию МП или его части (БИС с процессорной организацией, разработанная для построения микропроцессорных систем)

Микропроцессорный комплект (МПК) - совокупность микропроцессорных и других интегральных микросхем, совместимых по конструктивно-технологическому исполнению и предназначенных для совместного применения при построении МП, микро-ЭВМ и других средств вычислительной техники.

Контроллер - это микро-ЭВМ с небольшими вычислительными ресурсами, обедненной периферией и упрощенной системой команд ориентированная не на производство вычислений, а на выполнение процедур логического управления различным оборудованием. Контроллеры часто применяют в качестве встраиваемых в различные станки, машины, технологические процессы.

Микроконтроллер - это микропроцессорное устройство ориентированное не на производство вычислений, а на реализацию заданной функции управления.

Микро-ЭВМ - это вычислительная или управляющая система выполненная на основе одного или нескольких МП содержащая БИС постоянной и оперативной памяти, БИС управления вводом и выводом информации и оснащенная необходимым периферийным оборудованием (дисплей, печатающее устройство, накопители на магнитных дисках и т. п.).

Мини-ЭВМ (малая ЭВМ) - малогабаритные ЭВМ общего применения малой или средней производительности используемые главным образом для решения несложных инженерно-технических задач. Специализированные мини-ЭВМ используются в системах автоматического управления.

Микропроцессорная система (МП-система) - специализированная информационная или управляющая система, построенная на основе микропроцессорных средств, т. е. набора микропроцессорных схем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алгоритмы

 

                               1

                              2 

                              3

 4 0 

 1  

 

    0

                                   1      5                            

 

                                            6                 0 

           1

7

8

 

 9

 

 

 

Pис.1

 

1. Начало программы
2. Настройка параллельных портов РА,РВ – на ввод, РС,РD- на вывод.
3. Чтение параллельных портов РА, РВ
4. Если параллельный порт РА0=1? Если  да перейти в п 7, иначе далее
5. Или порт РВ1=1? Если да, перейти п7 , иначе далее
6. Или порт РВ0=0, если да ,перейти п7, иначе далее
7. То записать в параллельный порт  РС=0F
8. Иначе в параллельный порт  РD=55
9. Конец программы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                1 

 

                                  2

 

                                  3

 

                                  4

 5

 

6

 

7 

 0

                                                    8          1 

 9

0    10

   

                                                             

                                              11

1 0

12 13

 14

 

1 ⁰   Начало программы

2 ⁰   Настройка портов Микроконтроллера

3 ⁰  Счетчик чисел равно 10

4 ⁰ начальный адрес массива А

5 ⁰ обнуление регистра

6 ⁰ Чтение А_i

7 ⁰ Нечетное число, если да переходим  п8 ,иначе в п 7

8 ⁰ Накопление суммы

9 ⁰ Уменьшение счетчика чисел

10 ⁰ Сч:=0? Если да переходим в п 11, иначе в п 5 (Обнуление регистра)

11 ⁰  Если  D7=1, то переходим в п 12, иначе в п 13

12 ⁰ Параллельный порт  РА  записать число 05

13 ⁰ Параллельный порт  РС  записать число 50

14 ⁰ Конец программы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 1

 

3

0

 

                                                                                                                                                                                                                                                                        

                                                  4               1

0

 

1 5

    1 0

 

6 7

 

 8

 

 

 

Рис.3

 

 

 

 

1⁰    начало программы

2 ⁰  Настройка параллельных  портов РА, РС- на ввод,  РD-на вывод

 3⁰  Если  параллельный порт РА0=1?  Переходим в п4 иначе п 5

4⁰  Если параллельный порт  РС0=1?, то записываем число п 6, иначе проверяем п 5

5 ⁰  если параллельный порт РА3=1 если да переходим в п 6, иначе в п7

6 ⁰       записать в параллельный порт число РD=FF

7 ⁰ иначе  в  параллельный порт PD  записать число 00

8 ⁰  конец программы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Приложение

Программа №1

include "m8535def.inc"

ldi r16,low(RAMEND)

out SPL,r16

ldi r16,high(RAMEND)

out SPH,r16 

CLR R16  ; Обнуление регистра

OUT DDRA, R16  ; Настройка параллельного порта А на ввод

OUT DDRB, R16 ;Настройка параллельного порта В на ввод

SER R16; Установка регистра

OUT DDRC, R16; Настройка параллельного порта С на вывод

OUT DDRD, R16; Настройка параллельного порта А на ввод

met2:

in R16, PORTA ; Чтение порта А

in R17, PORTB ; Чтение порта В

CLR R16;  Обнуление регистра

OUT PORTD,R16

OUT PORTC,R16

SBIC PORTA,0 ; ; Пропустить если бит в регистре очищен

RJMP met1  ; Если очищен переход по команде RJMP метке 1

SBIC PORTB,1 ; Пропустить если бит в регистре очищен

RJMP met1 ; Если очищен переход по команде RJMP метке 1

LDI R16,$55 Загрузить в регистр число 55

OUT PORTD,R16

RJMP met2 ; ; Если очищен переход по команде RJMP метке 2

 

met1: LDI R16,$0F

OUT PORTC, R16 ; вывод на параллельный порт С

RJMP met2; ; Если очищен переход по команде RJMP метке 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Программа №2

include "m8535def.inc"

ldi r16,low(RAMEND)

out SPL,r16

ldi r16,high(RAMEND)

out SPH,r16 

LDI R17,$ 0A    ; Организация счетчика чисел

LDI R27,$ 00   ; Определение начального адреса расположения массива в ОЗУ

LDI R26,$ 70 ; Определение начального адреса расположения массива в ОЗУ

CLR R16 ; Обнуление регистра результатов

CLC  ; Обнулить флажок С

M1:LD R16, x+   ; прочитать содержимое ячейки памяти в регистр R16 адрес которой находится  R26,R27 т.е. прочитать содержимое ячейки 0070

ADC R18,R16  ;  Сложить содержимое регистров R16, R18 результат R18

DEC R17     ; Уменьшение декремент счетчика чисел на единицу

 BRNE М1 ; Если счетчик чисел не равно нулю, то перейти по Метке М1.

SBRC R18,7 ; Проверка значений седьмого разряда регистра R18 , Если установлен седьмой разряд, то записать в порт А значение R18

RJMP M3 ; Если очищен переход по команде RJMP метке 3

OUT PORTA, R18

RJMP M4

M3: OUT PORTC, R18  ; Записать R18  в порт С

M4: NOP

Программа №3

include "m8535def.inc"

ldi r16,low(RAMEND)

out SPL,r16

ldi r16,high(RAMEND)

out SPH,r16 

 

CLR R16 ; Обнуление регистра

OUT  DDRA,  R16 ; Настройка порта А на ввод

OUT  DDRC, R16 ; Настройка порта В на вывод

SER R16  ; Установка регистра

OUT  DDRD, R16 ; Настройка порта D на вывод

SBIC PORTA, 0; Пропустить если бит в регистре очищен

RJMP  met1;  Относительный переход по команде RJMP  met1

SBIC PORTC, 0;  Пропустить если бит в регистре очищен

RJMP  met1 ;  Относительный переход по команде RJMP  met1

SBIC PORTA,3 ; Пропустить если бит в регистре очищен

RJMP   met1;  Относительный переход по команде RJMP  met1

LDI  R16, $00 Загрузить число

OUT PORTD, R16

RJMP  END11  Относительный переход

Met1: LDI R16,$FF

OUT PORTD, R16 ; Записать  R16 в порт D

END11: RJMP

 

Заключение