Характеристика комплектов микропроцессорных БИС

Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники
Перейти к: навигация, поиск
Выкупить рекламный блок

В систему основных показателей, по которым в первом прибтгчсгш! оценивают свойства МП, обычно включают следующие Ха­рактеристики (см. табл. 5.3) [6, 8, 53, 55].

1 Разрядность информационных чисел обрабатываемых как единое целое. От этого показателя в значительной мере зависят функциональные возможности МП и эффективность его применения: чем выше разрядность обрабатываемых МП чисел, тем шире круг задач, для решения которых он может быть использован.

398.png

Разрядность может быть, как отмечалось, фиксированной и наращиваемой. У МП серий К.580 и К581 разрядность чисел фикси­рована и равна 8 и lb бит соответственно. Такой разрядности вполне достаточно для многих применений. Основная группа МП имеет наращиваемую структуру с кратностью от 2 (К589) до 16 бит (К588). На их основе можно, следовательно, строить МП вычисли­тельные средства с различной длиной обрабатываемых чисел и для различных областей применений.

2. Быстродействие. Характеризуется временем цикла. Наиболее быстродействующим является МП серии К589, у которого длитель­ность цикла 150 не и тактовая частота 10 МГц. Большинство МП характеризуется длительностью цикла 1 — 2 мкс и работает при так­товых частотах 1 — 2 МГц.

3 Число основных команд или микрокоманд. Обычно число команд составляет 70 — 100. Чем больше разных команд, тем удоб­нее составлять программы.

4. Адресуемая емкость памяти. Информационная емкость па­мяти количественно определяется числом ячеек, в которых одно­временно могут храниться числа. Для обращения к ячейке МП должен послать в ЗУ код ее номера — адрес хранящегося там чис­ла Чтобы иметь возможность обратиться к любой ячейке, надо обеспечить соответствующее число разных кодовых комбинаций, ко­торыми определяется адрес.

Пусть число разрядов кода адреса n, тогда число разных ком­бинаций равно 2n — это и будет адресуемой емкостью памяти. Па­мять в МП вычислительном средстве является, как правило, внеш­ней по отношению к МП и ее информационная емкость в принципе может быть очень большой, но все дело в том, какую часть этой памяти может использовать МП.

Следовательно, для определения информационной емкости адре­суемой памяти надо знать разрядность кода адреса или, иначе, раз­рядность адресной шины, по которой код поступает в ЗУ. Напри­мер у МП К580ИК80 разрядность адресной шины равна 16, значит по ней можно обеспечить доступ к ЗУ по 213=64 К адресам (1 К=210)

5 Число внутренних регистров общего назначения РОН. Ти­пичное их число8...16, но может быть и больше. Эти регистры составляют внутреннюю память. Поэтому чем больше их, тем боль­ше оперативной информации можно разместить в МП и сократить тем самым число обращений к внешней памяти. При этом, очевидно, производительность МП увеличивается.

Таблица 5.3

6. Электрические параметры: потребляемая мощность, число и номинальные значения напряжений источников питания, уровни логических 0 и 1, выходные и входные токи и др. Знание этих па­раметров необходимо при решении вопроса о совместном приме­нении МП БИС одной серии с микросхемами других серий, напри­мер с БИС памяти, многие из которых выпускают отдельными се­риями. Кроме того, при оценке общих показателей вычислительного средства, особенно в условиях ограничений на энергопотребление, учет электрических показателей также необходим.

7. Тип технологии. Как и для микросхем стандартных серий, рассмотренных в гл. 4, во многом возможности МП БИС определя­ются технологией их изготовления. Знание этого фактора помогает оперативно разобраться в вопросах, касающихся электрических пара­метров МП, возможности их улучшения, перспективности, совмести­мости с микросхемами стандартных серий, особенностей применения.

Комплекты МП БИС изготавливают на основе наиболее пер­спективных технологических методов, за которыми традиционно установились названия реализуемых логических структур: ТТЛШ, ЭСЛ, ИИЛ, КМДП, л-МДП.

Технология л-МДП, пришедшая на смену р-МДП технологии, позволяет увеличить вдвое уровень интеграции и в 5 раз повысить быстродействие микросхем. По этой технологии возможна реализа­ция МП с одним источником питания. В настоящее время л-МДП технология широко развивается и оценивается как перспективная.

Технология КМДП получает широкое распространение благода­ря, прежде всего, возможности существенно, на 2 — 3 порядка, сни­зить потребляемую микросхемами статическую мощность, обеспечить высокую плотность размещения элементов в кристалле и сравнитель­но высокое быстродействие микросхем. Для работы микросхемы требуют одного источника питания с большим диапазоном допусти­мых значений напряжения.

Для изготовления МП БИС применяется также технология ТТЛШ и технология ИИЛ. Первая позволяет получить наиболее

быстродействующие МП при сравнительно небольшой потребляемой мощности. Технология И ИЛ позволяет за счет значительного сни­жения потребляемой мощности повысить уровень интеграции и на этой основе успешно решить задачу создания сложных МП вычис­лительных средств на одном кристалле с достаточно высоким бы­стродействием. Микропроцессорные БИС с инжекционным питанием, благодаря использованию в их оконечных узлах ТТЛШ элементов, оказываются совместимы с микросхемами ТТЛ и ТТЛШ.

Перспективы повышения быстродействия МП связаны с ЭСЛ технологией, которая позволяет получить МП с тактовыми частота­ми десятки (серия К1800) и сотни мегагерц.

Решение проблемы дальнейшего повышения степени интеграции МП БИС также в значительной мере зависит от технологии. Наи­большая степень интеграции к настоящему времени, равная 300 тыс. элементов на кристалле, получена в БИС памяти с регулярной структурой емкостью 64 К бит на МДП-транзисторах. Для одно­кристальных микро-ЭВМ характерна степень интеграции 50 — 100 тыс. элементов на кристалле. В ближайшие годы ожидается достижение уровня 1 млн. элементов на кристалле [9, 17].

8. Состав комплекта МП БИС. В состав комплекта может вхо­дить от одной до десятков БИС. В пределе МП вместе с ЗУ, УУ и другими узлами может быть выполнен на одном кристалле, напри­мер К1801ВЕ1 — однокристальная микро-ЭВМ. Направление одно­кристальных микро-ЭВМ интенсивно развивается, что создает пред­посылки для дальнейшего расширения области применения микро­электронных вычислительных средств. Однако большинство пока составляют комплекты МП БИС, содержащие вместе с МП несколь­ко сопутствующих ему БИС. Назначение БИС разнообразно: есть среди них такие, без которых МП вычислительное средство постро­ить невозможно, но нередко в комплекты включают БИС, без кото­рых можно обойтись, но с ними существенно улучшаются основные Показатели МП средства.

Примером может служить БИС арифметического расширителя К587ИКЗ, предназначенная для аппаратного выполнения умноже­ния — самой длительной операции, существенно ограничивающей скорость обработки. Дополнение комплектов специализированными микросхемами способствует расширению их функциональных воз­можностей и, следовательно, области применения.

9. Тип корпуса. Микропроцессоры БИС выпускают в корпусах в основном двух типов: с пленарными выводами и с выводами, расположенными нормально к плоскости монтажа. Число выводов от 16 до 48.

10. Программное обеспечение. Для простых применений можно обойтись знанием кодов команд или микрокоманд, чтобы составить программу решения задачи. Но для реализации сложных алгоритмов необходимы МП вычислительные средства с развитой системой про­граммного обеспечения, включающей удобные языки программиро­вания и прежде всего высокого уровня, управляющие и обслужи­вающие программы (трансляторы в машинные коды, редакторы, загрузчики и т. д.).

Появление МП обусловило развитие качественно нового этапа разработки и производства РЭА. В отличие от традиционных мето­дов проектирования цифровых устройств, базирующихся на решении задач аппаратными средствами, применение МП позволило перейти к решению аналогичных, а во многих случаях и более сложных задач программными методами. Вместо преобразований логической структурной схемы в принципиальные схемы вычислительных устройств ее структурную схему преобразуют в программу МП, за­писанную в ПЗУ.

Применение МП позволило существенно улучшить ряд важных показателей РЭА: уменьшить массу и габаритные размеры, повы­сить надежность аппаратуры за счет значительного сокращения чис­ла микросхем; расширить ее функциональные возможности без существенного увеличения затрат; сократить приблизительно на 60—70 % время и затраты на разработку новой техники; снизить на 20—60 % стоимость изделий; повысить эксплуатационные качества аппаратуры за счет использования вычислительных возможностей МП для ускорения поиска неисправностей и проведения диагности­ческих операций.

К этому следует добавить, что разработка и крупносерийное производство ограниченного числа МП БИС, перекрывающих широ­кую область применений, позволяет добиться высоких показателей качества и надежности микросхем при низкой их себестоимости.

Малые размеры и функциональная универсальность МП созда­ют предпосылки для широкого внедрения методов резервирования на практически любом конструктивном уровне, дублирования и трои­рования микропроцессоров, обеспечивая, таким образом, требуемый уровень безотказности аппаратуры.

На основе МП комплектов БИС разработаны и серийно вы­пускаются несколько семейств микро-ЭВМ: «Электроника С5», «Электроника НЦ», «Электроника-60» и др. [8, 9, 15, 16, 53].

Применение отечественных микро-ЭВМ типа «Электроника С5» в программных абонентских пунктах вместо устройств на «жесткой логике» дало возможность сократить в 1,5 раза стоимость аппара­туры, в 3 раза уменьшить габаритные размеры и потребляемую мощность, в 10 раз повысить ее надежность. Применение микро-ЭВМ типа «Электроника НЦ» в устройствах управления способст­вовало повышению производительности обработки информации телеграфными аппаратами в 4 — 8 раз, а системой АСУ ТП в 15 — 30 раз. Широкое применение МП находят в измерительной технике, в управляющих устройствах различного назначения, в бытовой тех­нике [7, 8, 9].