Mikroprosessorların (MP)təyinatı,tipləri və ümumi strukturları Mikroprosessorların (MP)təyinatı

Mikroprosessorların (MP)təyinatı,tipləri və ümumi strukturları

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.)

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)

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.

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.

Universal MP-ların ümumi strukturu

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 .

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,..)

Mikrokontrollerlərin(MK) ümumi daxili strukturu

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…)

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

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.

PMİS-lərin ümumi halda daxili struklturu

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.

PMİS(PLİC) təməlli sistemlərin strukturu

• PMİS təməlli boardlar

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.