Mikroprosessorların (MP)təyinatı,tipləri və ümumi strukturları. - презентация

1 Mikroprosessorların (MP)təyinatı,tipləri və ümumi strukturları

2 Mikroprosessorların (MP)təyinatı MP-lar proqramlanan rəqəmli qurğu olaraq aşağıdakı sahələrdə tətbiq edilir: İdarəetmə və ölçmə sistemləri (avtomatik idarə edilən hər hansı prosesslərin və ya obyektlərin idarəsi/nəzarəti və elektrik,mexaniki və həndəsi və digər parametrlərin ölçülməsi üçün) Kommunikasiya texnikası (mobil telefonlar,avtomatik telefon/mobil stansiyalar və digər kommunikasiya qurğuları) Məişət (audio/video qurğular,proqramlı paltaryuyan/qabyuyan maşınlar,su/qaz/elektrik sayğacları,elektron sobaları, mətbəx kombaynları,HVİAC-qızdırıcı-soyuducu-ventilyasiya qurğuları) və ticarət texnikası (kassa aparatları,əl skanerləri) Nəqliyyat texnikası(avtomobil/dəmiryol /metro idarə sistemlərinin elektronikası) Hərbi texnika (radar,hava/su məkanlarında uzaqdan müşahidə/nəzarət) Qoruyucu/müşahidə qurğuları və sistemlər (evlərin və objektlərin qorunması,ağıllı evlər-məişət cihazlarının uzaqdan idarəsi ) Kompüter texnikası(CPU-lar,periferiya qurğuları-klaviatura,printer və s.)

3 MP-lərin tipləri Arxitektur gerçəkləşmədən asılı olaraq MP-lərin aşağıdakı tipləri vardır: Universal MP-lər (kompüter arxitekturunda mərkəzi CPU kimi) Xüsusi təyinatlı MP-lar (müxtəlif sahələrdə tətbiq edilir və mikrokontroller(MK),yaxud DSP/DSC-siqnalların rəqəmli emalı prosessorları/kontrollerləri adlanır) Proqramlaşdırılan məntiqi inteqral sxemlər(PMİS/PLİC)- cəld işləyən ixtisaslaşdırılmış elektron sistemlərində(müxtəlif kommunikasiya qurğuları və sistemlər)

4 MP-lərin tiplərinə görə arxitektur fərqləri Universal MP-lərin arxitekturu geniş sinif məsələlərin həlli üçün nəzərdə tutulduğundan onların daxili strukturu mürəkkəb- superskalyar olub,əmrlər sistemi genişdir. Xüsusi təyinatlı MP-lərin arxitekturu nisbətən sadə- RİSC – olaraq müəyyən sinif məsələlərin real zaman miqyasında effektiv həlli üçün uyğunlaşdırılmışdır. Proqramlaşdırılan məntiqi inteqral sxemlər(PMİS)- əvvəlki 2 tipdən fərqli olaraq çevik dəyişən –proqramlanan struktura malikdir və müxtəlif sinif alqoritmlərin aparatlı gerçəkləşdirilməsi üçün sazlana bilir. Universal və Xüsusi təyinatlı MP-lərin icra etdiyi proqramlar DRAM/SRAM/FLASH tipli yaddaşda proqram təminatı kimi saxlanılır. PMİS- lərin proqramlanması dedikdə isə onun daxili strukturunun alqoritmin gerçəklənməsi üçün sazlanması başa düşülür və layihəçi tərəfindən xüsusi kompüterli sistemdə həyata keçirilir.

5 MP əsaslı sistemlərin ümumi strukturu MP əsaslı sistemlər bir vəya bir neçə ədəd MP-lardan,yaddaş və giriş/çıxış alt sistemlərindən ibarət olur Bu qurğuların bir- biri ilə əlaqələndirilməsi üçün AB,DB,CD-dan təşkil olunmuş sistemli şinlər istifadə edilir Hər bir paralel şin bir sıra əlaqə xətlərindən ibarət olub verilənlərin,ünvan və idarəedici kodların ötürülməsi üçündür Şinlərin əsas xarakteristikalarından biri onların eni-əlaqə xətlərinin sayıdır.Məsələn DB üçün 8/16/32/64 bit ola bilər. Processor Shared\ Distributed Memory Shared\ Distributed Input signals İnput \output system Shared\Distributed output signals AB(address bus) DB(data bus) CB(control bus) PB(power bus) System Bus

6 Universal MP-ların ümumi strukturu Interrupt Controller Instruction Fetch unit Instruction Decoder unit ALU 1 ALU n … Instruction\ Data Cache Write Buffer GPRs(general purpose registers) CPU block To Main memory SPR –s & Control System Bus DMA Controller To IO devices System Bus Controller Peripheral Interfaces Controllers Data bus Interface block(chipsets)

7 Universal MP-da CPU-nın daxili strukturundakı əsas qurğular Instruction\Data Cache –cari proqramın əmrlərinin/verilənlərin saxlanılması üçün keş yaddaş-L1/L2 Instruction Fetch unit - cari proqramın növbəti əmrinin ünvanının təyini və onun yaddaşdan oxunması qurğusu əmrlərin konveyerli emalı üçün əmrlər axınının kəsilməzliyini təmin edir. Instruction Decoder unit-icra edilən əmrlərin kodunun açılması qurğusu eyni zamanda bir neçə mürəkkəb və sadə əmrlərin deşifrəsini təmin edir. ALU-lar -müxtəlif tipli - tam /sürüşkən vergüllü/MMX strukturlu ədədlərin effektiv emalı üçün eyni zamanda işləyən daxili struktkru konveyerləşmiş icra qurğuları GPRs - universal təyinatlı registrlər massivi-verilələri və ünvan kodlarını icra prosesində müvəqqəti yadda saxlayan 8/16/32 bitli registrlərdir SPRs - xüsusi təyinatlı registrlər massivi-hesablama prosesində CPU-nın müxtəlif bloklarının vəziyyətinə aid məlumatları yadda saxlayan 16/32 bitli registrlərdir GPR və SPR-lər istifadəçi proqramlarından Assembler səviyyəsində müraciət edilə bilər.

8 Universal MP üçün çipset daxilindəki iterfeys blokları DMA (Direct memory Access) kontrolleri –HD ilə RAM arasında məlumatın bloklarla sürətli mübadiləsini bilvasitə CPU iştirakı olmadan təmin edir. System Bus Controller –Sistemli şin (PCİ) idarəsi qurğusu- bütün periferiya interfeyslərindən məlumatı qəbul edərək 32bitli formatda qablaşdırıb yaddaş kanalına,yaxud CPU-nın xarici şininə(Fron-side bus) ötürür. Interrupt Controller- MP-da kəsilmə sisteminin idarəsi qurğusu - periferiya qurğularından kəsilmə siqnallarını qəbul edir və onların üstünlük dərəcəsini nəzərə alaraq CPU-ya ümumi kəsilmə siqalı- İNT-hasil edir. Peripheral Interfaces Controllers – periferiya qurğuları (disk qurğuları,klaviatura/mouse,ekran) interfeysləri(USB,PSİ Expr.,SATA/İDE,SCSİ,Fire Wire,..)

9 Mikrokontrollerlərin(MK) ümumi daxili strukturu CPU 8\16\32 bits Internal Memory Program Memory (10-100)xnKB Data Memory 10xn B Multifunction Timers, WDT Analog MUX DMA, Interrupt blocks Internal Clock generator Keyboard, Display Controller Audio IO Controller Multifunction IO Liners Parallel IO port Controller Serial IO port Controllers RS-232\485,SPI, I2C,CAN… inter faces Bus Controller … Digital IO Analog IO ADC\DAC Convertors, … Analog inputs

10 MK-nin daxili strukturundakı əsas qurğular CPU 8\16\32bits – RİSC nüvəyə malik mərkəzi emal bloku Internal Clock generator – CPU-nın sinxronlaşdırılması üçün daxili takt siqnalları generatoru. Internal Memory – proqram və verilənlər üçün daxili yaddaş(SRAM/FLASH/EEPROM tipli). Multifunction Timers,WDT- çoxfunksiyalı taymerlər, MK asılı vəziyyətdən periodik olaraq çıxaran gözətçi-taymer. Analog MUX – analoq giriş siqnallarının multipleksoru ADC\DAC Convertors- analoq-rəqəm və rəqəm-analoq çeviriciləri DMA,Interrupt blocks- DMA,kəsilmə kontrollerləri Keyboard,Display Controller - ixtisaslaşmış klavye və displey(LCD) kontrollerləri Multifunction IO Liners – hər birinin istiqamətləri ayrılıqda proqramlana bilən çoxfunksiyalı giriş/çıxış xətləri. Parallel IO port Controller – paralel(8b) istiqamətləri ayrılıqda proqramlana bilən giriş/çıxış portu Audio IO Controller – audio giriş/çıxış portu Serial IO port Controllers – ardıcıl interfeys kontrollerləri (RS-232\485,SPI, I2C,CAN…)

11 MK-lərin unversal MP-dan əsas fərqli xüsusiyyətləri CPU sadə RİSC nüvəli olub əmrlər sistemi ixtisaslaşmış və tezliyi bir neçə MHs- dən bir neçə yüz MHs-ə qədər Verilənlər və proqramlar üçün daxili yaddaşın olması(daha çox enerjidən asılı olmayan tipdə) Çoxsaylı və çoxfunksiyalı taymerlərin olması – müxtəlif zaman parametrli siqnalların hasili və daxili/xarici hadisələrin izlənilməsi üçün Aaloq siqnallarının daxil edilib-çıxarılması üçün ADC/DAC bloklarının inteqrə edilməsi. Çoxsaylı,istiqaməti və formatı proqramlana bilən giriş-çıxış xətlərinin olması Mürəkkəb sistemlər üçün ekran,klavye kontrollerlərinin inteqrə edilməsi Müxtəlif tipli xarici qurğuların qoşula bilməsi üçün ardıcıl interfeys kontrollerlərinin inteqrə edilməsi Mürəkkəb sistemlər üçün kəsilmə və DMA kontrollerlərinin inteqrə edilməsi Real zaman rejimində işləməsi üçün RTOS ƏS-nin tətbiqi

12 DSP-lərin əsas xüsusiyyətləri CPU arxitekturu FP ədədlərin sürətli emalı,MAC(vurma-cəmləmə) əməliyyatının vahid əməliyyat kimi sürətli icrası,analoq siqnalları üçün filtrlənmə alqoritmlərinin effektiv yerinə yetirilməsi üçün ixtisaslaşır və daxili strukturunda uyğun aparat blokları nəzərdə tutulur. Çoxsaylı və hər biri 10/14bitli olan ADC/DAC blokları inteqrə edilir. Audio və video siqnalların emalı üçün encoder/decoder(codec) qurğuları inteqrə edilir. Çoxsaylı audio və video portlar inteqrə edilir. Fərdi kompüterlərin ana kartlarında video/audio prosessorlar,video kameralarda image prosessor, pleyerlərdə isə audio prosessor kimi kompüter texnikasında tətbiq edilir. Mobil telefonlar,avtomobil elektronikası,radarlar kimi Embedded sistemlərində DSP-lərin daha müasir modelləri tətbiq edilir.

13 PMİS-lərin ümumi halda daxili struklturu Proqramlanan daxili əlaqələr Proqramlanan Məntiqi bloklar

14 PMİS-lərin xüsusiyyətləri PMİS-lərin daxili strukturu ümumi halda çoxsaylı proqramlanan məntiqi bloklardan ibarət olur. Bu blokların mürəkkəblik dərəcəsinə görə PLİC-lər xırda və iri modullu ola bilər. Xırda modullu arxitekturda hər bir modul çox sadə funksiyaları yerinə yetirir və bunlar,əsasən, əlaqələndirici məntiqi sxemlərin,bircinsli olmayan idarəedici strukturların gerçəkləndirilməsi üçün istifadə edilir. Iri modullu arxitekturda hər bir məntiqi blok çoxsaylı məntiqi elementlərdən, yaxud nisbətən mürəkkəb strukturlu alqoritmik elementlərdən (məsələn,sürətli Furye çevrilməsini-SFÇ yerinə yetirən bloklardan ) ibarət olur. PMİS-lərin proqramlaşdırılması əlaqələrin strukturunun dinamik dəyişdirilməsi texnologiyası əsasında yerinə yetirilir. Bu texnologiyada konfiqurasiya edici fayl öncədən PMİS-nin yaddaşına yüklənir və onun məzmununa əsasən PLİC-nin strukturu dəfələrlə dəyişdirilə bilər. PMİS-nin daxili yaddaşı kimi SRAM,yaxud FLASH istifadə edilə bilər.

15 PMİS(PLİC) təməlli sistemlərin strukturu PMİS təməlli boardlar CPU (MP) PLIC – Programmed Logic Integral Circuit Shared Bus Memory RAM\ ROM Addition Device 1 Addition Device n … With separate chips of CPU and PLIS Shared Bus Memory RAM\ ROM Addition Device 1 … Addition Device n CPU Internal Additional Devices PLIC With single PLIC chip that includes internal CPU and other devices a) b)

16 PMİS təməlli sistemlər PMİC təməlində qurulmuş MPƏS-lərin yuxarıda göstərilən strukturlarından birincisində (a) çap lövhəsi üzərində 8/16 bitli Universal MP ilə yanaşı yerləşdirilmiş PLİC mikrosxemi məlumatın ixtisaslaşdırılmış emalını real zaman miqyasında yerinə yetirir və sistemdəki ümumi yaddaşdan və şindən istifadə edir Şək. b-dəki sxemdə isə CPU və PMİC nüvələri eyni bir prosessor gövdəsində gerçəkləşdirilir. Hazırda proqramlaşdırılan məntiqi matrislər (PLM)-dən başlayaraq mürəkkəb proqramlaşdırılan məntiqi qurğunun (PLD) PLİC arxitekturunda gerçəkləşdirildiyi variantlar mövcuddur. PLD arxitekturları audio-video məlumatlarının sürətli emalı üçün,süni intellekt qurğularının və mobil telefon operatorlarının müxtəlif qurğularının layihələndidilməsində geniş tətbiq edilir.