8.4. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СРЕДСТВ [17, 18, 20]

Микропроцессор — это программно-управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, реализованное на Одной или нескольких интегральных схемах (БИС).

Микропроцессор как программно-управляемая БИС в отличие от обычных БИС содержит в своем составе управляющие элементы, позволяющие настроить ее на выполнение любых (в принципе) функций, т. е. на реализацию любой зависимости между входной и выходной последовательностями электрических сигналов. Именно это свойство — универсальности в выполнении функций — делает такую схему универсальным элементом автоматики.

Из сказанного выше следует, что, хотя МП обладает свойствами процессора ЭВМ, тем не менее его нельзя считать только элементом вычислительной техники. Основная функция МП — преобразовывать информацию, т. е. его необходимо отнести к одной из групп элементов (устройств), входящих в технические средства систем автоматического регулирования и управления.

Сам по себе МП еще не способен реализовать переработку информации, т. е. он не может решить ту или иную конкретную задачу. Чтобы решить задачу, его нужно соединить с некоторыми другими устройствами, запрограммировать и обеспечить обмен информацией МП с этими устройствами. В число подсоединяемых устройств входят, как минимум, запоминающие устройства (ЗУ) и устройства ввода-вывода (УВВ).

Таким образом, МП — это стандартное (поскольку это БИС), универсальное (поскольку оно программируемое) устройство, позволяющее реализовать прием, обработку и передачу цифровой информации.

Микропроцессорная система (МПС) — это совокупность взаимосвязанных устройств, включающая один или несколько МП, память (ЗУ), устройства ввода-вывода и ряд других устройств, нацеленных на выполнение некоторых четко определенных функций. В общем случае у МПС может отсутствовать внутреннее (системное) программное обеспечение, в особенности в тех случаях, когда МПС используются для реализации непосредственного цифрового управления (регулирования), т. е. в системах, работающих в реальном масштабе времени (в темпе с процессом).

Таким образом, основным способом применения МП является создание на его основе и других ИС и устройств МПС.

МикроЭВМ (МЭВМ) — это конструктивно завершенная МПС имеющая устройства связи с внешними устройствами, панель управления, собственный источник питания и комплект программного обеспечения.

Микроконтроллер (МКО) — устройство, выполняющее функции логического анализа (сложные последовательности логических операций) и управления; реализуется на одном или нескольких кристаллах. Примерами микроконтроллеров являются устройства (микропроцессорные), управляющие работой внешних устройств МЭВМ: накопителей на ГМД и MJT, печатающих устройств, графопостроителей и т. д.

Таким образом, МКО — это микропроцессорное управляющее устройство, в котором за счет сокращения функций по выполнению арифметических операций можно уменьшить их аппаратную сложность и развить функции логического управления.

Микропроцессорный комплект интегральных схем (МПК ИС) - это совокупность микропроцессорных БИС (базовый МПК) и других ИС, однотипных по конструктивно-технологическому исполнению, для которых обеспечена функциональная, структурная, информационная и энергетическая совместимость при использовании в МПС. По существу, это элементная база МПС, МЭВМ и МПАС.

Микропроцессорная автоматическая система (МПАС) — это автоматическая система со встроенными в нее средствами микропроцессорной техники (МТ).

Структура и взаимосвязь основных средств МТ в рамках МПАС показаны на рис. 8.2, а, где акцент сделан на структуру и свойства средств МТ, в частности отражены модульность и магистральность.

МП включает АЛУ, УУ и блок регистров (БРГ), в который входят регистры: аккумулятор, адреса, флаговые, состояния, программный счетчик, общего назначения, стековые и т. д. МП является составной частью МПС и соответственно МЭВМ и МПАС.

МПС включает помимо МП (одного или нескольких), оперативного и постоянного ЗУ (ОЗУ и ПЗУ), устройства ввода-вывода (УВВ) ряд других устройств (на схеме не показаны). МПС — одна из составных частей МПАС.

Рис. 8.2

Взаимодействие частей МПАС осуществляется посредством шин: адресной (ША), данных (ШД) и управления (ШУ), связывающих в единую систему компоненты МПС, а также шин измерения, контроля и управления, которые совместно с соответствующими устройствами связи с объектом (процессом) обеспечивают непосредственное взаимодействие МПС с управляемым объектом или процессом.

Из сказанного выше следует, что МПС могут быть конструктивно подготовлены для работы с человеком-оператором, т. е. иметь каркас, панель управления и другие необходимые компоненты — в этом случае ее называют МЭВМ, а могут предназначаться для агрегатирования, т. е. для работы в конструктивно- и функциональноедином комплексе аппаратуры и поэтому не иметь необходимых для автономной работы компонентов.

В последнем случае речь идет о реализации распределенных средств управления и обработки информации в рамках МПАС. Распределенность здесь означает прежде всего расчленение (декомпозицию) общего алгоритма управления на ряд параллельно или последовательно-параллельно реализуемых алгоритмов, не связанных, насколько это возможно, друг с другом во времени, и, кроме того, оптимальное пространственное распределение процессов управления и обработки информации путем встраивания средств МТ непосредственно в датчики, регулирующие, исполнительные и другие устройства.

При этом более эффективно решаются задачи обеспечения быстродействия. надежности, живучести, сокращения размеров и уменьшения массы средств автоматического управления, регулирования, контроля и сбора данных. Характерные свойства МП дают возможность встроенного управления каждой отдельной единицей аппаратуры, оборудования, что обеспечивает создание полностью автоматизированных локальных систем и процессов и тем самым обеспечивает комплексную автоматизацию.

На рис. 8.2, б представлена общая схема МПАС, в которой акцент сделан на систему связи с объектом. Здесь обозначено: М — мультиплексор; ДМ — демультиплексор; Д — датчик; ИМ — исполнительный механизм; МЦАП, МАЦП — многоканальные ЦАП и АЦП соответственно, совмещающие в себе функции одноканальных ЦАП, АЦП, а также демультиплексоров и мультиплексоров соответственно.