მიკროპროცესორების ან ციფრული სიგნალის პროცესორების გამოყენება სხვადასხვა ავტომატური სისტემების დიზაინში შესაძლებელს ხდის მოწყობილობების შექმნას, რომელთა თავისებურება ის არის, რომ აქ აპარატურა და პროგრამული უზრუნველყოფა არსებობს განუყოფელი აპარატურა-პროგრამული კომპლექსის სახით. მოსახერხებელია წარმოადგინოთ ასეთი ტექნიკის და პროგრამული კომპლექსის შემუშავების პროცესი, როგორც სამი დიზაინის ფაზის თანმიმდევრობა:

• 1. ტექნიკის დამუშავება (ან/და სტანდარტული შერჩევა);
• 2. აპლიკაციის შემუშავება პროგრამული უზრუნველყოფა;
• 3. ტექნიკისა და პროგრამული უზრუნველყოფის ინტეგრირება და პროტოტიპის სისტემის გამართვა.

მიკროპროცესორის კომპონენტად გამოყენებისას, სისტემის დეველოპერი თავისუფლდება პროდუქტის ყველაზე რთული ცენტრალური ნაწილის ტექნიკური დოკუმენტაციის დიზაინისა და მხარდაჭერისგან. პროდუქტის ტექნიკის დიზაინის დოკუმენტაცია შეიცავს მხოლოდ დოკუმენტაციას ტექნიკისთვის მიკროპროცესორის ინტერფეისისთვის საკონტროლო ობიექტის სენსორებთან და აქტივატორებთან. ანალოგური (სიგნალის) მიკროპროცესორების, ინტეგრირებული DAC-ების და ADC-ების და სპეციალიზებული კონტროლერების სხვადასხვა დიდი ინტეგრირებული სქემების (LSI) მოსვლასთან ერთად, ავტომატური სისტემის სულ უფრო რთული ფუნქციური ნაწილები გადადის ქვესისტემების კატეგორიიდან კომპონენტის ელემენტების კატეგორიაში. ვინაიდან ეს კომპონენტი ელემენტები არის კომპლექსურად ორგანიზებული მოწყობილობები, რომლებიც მუშაობენ პროგრამის კონტროლის ქვეშ, მიკროპროცესორულ სისტემებში აპლიკაციის პროგრამული უზრუნველყოფის წილი სტაბილურად იზრდება, ხოლო აპარატურის წილი - შემცირებისკენ.

თუ დავალება უკვე დასახულია, მაშინ ყველაზე შრომატევადი და რთული (მომავალი პროგრამის გამოყენების სფეროსთან მჭიდრო კავშირის გამო) მუშაობის ეტაპი არის ამოცანის გადაჭრის ალგორითმის ფორმირების ეტაპი. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ეს ეტაპი პრაქტიკულად არ ექვემდებარება ფორმალიზებას და, შესაბამისად, არ შეიძლება ავტომატიზირებული იყოს ჩვეულებრივი საშუალებებით. პროექტზე მუშაობა აქ ღრმად არის შემოქმედებითი და დიდად არის დამოკიდებული დეველოპერის გამოცდილებასა და კვალიფიკაციაზე.

მოდით ავუხსნათ ზემოაღნიშნულს მიკროპროცესორის გამოყენებით სისტემების შექმნის ერთ-ერთი შესაძლო მიდგომით ციფრული ფილტრის დიზაინის მაგალითის გამოყენებით.

დავუშვათ, რომ გსურთ შექმნათ პირველი რიგის დაბალი გამტარი ფილტრი (LPF).

ნახ. 3.59 და აჩვენებს ასეთი ფილტრის სქემატურ დიაგრამას. ფილტრის რიგითობა განისაზღვრება მასში შემავალი რეაქტიული ელემენტების რაოდენობით, ე.ი. კონდენსატორები და ინდუქტორები. სიგნალები დაბალი სიხშირეებიგაიაროს დაბალი გამტარი ფილტრი მის გამოსავალზე. მაღალი სიხშირის სიგნალები "შემოკლებულია" კონდენსატორის მეშვეობით მიწასთან და არ ჩანს ფილტრის გამოსავალზე. ნახ. 3.59, b გვიჩვენებს ამ ფილტრის ამპლიტუდა-სიხშირის პასუხს (AFC). ლოგარითმული სიხშირის პასუხის ფილტრის ამოღების სიხშირე (შესვენების სიხშირე, შებრუნების სიხშირე) არის = 1/f (რადი/წმ), სადაც f = RC არის დროის მუდმივი. სიხშირის ჰერცში წარმოსადგენად გამოიყენება მიმართება uc = 2рf.

ბრინჯი. 3.59 დაბალი გამტარი ფილტრი: ა) მიკროსქემის დიაგრამა; ბ) სიხშირის პასუხი

მოდით ჩამოვწეროთ დიფერენციალური განტოლება, რომელიც აღწერს პროცესებს, რომლებიც ხდება ნახ. 3.59 იმის გათვალისწინებით, რომ

i = C dUout/dt,

მაშინ განტოლება ასე გამოიყურება

ციფრული დისკრეტული მიკროპროცესორი ავტომატური

მოდით განვიხილოთ შემავალი და გამომავალი სიგნალების მნიშვნელობები დისკრეტულ ჯერზე nДt, სადაც n = 0, 1, 2, ... და შეცვალოთ წარმოებული სასრული სხვაობით.

შემდეგ (3.6) მიიღებს ფორმას

მოდით შევასრულოთ შემდეგი გარდაქმნები (3.7):

გავაერთიანოთ პირველი ორი წევრი (3.8) და ამოვიღოთ ფრჩხილებიდან.

გადავიტანოთ მეორე წევრი (3.9) ტოლობის მარჯვენა მხარეს და მიღებული ტოლობის მარცხენა და მარჯვენა მხარეები გავყოთ (Dt+RC-ზე). მერე

მოდით გავყოთ (3.10)-ის მარჯვენა მხარეს არსებული ტერმინების მრიცხველი და მნიშვნელი Dt-ზე:

და ბოლოს, აღვნიშნავთ k1 როგორც k2,

ვიღებთ

განხორციელდა (3.12) პროგრამის სახით მიკროპროცესორისთვის და ნახ. 3.60 დტ<< RC, получим цифровой фильтр нижних частот

ბრინჯი. 3.60 ციფრული ფილტრის წრე

მიკროპროცესორებზე დაფუძნებულ ციფრულ მოწყობილობებს არაერთი უპირატესობა აქვთ ანალოგებთან შედარებით. მოდით მივცეთ ზოგიერთი მათგანი ზემოთ განხილული ციფრული ფილტრის მაგალითის გამოყენებით:

• 1. ფილტრის მახასიათებლების მგრძნობელობა მისი ელემენტების პარამეტრების გავრცელების, მათი დროისა და ტემპერატურის დრიფტის მიმართ.
• 2. LSI-ის გამოყენებასთან დაკავშირებული ფილტრის მცირე ზომა და მაღალი საიმედოობა.
• 3. ციფრული ფილტრის პარამეტრებისა და მახასიათებლების შეცვლის სიმარტივე, რაც მიკროპროცესორის გამოყენებისას ხორციელდება პროგრამული უზრუნველყოფის ან კოეფიციენტების ცხრილების მოდიფიცირებით.
• 4. ადაპტური ფილტრების დანერგვის შესაძლებლობა, ე.ი. ფილტრები, რომელთა პარამეტრები იცვლება ოპერაციის დროს.

მიკროპროცესორული სისტემების დიზაინის პროცესი მოიცავს სამ ეტაპს (ნახ. 1.1): 1) სისტემა; 2) ფუნქციური მიკროსქემის დიზაინი; 3) გამართვა და შესრულების შეფასება.

ბრინჯი. 1.1. MPS-ის დიზაინის ეტაპები

სისტემის დიზაინის ეტაპზე, პირველად ტარდება MPS-ისთვის დაკისრებული ამოცანის სისტემური ანალიზი, იდენტიფიცირებულია მიზანი, ძირითადი თვისებები, საჭიროებები, განხორციელების იდეები, დაფინანსების ოდენობა და სხვა მახასიათებლები, რომლებიც საკმარისია დიზაინის ბილიკებზე გადაწყვეტილების მისაღებად. შემდეგ სისტემის ფუნქციონალური ქცევა და მასზე მოთხოვნები ჩამოყალიბებულია შესრულებული ფუნქციების ნაკრების, საჭირო შესრულების, კრიტიკული ფუნქციების იდენტიფიცირების, სისტემის პერიფერიული აღჭურვილობის შემადგენლობის, შეყვანისა და გამომავალი სტრუქტურის უზრუნველსაყოფად. მონაცემები, მონაცემთა ნაკადების მახასიათებლები და საკონტროლო ინფორმაცია. მუშავდება სისტემის ფუნქციონირების გაფართოებული ალგორითმი და MPS-ის მუშაობის ალგორითმის ფორმალიზებული აღწერა. შემდეგი ნაბიჯი სისტემის დიზაინის ეტაპზე არის MPS-ის იერარქიის დონეების რაოდენობის, მათსა და გარე გარემოსა თუ სისტემას შორის კავშირების განსაზღვრა. განისაზღვრება მოთხოვნები სისტემის არქიტექტურისთვის, ნაწილდება აპარატურული და პროგრამული უზრუნველყოფის მიერ განხორციელებული ფუნქციები და გამართლებულია ინტერფეისის მოთხოვნები. აუცილებელია სისტემის ტექნიკისა და პროგრამული უზრუნველყოფის მოთხოვნების დაბალანსება, მითითებული სიჩქარის და სირთულის და ღირებულების შემცირების შესაძლებლობისა და განვითარების დროის შემცირების გათვალისწინებით. რაც უფრო მეტი ფუნქციაა დანერგილი აპარატურაში, მით უფრო მაღალია შესრულება, მაგრამ უფრო რთული სისტემის არქიტექტურა და უფრო გრძელია განვითარების დრო.

ამჟამად, LSI და VLSI შესაძლებლობების განვითარების გამო, არსებობს ტენდენცია ფუნქციების მინიჭების ტექნიკისთვის, რომლებიც ბოლო დრომდე სრულდებოდა მხოლოდ პროგრამულ უზრუნველყოფაში. პროგრამული უზრუნველყოფის შესაძლებლობების ინტეგრაცია ტექნიკის დიზაინში, ძირითადად ROM-ის პროგრამული უზრუნველყოფის ან „მათემატიკური“ ჩიპების სახით, არის სფერო, რომელიც სულ უფრო ხშირად გამოიყენება მიკროპროცესორულ სისტემებში. ოპერაციული სისტემის მრავალი ფუნქცია უკვე იწყებს დანერგვას აპარატურაში პროგრამების ROM ჩიპებში განთავსებით. შესაძლოა, რიგი მოვა პროგრამირების ენის ფუნქციების ტექნიკის განხორციელებისთვის.

სისტემის დიზაინის ეტაპზე მნიშვნელოვანი პუნქტია ელემენტის ბაზის შერჩევა, ძირითადი MPC, ე.ი. მიკროპროცესორების ოჯახის ტიპი და სხვა LSI-ები. ამ ეტაპის საფუძველზე დგება ტექნიკური სპეციფიკაცია (TOR).

სისტემის დიზაინის ეტაპი ძირითადად ევრისტიკულია და მისი შედეგია მიკროპროცესორული სისტემის ბლოკ-სქემა და ტექნიკური მახასიათებლები, სადაც მითითებულია ყველა მოთხოვნა, რომელიც უნდა აკმაყოფილებდეს შემუშავებულ MPS-ს.

ფუნქციური მიკროსქემის ეტაპი დაყოფილია სამ სფეროდ: ტექნიკის განვითარება, პროგრამული უზრუნველყოფის დამუშავება და დამხმარე ხელსაწყოების განვითარება, რომლებიც თავის მხრივ შეიცავს როგორც აპარატურულ, ასევე პროგრამულ ნაწილებს. ამ ეტაპის გამორჩეული მახასიათებლები შემდეგია:

1) ტექნიკის სპეციფიკურ სტრუქტურაზე ორიენტირებული ტექნიკის და პროგრამული უზრუნველყოფის ერთობლივი განვითარებისა და გამართვის აუცილებლობა;

2) ფუნდამენტურად ახალი მეთოდებისა და ინსტრუმენტების გამოყენება მიკროპროცესორული სისტემების შემუშავებისა და გამართვისთვის, როგორიცაა მიკროპროცესორული სისტემების ემულატორები, ლოგიკური და ხელმოწერის ანალიზატორები, გამართვის კომპლექსები და ავტომატიზაციის პროგრამირების ხელსაწყოები;

3) დიზაინის ეტაპების ძლიერი ურთიერთდაკავშირება და თუნდაც ინტეგრაცია, რომელშიც დეველოპერს ერთდროულად უნდა ჰქონდეს გამოცდილება მიკროპროცესორული სისტემების დიზაინში, ასევე გააცნობიეროს მათი გამოყენების კონკრეტული სფერო.

ფუნქციური მიკროსქემის დიზაინის ეტაპზე, MPS-ის ბლოკ-სქემაზე დაყრდნობით, შემუშავებულია ტექნიკური საშუალებების, ალგორითმების და აპლიკაციის პროგრამის მოდულების ფუნქციური და სქემატური დიაგრამები. ამ სტადიას ახასიათებს სტანდარტული მიკროსქემისა და პროგრამული გადაწყვეტილებების ფართო გამოყენება და ტექნიკისა და პროგრამული უზრუნველყოფის ძლიერი ურთიერთდამოკიდებულება, რომლის განვითარებაც პარალელურად უნდა განხორციელდეს ყველა ეტაპზე. ეტაპი მთავრდება ტექნიკისა და პროგრამული უზრუნველყოფის ინტეგრირებით, რომელიც იწყება მთლიანი MPS-ის გამართვის ეტაპს.

MPS-ის გამართვა ყველაზე შრომატევადი ეტაპია, ამიტომ ჩაშენებული კონტროლის ხელსაწყოების და სტანდარტული გამართვის ხელსაწყოების გამოყენების მეთოდების შემუშავებას ისეთივე ყურადღება უნდა მიექცეს, როგორც აპარატურის და პროგრამული უზრუნველყოფის შემუშავებას. გამართვისთვის საჭიროა ჩაშენებული ინსტრუმენტები, პროგრამული უზრუნველყოფა და აპარატურა, ასევე სპეციალური მოწყობილობები, როგორიცაა ლოგიკური და ხელმოწერის ანალიზატორები, გამართვის კომპლექსები და შიდა ემულატორები. დიაგნოსტიკური და კონტროლის ხელსაწყოების ჩაშენება სისტემის განვითარებას გარკვეულწილად ხანგრძლივ და ძვირად აქცევს, მაგრამ მნიშვნელოვნად უწყობს ხელს მის გამართვას და შემდგომ მუშაობას.

სისტემის დიზაინი სრულდება განვითარებული MPS-ის საპილოტე ტესტირებით იმ სისტემაში, რომლისთვისაც ის იყო განკუთვნილი, და მიღებული მახასიათებლების შეფასებით. თუ შეფასების შედეგები არ აკმაყოფილებს ტექნიკური მახასიათებლების მოთხოვნებს, მაშინ ტარდება მიზეზების ანალიზი და მის საფუძველზე ხდება MPS-ის ცალკეული მოდულების ან მთლიანად სისტემის გადამუშავება.

დიზაინი მთავრდება მეთოდოლოგიური მხარდაჭერის შემუშავებით, რომელიც შეიცავს რეკომენდაციებს დაპროექტებული MPS-ის რაციონალური გამოყენების შესახებ და ყველა საჭირო დოკუმენტაციას.

განხილული ეტაპები ტარდება, როგორც წესი, კვლევითი სამუშაოების სახით, შედარებით მცირე რაოდენობის მაღალკვალიფიციური სპეციალისტების მონაწილეობით.

დიზაინის შემდგომი ეტაპები, როგორც წესი, ხორციელდება განვითარების სამუშაოების სახით და მოითხოვს შემსრულებელთა დიდი რაოდენობის ჩართვას.

ტექნიკური აღჭურვილობის ავტომატიზაციის პროცესებმა დაიპყრო მთელი წარმოების ორგანიზაციის უმეტესი ნაწილი. ისინი ყველგან გამოიყენება ჩარხებში, მანქანებსა და მექანიზმებში და რობოტულ სისტემებში. ახალი ტექნოლოგიები მნიშვნელოვნად ზრდის შრომის პროდუქტიულობას, ამცირებს ადამიანური ფაქტორის გავლენას წარმოების რისკებზე. ასევე უმჯობესდება პროდუქციის ტექნიკური დონე და ხარისხი. მიკროპროცესორული სისტემები თავის დროზე ინოვაციური ტექნოლოგია იყო. მაგრამ ახლა ეს უკვე ჩვეულებრივია, რადგან მიკროპროცესორების გამოყენებით დამზადებულ მოწყობილობებს აქვთ უფრო მაღალი შესრულების ინდიკატორები ცალკეულ ლოგიკურ სქემებზე დამზადებულ მოწყობილობებთან შედარებით, პირველის ეკონომიკური სარგებელით.

განვითარების პროცესის სტანდარტიზაცია ამარტივებს ანალიზს და კვლევას ამ სფეროში. ის ასევე ცხადყოფს არსებულ მდგომარეობას და შესაძლო შედეგებს. დღევანდელი ჩაშენებული მიკროპროცესორული სისტემების კომპანიები იყენებენ პროგრამირებადი ლოგიკის ინტეგრირებულ სქემებს (FPGA) და კომპიუტერის დახმარებით წარმოების სისტემებს სწრაფი, ორგანიზებული დიზაინისთვის. FPGA-ების გამოყენებით, შესაძლებელია რეალურ დროში გამართვა და ტესტირება. ყოველწლიური CAD განახლებები საშუალებას გაძლევთ დახარჯოთ სულ უფრო ნაკლები დრო ერთფეროვან და ერთფეროვან სამუშაოზე, ამასთან, თავიდან აიცილოთ აშკარა შეცდომები. ეს საშუალებას გაძლევთ გადაიტანოთ სისტემის უფრო მაღალ დონეზე და გადაჭრათ რთული პრობლემები.

ჩაშენებული მიკროპროცესორული სისტემების განვითარების პროცესი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც დიზაინის თანმიმდევრული ეტაპების ორი მარშრუტი. პირველი მარშრუტი არის ჩაშენებული მიკროპროცესორული სისტემის ტექნიკის განვითარება. მეორე მარშრუტი არის პროგრამული უზრუნველყოფის დიზაინი (ნახ. 1).

სურათი 1. დიზაინის ნაბიჯები

მაგრამ მარშრუტის ყველა ნაბიჯი არ არის საჭირო. სისტემის ტექნიკის მოდელირება შეიძლება არ განხორციელდეს განვითარების პროცესში. აქედან გამომდინარე, ზოგიერთი ნაბიჯი შეიძლება აღმოიფხვრას: მოდელირების სპეციფიკაციების მომზადება, მოდელების გენერირება, ფუნქციური და დროითი მოდელირება. გასათვალისწინებელია, რომ სისტემის აპარატურის მოდელირება ზრდის მთლიანი დიზაინის პროცესის ეფექტურობას შესაძლო შეცდომების ადრეული გამოვლენისა და მათი აღმოფხვრის გამო.

მიკროპროცესორული სისტემის დიზაინის ტიპიური ნაბიჯები მოიცავს:

1. სისტემისთვის სხვადასხვა მოთხოვნების ფორმალიზება. აუცილებელია სისტემის გარე სპეციფიკაციების, ტექნიკური მახასიათებლების (TOR) შედგენა, დოკუმენტაციაში დეველოპერის მიერ სისტემის გამოსახულების შესახებ შენიშვნები და სისტემის ფუნქციების ჩამოთვლა.
2. სისტემის ელემენტების სტრუქტურისა და არქიტექტურის განვითარება. აუცილებელია განვსაზღვროთ აპარატურასა და პროგრამულ უზრუნველყოფას შორის ურთიერთქმედება, პერიფერიული მოწყობილობებისა და პროგრამული გარსების ფუნქციები, შეარჩიოთ მიკროპროცესორული გადაწყვეტილებები, რომლებზეც სისტემა განხორციელდება და განისაზღვროს დროის მახასიათებლები.
3. სისტემის ტექნიკისა და პროგრამული უზრუნველყოფის შემუშავება და წარმოება. აუცილებელია სტრუქტურისა და მიკროსქემის დიაგრამების შემუშავება, პროტოტიპის წარმოება და მისი გამართვა ძირითადი საოპერაციო პირობებში. პროგრამული უზრუნველყოფის შემუშავება უნდა შედგებოდეს ალგორითმებისგან, საწყისი პროგრამის ტექსტის ჩაწერისგან, წყაროს პროგრამების ობიექტურ პროგრამებად თარგმნის, პროგრამული უზრუნველყოფის გამართვისა და სიმულაციისგან.
4. ზოგადი გამართვისა და მიღების ტესტირება საოპერაციო პირობებში.

ადამიანური ფაქტორები იძლევა წარუმატებლობისა და ცუდი დიზაინის გადაწყვეტილებების მიღების საშუალებას. მოწყობილობებში ასევე არის ტექნიკის დეფექტები. მაგალითად, შესაძლებელია შეცდომების შემდეგი წყაროები ნაბიჯებში:

ეტაპი 1. მოთხოვნების ლოგიკური შეუსაბამობა, გამოტოვება, ალგორითმის უზუსტობები.

ეტაპი 2. ფუნქციების გამოტოვება, ზოგიერთი ინფორმაციის ნაკადის გამოტოვება, აპარატურასა და პროგრამებს შორის ურთიერთქმედების პროტოკოლის შეუსაბამობა, ტექნიკური მოთხოვნების არასწორი განსაზღვრა, მიკროპროცესორული გადაწყვეტილებების არასწორი არჩევანი, ალგორითმების უზუსტობა.

ეტაპი 3. აღჭურვილობის შემუშავებისას - ზოგიერთი ფუნქციის გამოტოვება, ტექნიკური მახასიათებლების არასწორი ინტერპრეტაცია, სინქრონიზაციის სქემების ხარვეზები, დიზაინის წესების დარღვევა; პროგრამული უზრუნველყოფის შემუშავებისას - ტექნიკური მახასიათებლების ზოგიერთი ფუნქციის გამოტოვება, უზუსტობები ალგორითმებში, უზუსტობები კოდირებაში; პროტოტიპის წარმოების დროს - კომპონენტების და პერიფერიული მოწყობილობების გაუმართაობა, ინსტალაციისა და აწყობის გაუმართაობა.

შეცდომის თითოეულ ჩამოთვლილ წყაროს შეიძლება მოჰყვეს დიდი რაოდენობით ფიზიკური ან სუბიექტური გაუმართაობა, რომლებიც შემდგომ უნდა გამოვლინდეს და აღმოიფხვრას. ხარვეზის გამოვლენა და ლოკალიზაცია რთულია რამდენიმე მიზეზის გამო: პირველ რიგში, შეიძლება იყოს რამდენიმე ხარვეზი; მეორეც, სხვადასხვა პრობლემის სიმპტომების ერთფეროვნება. ვინაიდან არ არსებობს სუბიექტური ხარვეზების მოდელები, ეს ამოცანა არ არის ფორმალიზებული. გამოსავალი შესაძლებელია საექსპერტო სისტემების გამოყენებით - არსებული პრობლემების მონაცემთა ბაზა და მათი გადაწყვეტილებები პრაქტიკულ გამოცდილებაზე დაყრდნობით.

სუბიექტური გაუმართაობა განსხვავდება ფიზიკურისგან იმით, რომ გამოვლენის, ლოკალიზაციისა და გამოსწორების შემდეგ ისინი აღარ ხდება. მაგრამ სუბიექტური ხარვეზები შეიძლება დაინერგოს სისტემის სპეციფიკაციის შემუშავებისას, რაც იმას ნიშნავს, რომ სისტემის ყველაზე საფუძვლიანი ტესტირების შემდეგაც კი, სისტემაში შეიძლება იყოს სუბიექტური ხარვეზები.

დიზაინის პროცესი არის განმეორებითი პროცესი, რაც ნიშნავს, რომ თუ შეცდომები მთლიანად არ აღმოიფხვრება ერთ ეტაპზე, ისინი შეიძლება გამოჩნდეს შემდეგში. ამისათვის აუცილებელია ხარვეზების გამოვლენა, რაც შეიძლება ადრე, აუცილებელია პროექტის სისწორის კონტროლი განვითარების თითოეულ ეტაპზე. მაგალითად, პროექტის მიღების ბოლო ეტაპზე აღმოჩენილმა გაუმართაობამ შეიძლება გამოიწვიოს სპეციფიკაციების კორექტირება და, შესაბამისად, მთელი სისტემის დიზაინის დაწყება. ტექნიკურ მახასიათებლებში ცვლილებები იწვევს იგივე შედეგებს (სისტემის შესახებ ინფორმაციის ნაკლებობისა და ნაკლებობის გამო).

დიზაინის სისწორის მონიტორინგის ძირითადი მეთოდებია: გადამოწმება, მოდელირება და ტესტირება.

გადამოწმება საშუალებას გაძლევთ აღმოაჩინოთ არა მხოლოდ მიმდინარე შეცდომები, არამედ პოტენციური შეცდომები, რომლებიც შეიძლება გამოჩნდეს მომავალ პროექტებში ბლოკების გამოყენებით. მაგრამ ის მოითხოვს ცალკე ტექნიკურ სპეციფიკაციას და შესაბამის უნარებს და შესაფერისია დიდი პროექტებისთვის. მცირე პროექტებზე უფრო ხშირად გამოიყენება ობიექტების ქცევის მოდელირება და ტესტირება, რადგან ეს ვარიანტი ეფექტურია და არ საჭიროებს დიდ რესურსებს.

სისწორის კონტროლი მიიღწევა დიზაინის თითოეულ ეტაპზე, სისტემის აბსტრაქციის სხვადასხვა დონეზე მოდელირების განხორციელების აუცილებლობით და ტესტირების გზით მოდელის განხორციელებული ნაწილის სისწორის გადამოწმებით. ფუნქციური სპეციფიკაციის სიმულაცია და ტესტირება შესაძლებელია ექსპერიმენტულად მოსალოდნელი შედეგის დასადგენად. ანალიზი ასევე შეიძლება ჩატარდეს ექსპერტთა ჯგუფის მიერ. ფუნქციური სპეციფიკაციის დამტკიცების შემდეგ, იწყება სისტემის ფუნქციონალური ტესტების შემუშავება, რომელიც შექმნილია სისტემის სწორი ფუნქციონირების დასადგენად მისი ფუნქციური სპეციფიკაციის შესაბამისად. ყველაზე ეფექტურია ტესტების შემუშავება მთლიანად ამ სპეციფიკაციაზე დაფუძნებული, რადგან ეს შესაძლებელს ხდის შეამოწმოს სისტემის ნებისმიერი იმპლემენტაცია, რომელსაც შეუძლია შეასრულოს სპეციფიკაციაში მითითებული ფუნქციები. ეს მეთოდი სხვათა მსგავსია, სადაც ტესტები აგებულია კონკრეტულ განხორციელებებთან დაკავშირებით, მაგრამ უფრო ზუსტად ადარებს მოლოდინებს და განვითარების შედეგებს.

შეცდომის გამოვლენის შემდეგ, მისი წყარო უნდა იყოს ლოკალიზებული, რათა შესწორება განხორციელდეს სისტემის აბსტრაქტული წარმოდგენის შესაბამის დონეზე და შესაბამის ადგილას. შეცდომის წყაროს არასწორი იდენტიფიკაცია ან სისტემის აბსტრაქტული წარმოდგენის სხვა დონეზე კორექტირება იწვევს იმ ფაქტს, რომ სისტემის შესახებ ინფორმაცია ზედა დონეზე ხდება მცდარი და არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას შემდგომი გამართვისთვის სისტემის წარმოებისა და ექსპლუატაციის დროს. .

სატესტო პროგრამების შემუშავების ერთფეროვანი მუშაობის ავტომატიზაცია ამცირებს დიზაინისა და გამართვის პერიოდს ტესტების ადრე მიღებით (რადგან მათი გენერირება შესაძლებელია სისტემის მოთხოვნების ჩამოყალიბებისთანავე) და დიზაინერს საშუალებას აძლევს შეცვალოს სპეციფიკაციები ყველა ტესტის პროგრამის გადაწერის გარეშე. პრაქტიკაში, ტესტის შემუშავება უფრო დაბალი პრიორიტეტია, ვიდრე პროექტი, ამიტომ სატესტო პროგრამები ჩნდება ბევრად უფრო გვიან, ვიდრე მისი დასრულება.

ამრიგად, მიკროპროცესორის დიზაინის ნიუანსების გათვალისწინებით, თქვენ შეგიძლიათ მარტივად გადალახოთ ხარვეზები განვითარების დროს. პროგრამირებადი ლოგიკური ინტეგრირებული სქემების (FPGA) გამოყენება აადვილებს გამოუქვეყნებელი ჯგუფის გამართვას და საშუალებას გაძლევთ შეამოწმოთ დიზაინი და გამოასწოროთ ხარვეზები. ხოლო კომპიუტერის დახმარებით წარმოების (CAD) სისტემები ამარტივებს განვითარებას, რაც საშუალებას აძლევს რესურსების უფრო ეფექტურად გადანაწილებას.

ცნობები:

1. SibGUTI [ელექტრონული რესურსი] / მიკროპროცესორის დიზაინი FPGA-ზე – წვდომის რეჟიმი: http://ict.sibsutis.ru/sites/csc.sibsutis.ru/files/courses/mps/mp.pdf – უფასო. - ქუდი. ეკრანიდან. - ენა რუსი. (შესვლის თარიღი: 2017 წლის 22 დეკემბერი).
2. Zotov V. Embedded Development Kit - ჩაშენებული მიკროპროცესორული სისტემების დიზაინის სისტემა Xilinx-ის FPGA სერიის FPGA-ზე დაფუძნებული. 2004. No3.

კომპიუტერული ტექნიკის ელემენტარულ ბაზაში ხარისხობრივმა და რაოდენობრივმა ცვლილებებმა გამოიწვია მათი დიზაინის დადგენილ პრინციპებში ცვლილება (როგორიცაა ხისტი სტრუქტურა, თანმიმდევრული ცენტრალური კონტროლი, მეხსიერების ხაზოვანი ორგანიზაცია და კომპიუტერული სტრუქტურის მახასიათებლებთან ადაპტაციის შეუძლებლობა. პრობლემა მოგვარებულია).

კომპიუტერული სისტემების ორგანიზების კლასიკური ფონ ნეუმანის პრინციპები შეიცვალა MPS-ის პრობლემაზე ორიენტაციის, ინფორმაციის პარალელური და მილსადენის დამუშავების, მონაცემთა დამუშავების ცხრილური მეთოდების გამოყენებით, MPS სტრუქტურების კანონზომიერებისა და ჰომოგენურობის პრინციპებით; ადაპტაციურად ხელახალი კონფიგურირებადი სისტემების შექმნის იდეა, ისევე როგორც პროგრამული უზრუნველყოფის ფუნქციების ტექნიკის განხორციელება, რეალური შესაძლებლობა ხდება. ამიტომ, ამჟამად, MPS-ზე დაფუძნებული კომპიუტერული სისტემების დაპროექტებისას გამოიყენება ეგრეთ წოდებული „3M“ პრინციპი: მოდულურობა, ქსელური, მიკროპროგრამირებადობა.

მოდულური ორგანიზაციის პრინციპი გულისხმობს გამოთვლითი და საკონტროლო MPS-ის აგებას მოდულების ერთობლიობის საფუძველზე: სტრუქტურულად, ფუნქციურად და ელექტრონულად სრული გამოთვლითი მოწყობილობები, რომლებიც საშუალებას იძლევა გადაჭრას მოცემული კლასის პრობლემები დამოუკიდებლად ან სხვა მოდულებთან ერთად. მიკროკომპიუტერებისა და სისტემების დიზაინის მოდულური მიდგომა შესაძლებელს ხდის (როგორც უნივერსალური, ისე სპეციალიზებული მოდულების დანერგვისას) უზრუნველყოს MPS-ის ოჯახების (სერიის) შექმნა, რომელიც გამოირჩევა ფუნქციონალობითა და მახასიათებლებით, რომლებიც მოიცავს აპლიკაციების მნიშვნელოვან სპექტრს, ხელს უწყობს დიზაინის შემცირებას. ხარჯები და ასევე ამარტივებს სიმძლავრის ზრდას და სისტემების რეკონფიგურაციას, აჭიანურებს გამოთვლითი რესურსების მოძველებას.

ინფორმაციის გაცვლის ხერხემალი მეთოდი, განსხვავებით თვითნებური კავშირების ორგანიზების მეთოდისგან („ყველა ყველასთან“ პრინციპის მიხედვით), შესაძლებელს ხდის MPS-ში კავშირების რაოდენობის გამარტივებას და მინიმუმამდე დაყვანას. ის უზრუნველყოფს ინფორმაციის გაცვლას სხვადასხვა დონის ფუნქციურ და სტრუქტურულ მოდულებს შორის მაგისტრალების გამოყენებით, რომლებიც აერთიანებს შემავალ და გამომავალ ავტობუსებს. არსებობს ერთი, ორმაგი, სამმაგი და მრავალხაზოვანი კავშირები. აუცილებელია აღინიშნოს მიკროსქემისა და სტრუქტურული გადაწყვეტილებების ურთიერთდაკავშირება, რომლებიც ვლინდება ამ გაცვლის მეთოდის განხორციელებისას სპეციალური ორმხრივი ბუფერული კასკადების შექმნის სახით სამი სტაბილური მდგომარეობით და გაცვლითი არხების დროის მულტიპლექსირების გამოყენებით.

მიკროპროგრამის კონტროლი უზრუნველყოფს უდიდეს მოქნილობას მრავალფუნქციური მოდულების ორგანიზებაში და იძლევა MPS-ის პრობლემაზე ორიენტირების საშუალებას, ასევე მათში მაკრო ოპერაციების გამოყენებას, რაც უფრო ეფექტურია, ვიდრე სტანდარტული ქვეპროგრამების გამოყენება. გარდა ამისა, კონტროლირებადი სიტყვების გადაცემა დაშიფრული კოდის თანმიმდევრობის სახით აკმაყოფილებს VLSI ქინძისთავების რაოდენობის მინიმიზაციისა და მოდულების ურთიერთკავშირების რაოდენობის შემცირების პირობებს.

ზემოთ ჩამოთვლილი MPS დიზაინის ძირითადი მახასიათებლების გარდა, უნდა აღინიშნოს კანონზომიერების პრინციპი, რომელიც ითვალისწინებს MPS სტრუქტურის ელემენტების ბუნებრივ განმეორებადობას და მათ შორის კავშირებს. ამ პრინციპის გამოყენება შესაძლებელს ხდის ინტეგრალური სიმკვრივის გაზრდას, ჩიპზე კავშირების სიგრძის შემცირებას, LSI და VLSI-ის ტოპოლოგიური და მიკროსქემის დიზაინის დროის შემცირებას და ფუნქციონალური და სტრუქტურული ელემენტების კვეთათა და ტიპების რაოდენობის შემცირებას.

MPS არქიტექტურის შემუშავებისას (სისტემის ეტაპი) აუცილებელია შემდეგი ამოცანების გადაჭრა:

სისტემის ფუნქციონალური ქცევის კონცეპტუალური სტრუქტურის აღწერას მისი აგებისას მომხმარებლის ინტერესების გათვალისწინების და მასში გამოთვლითი პროცესის ორგანიზების თვალსაზრისით;

განსაზღვრეთ პროგრამული უზრუნველყოფისა და პროგრამული უზრუნველყოფის ხელსაწყოების აგების სტრუქტურა, ნომენკლატურა და მახასიათებლები;

აღწერეთ მონაცემთა ნაკადების შიდა ორგანიზაციის მახასიათებლები და საკონტროლო ინფორმაცია;

სისტემური მოწყობილობების ფიზიკური განხორციელების ფუნქციური სტრუქტურისა და მახასიათებლების ანალიზის ჩატარება პროგრამული უზრუნველყოფის, პროგრამული უზრუნველყოფის და აპარატურის დაბალანსების პოზიციიდან.

MPS-ის დიზაინის ძირითადი ეტაპები ნაჩვენებია ნახ. 3.1.

დიზაინის საწყის ეტაპზე MPS შეიძლება აღწერილი იყოს ერთ-ერთ შემდეგ კონცეპტუალურ დონეზე: "შავი ყუთი", სტრუქტურული, პროგრამული, ლოგიკური, წრე.

„შავი ყუთის“ დონეზე, MPS აღწერილია გარე სპეციფიკაციებით, სადაც ჩამოთვლილია გარე მახასიათებლები.

ბრინჯი. 3.1. MPS-ის დიზაინის ეტაპები

სტრუქტურული დონე იქმნება MPS-ის აპარატურის კომპონენტებით, რაც აღწერილია ცალკეული მოწყობილობების ფუნქციებით, მათი ურთიერთკავშირებითა და ინფორმაციის ნაკადებით.

პროგრამის დონე იყოფა ორ ქვედონედ (პროცესორის ბრძანებები და ენა) და MPS ინტერპრეტირებულია, როგორც ოპერატორების ან ბრძანებების თანმიმდევრობა, რომელიც იწვევს ამა თუ იმ მოქმედებას მონაცემთა გარკვეულ სტრუქტურაზე.

ლოგიკური დონე თანდაყოლილია ექსკლუზიურად დისკრეტულ სისტემებში და იყოფა ორ ქვედონედ: გადართვის სქემები და რეგისტრების გადარიცხვები. პირველ ქვედონეზე იქმნება კარიბჭეები (კომბინირებული სქემები და მეხსიერების ელემენტები) და მათ საფუძველზე აგებული მონაცემთა დამუშავების ოპერატორები. მეორე ქვედონე ხასიათდება აბსტრაქციის უფრო მაღალი ხარისხით და წარმოადგენს რეგისტრების აღწერას და მათ შორის მონაცემთა გადაცემას. იგი მოიცავს ორ ნაწილს: ინფორმაციას და კონტროლს: პირველი იქმნება რეგისტრების, ოპერატორების და მონაცემთა გადაცემის გზების მიერ, მეორე უზრუნველყოფს დროზე დამოკიდებულ სიგნალებს, რომლებიც იწყებენ მონაცემთა გადაცემას რეგისტრებს შორის.

მიკროსქემის დონე ეფუძნება დისკრეტული მოწყობილობის ელემენტების მუშაობის აღწერას.

MPS-ის სასიცოცხლო ციკლში, ისევე როგორც ნებისმიერი დისკრეტული სისტემის მსგავსად, არსებობს სამი ეტაპი: დიზაინი, წარმოება და ექსპლუატაცია. თითოეული ეტაპი იყოფა რამდენიმე ფაზად, რომლისთვისაც არსებობს სტრუქტურული ან ფიზიკური მარცხის ალბათობა. წარუმატებლობა კლასიფიცირდება მათი მიზეზების მიხედვით: ფიზიკური, თუ მიზეზი არის ელემენტების დეფექტები და სუბიექტური, თუ მიზეზი არის დიზაინის შეცდომები.

სუბიექტური ხარვეზები იყოფა დიზაინად და ინტერაქტიულად. დიზაინის წარუმატებლობა გამოწვეულია სისტემაში შეტანილი ხარვეზებით თავდაპირველი ამოცანის განხორციელების სხვადასხვა ეტაპზე. ინტერაქტიული ხარვეზები წარმოიქმნება ექსპლუატაციის დროს ტექნიკური პერსონალის (ოპერატორის) ბრალის გამო. გაუმართაობის შედეგი არის შეცდომა და ერთმა გაუმართაობამ შეიძლება გამოიწვიოს მრავალი შეცდომა და იგივე შეცდომა შეიძლება გამოწვეული იყოს მრავალი გაუმართაობით.

ასევე არსებობს დეფექტის კონცეფცია - სისტემის კომპონენტების პარამეტრების ფიზიკური ცვლილება, რომელიც სცილდება მისაღებ საზღვრებს. დეფექტებს უწოდებენ წარუმატებლობას, თუ ისინი დროებითია და წარუმატებლობას, თუ ისინი მუდმივია. დეფექტის გამოვლენა შეუძლებელია მანამ, სანამ არ შეიქმნება პირობები, რათა გამოიწვიოს გაუმართაობა, რისი შედეგიც, თავის მხრივ, უნდა გადაეცეს შესასწავლი ობიექტის გამოსავალს, რათა ხარვეზი დაკვირვებადი გახდეს.

ხარვეზის დიაგნოზი არის შეცდომის მიზეზის დადგენის პროცესი ტესტირების შედეგების საფუძველზე. გამართვა არის შეცდომების გამოვლენისა და მათი წარმოშობის წყაროების განსაზღვრის პროცესი MPS-ის დიზაინის ტესტირების შედეგების საფუძველზე. გამართვის ინსტრუმენტები არის მოწყობილობები, კომპლექსები და პროგრამები. ზოგჯერ გამართვა ეხება ხარვეზების აღმოჩენას, ლოკალიზაციას და აღმოფხვრას. წარმატებული გამართვა დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ არის შექმნილი სისტემა, აქვს თუ არა მას ფუნქციები, რომლებიც გამართავს გამართვას და ინსტრუმენტები, რომლებიც გამოიყენება გამართვისთვის. გამართვის განსახორციელებლად, შემუშავებულ MPS-ს უნდა ჰქონდეს კონტროლირებადი, დაკვირვებადობის და პროგნოზირებადობის თვისებები.

კონტროლირებადობა არის სისტემის თვისება, რომელშიც მისი ქცევა კონტროლირებადია, ე.ი. შესაძლებელია სისტემის ფუნქციონირების შეჩერება გარკვეულ მდგომარეობაში და სისტემის გადატვირთვა.

დაკვირვებადობა არის სისტემის თვისება, რომელიც საშუალებას აძლევს თვალყური ადევნოს სისტემის ქცევას და მისი შიდა მდგომარეობის ცვლილებას.

პროგნოზირებადობა არის სისტემის თვისება, რომელიც საშუალებას აძლევს სისტემას ჩამოყალიბდეს ისეთ მდგომარეობაში, საიდანაც ყველა შემდგომი მდგომარეობა შეიძლება იყოს პროგნოზირებადი.

MPS თავისი სირთულით, მოთხოვნებითა და ფუნქციებით შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს ოპერაციული პარამეტრების, პროგრამული უზრუნველყოფის მოცულობის, მიკროპროცესორის ნაკრების ტიპის მიხედვით და ა.შ. ამასთან დაკავშირებით, დიზაინის პროცესი შეიძლება შეიცვალოს სისტემის მოთხოვნების მიხედვით. მაგალითად, MPS-ების დიზაინის პროცესი, რომლებიც ერთმანეთისგან განსხვავდება ROM-ის შინაარსით, შედგება პროგრამების შემუშავებისა და ROM-ების წარმოებისგან. მულტიპროცესორული MPS-ების შემუშავებისას, რომლებიც შეიცავს რამდენიმე ტიპის MPC-ს, აუცილებელია მეხსიერების ორგანიზების, პროცესორებთან ურთიერთქმედების, სისტემის მოწყობილობებსა და გარე გარემოს შორის გაცვლის ორგანიზების საკითხები და ა.შ.

MPS-ის დიზაინისა და განვითარების ყველაზე ტიპიური ეტაპებია: სისტემური მოთხოვნების ფორმალიზაცია; IPS-ის სტრუქტურისა და არქიტექტურის შემუშავება; სისტემის ტექნიკისა და პროგრამული უზრუნველყოფის შემუშავება და წარმოება; ყოვლისმომცველი გამართვისა და მიღების ტესტირება.

დიზაინის პროცესი განმეორებითი პროცესია. მიღების ტესტირების ეტაპზე აღმოჩენილმა გაუმართაობამ შეიძლება გამოიწვიოს სპეციფიკაციის კორექტირება და, შესაბამისად, მთელი სისტემის დიზაინის დაწყება. ხარვეზები უნდა გამოვლინდეს რაც შეიძლება ადრე; ამისათვის აუცილებელია პროექტის სისწორის კონტროლი განვითარების თითოეულ ეტაპზე. დიზაინის სისწორის მონიტორინგისთვის არსებობს შემდეგი მეთოდები: დამოწმება (პროექტის სისწორის დამადასტურებელი ფორმალური მეთოდები); მოდელირება; ტესტირება.

ბოლო დროს ბევრი სამუშაო გამოჩნდა პროგრამული უზრუნველყოფის, პროგრამული უზრუნველყოფის და აპარატურის გადამოწმებაზე. თუმცა, ეს ნამუშევრები ჯერ კიდევ თეორიული ხასიათისაა. ამიტომ, პრაქტიკაში უფრო ხშირად გამოიყენება ობიექტის ქცევის მოდელირება და სისტემის აბსტრაქტული წარმოდგენის სხვადასხვა დონეზე ტესტირება.

სისტემის მოთხოვნების ფორმალიზების ეტაპზე განსაკუთრებით აუცილებელია პროექტის სისწორის მონიტორინგი, რადგან ბევრი დიზაინის მიზანი არ არის ფორმალიზებული ან პრინციპში შეუძლებელია. ფუნქციური სპეციფიკაცია შეიძლება განიხილებოდეს ექსპერტთა ჯგუფის მიერ ან სიმულირებული და ტესტირება, რათა დადგინდეს, მიღწეულია თუ არა სასურველი მიზნები. მას შემდეგ, რაც ფუნქციონალური სპეციფიკაცია დამტკიცდება, იწყება სატესტო პროგრამების შემუშავება იმის დასადგენად, რომ სისტემა სწორად მუშაობს მისი სპეციფიკაციის შესაბამისად. იდეალურ შემთხვევაში, შემუშავებულია ტესტები, რომლებიც მთლიანად ეფუძნება ამ სპეციფიკაციას და ამოწმებს სისტემის ნებისმიერ იმპლემენტაციას, რომელიც, როგორც ამბობენ, შეუძლია შეასრულოს სპეციფიკაციაში მითითებული ფუნქციები. ეს მეთოდი სხვათა საპირისპიროა, სადაც ტესტები აგებულია კონკრეტულ განხორციელებებთან დაკავშირებით. თუმცა, პრაქტიკაში, ტესტის შემუშავებას ხშირად ენიჭება უფრო დაბალი პრიორიტეტი, ვიდრე პროექტი, ამიტომ სატესტო პროგრამები ჩნდება პროექტის დასრულების შემდეგ.

უსაფრთხოების კითხვები

1. განმარტეთ MPS-ის მოდულარობის, ტრანკინგისა და მიკროპროგრამირებადობის ცნებები დიზაინის დროს.

2. ჩამოთვალეთ ამოცანები, რომლებსაც დეველოპერები წყვეტენ MPS-ის დიზაინის დროს.

3. ჩამოთვალეთ MPS-ის დაპროექტების ძირითადი ეტაპები.

4. დაასახელეთ მფს-ის აღწერის კონცეპტუალური დონეები დიზაინისა და შემუშავების დროს.

5. ჩამოთვალეთ MPS-ის დიზაინის სისწორის მონიტორინგის ძირითადი მეთოდები.

6. რა თვისებები უნდა ჰქონდეს შემუშავებულ MPS-ს, რათა დაასრულოს გამართვის ეტაპი?

7. ჩამოთვალეთ გაუმართაობის სახეები MPS-ის დაპროექტებისას.

8. დაასახელეთ სპს-ის ფიზიკური და სუბიექტური გაუმართაობის მიზეზები.

9. განმარტეთ ცნებები: ხარვეზის დიაგნოსტიკა, გამართვა.

ყაზახეთის რესპუბლიკის მეცნიერებისა და განათლების სამინისტრო

მულტიდისციპლინარული კოლეჯი

ჩრდილოეთ ყაზახეთის სახელმწიფო უნივერსიტეტი

აკადემიკოს მ.კოზიბაევის სახელობის

განმარტებითი შენიშვნა

კურსის პროექტისთვის

დისციპლინაში: "ციფრული მოწყობილობები და მიკროპროცესორული სისტემები"

თემაზე: „მიკრპროცესორული სისტემის დიზაინი I 8086 მიკროპროცესორზე დაფუძნებული“

ვარიანტი No16

დაასრულა: სტუდენტი გრ. RES-k-09

საფრონოვი ს.ვ.

შეამოწმა: მასწავლებელი

მიხაილოვა ა.ნ.

პეტროპავლოვსკი 2010 წ

1. შესავალი

2. რკინიგზის სამინისტროს ზოგადი სტრუქტურა

3. 16 ბიტიანი i8086 მიკროპროცესორი

3.1 ბრძანების სისტემა

4.შიდა სტრუქტურა

5. მეხსიერების მოწყობილობები

6. ოპერატიული მეხსიერება. მშენებლობის პრინციპები

7. მხოლოდ წაკითხული მეხსიერება (ROM)

8. ციფრული ანალოგური გადამყვანები (DAC)

9.შემავალი/გამომავალი მოდულის ფუნქციონალური სქემის შემუშავება

10 დასკვნა

ცნობები

დანართი A

1. შესავალი

დისციპლინის "ციფრული მოწყობილობები და მიკროპროცესორები" მიზანია შეისწავლოს სხვადასხვა ფუნქციური სირთულის ციფრული მოწყობილობების აგების პრინციპები - ლოგიკური ელემენტებიდან მიკროპროცესორებამდე და მიკროკომპიუტერებამდე.

კომპაქტური მიკროელექტრონული "მეხსიერება" ფართოდ გამოიყენება თანამედროვე ელექტრონულ აღჭურვილობაში სხვადასხვა მიზნებისათვის. კომპიუტერში მეხსიერება განისაზღვრება, როგორც ფუნქციური ნაწილი, რომელიც შექმნილია ბრძანებების და დამუშავებული მონაცემების ჩასაწერად, შესანახად და გასაცემად. ტექნიკური საშუალებების ერთობლიობას, რომელიც ახორციელებს მეხსიერების ფუნქციას, ეწოდება შენახვის მოწყობილობა (შენახვის მოწყობილობა). პროცესორის (მიკროპროცესორის) მუშაობის უზრუნველსაყოფად საჭიროა პროგრამა, ანუ ბრძანებების თანმიმდევრობა და მონაცემები, რომლებზეც პროცესორი ასრულებს ბრძანებებით დადგენილ ოპერაციებს. ბრძანებები და მონაცემები შედის კომპიუტერის მთავარ მეხსიერებაში შეყვანის მოწყობილობის მეშვეობით, რომლის გამოსავალზე ისინი იღებენ წარმოდგენის ციფრულ ფორმას, ანუ კოდის O და 1 კომბინაციების ფორმას. ძირითადი მეხსიერება, როგორც წესი, შედგება ორისაგან. მეხსიერების ტიპები: ოპერატიული (RAM) და მუდმივი (ROM).

ოპერატიული მეხსიერება შექმნილია ცვლადი ინფორმაციის შესანახად, ის საშუალებას აძლევს შეიცვალოს მისი შინაარსი, რადგან პროცესორი ასრულებს გამოთვლით ოპერაციებს მონაცემებით. ეს ნიშნავს, რომ პროცესორს შეუძლია აირჩიოს (წაკითხვის რეჟიმი) ინსტრუქციის კოდი და მონაცემები RAM-დან და დამუშავების შემდეგ მიღებული შედეგი განათავსოს RAM-ში (ჩაწერის რეჟიმში).

ეს კურსი ეძღვნება მეხსიერების ბლოკის შესწავლას. კერძოდ, ამოცანაა მეხსიერების სივრცის შექმნა მოცემული ზომისა და კონფიგურაციის.

2. რკინიგზის სამინისტროს ზოგადი სტრუქტურა

მიკროპროცესორი (MP) - ნებისმიერი მიკროპროცესორული სისტემის (MPS) ცენტრალური ნაწილი - მოიცავს არითმეტიკულ-ლოგიკურ ერთეულს (ALU) და ცენტრალურ საკონტროლო ერთეულს (CCU), რომელიც ახორციელებს ბრძანების ციკლს. MP-ს შეუძლია ფუნქციონირდეს მხოლოდ როგორც MPS-ის ნაწილი, რომელიც მოიცავს MPS-ის გარდა, მეხსიერებას, შემავალ/გამომავალ მოწყობილობებს, დამხმარე სქემებს (საათის გენერატორი, შეფერხების კონტროლერები და პირდაპირი მეხსიერების წვდომა (DAM), ავტობუსის დრაივერები, ჩამკეტი რეგისტრები და ა.შ. .

ნებისმიერ MPS-ში შეიძლება განვასხვავოთ შემდეგი ძირითადი ნაწილები (ქვესისტემები):

პროცესორის მოდული;

• გარე მოწყობილობები (გარე საცავი + შემავალი/გამომავალი მოწყობილობები);

  შეწყვეტის ქვესისტემა;

  პირდაპირი მეხსიერების წვდომის ქვესისტემა.

სურათი 1 – MPS-ის სტრუქტურა „საერთო ავტობუსი“ ინტერფეისით

პროცესორსა და სხვა MPS მოწყობილობებს შორის კომუნიკაცია შეიძლება განხორციელდეს რადიალური კავშირის პრინციპების, საერთო ავტობუსის ან კომბინირებული მეთოდის გამოყენებით. ერთპროცესორიან MPS-ებში, განსაკუთრებით 8- და 16-ბიტიანებში, ყველაზე გავრცელებული გახდა "საერთო ავტობუსი" კომუნიკაციის პრინციპი, რომლის დროსაც ყველა მოწყობილობა ერთნაირად არის დაკავშირებული ინტერფეისთან (სურათი 1).

ყველა ინტერფეისის სიგნალი იყოფა სამ ძირითად ჯგუფად - მონაცემები, მისამართი და კონტროლი. მრავალი ტიპის "საერთო ავტობუსი" ინტერფეისი უზრუნველყოფს გადაცემას ცალკეული ან მულტიპლექსირებული ხაზებით (ავტობუსები). მაგალითად, Microbus ინტერფეისი, რომელზეც მუშაობს 8-ბიტიანი i8080-ზე დაფუძნებული MPU-ები, გადასცემს მისამართებს და მონაცემებს ცალკეულ ავტობუსებზე, მაგრამ ზოგიერთი საკონტროლო სიგნალი გადაიცემა მონაცემთა ავტობუსზე. Q-bus ინტერფეისს, რომელიც გამოიყენება DEC-ის მიკროკომპიუტერებში (შიდა ანალოგი - K1801 სერიის მიკროპროცესორები) აქვს მულტიპლექსირებული მისამართების/მონაცემების ავტობუსი, რომლის მეშვეობითაც ეს ინფორმაცია გადაიცემა დროის გაყოფით. ბუნებრივია, თუ არსებობს მულტიპლექსირებული ავტობუსი, აუცილებელია სპეციალური სიგნალის ჩართვა საკონტროლო ხაზებში, რომელიც განსაზღვრავს ავტობუსზე ინფორმაციის ტიპს. ინფორმაციის გაცვლა ხდება ორ მოწყობილობას შორის ინტერფეისის საშუალებით, რომელთაგან ერთი აქტიურია და მეორე პასიური. აქტიური მოწყობილობა წარმოქმნის მოწყობილობის პასიურ მისამართებს და საკონტროლო სიგნალებს. აქტიური მოწყობილობა, როგორც წესი, არის პროცესორი, ხოლო პასიური მოწყობილობა ყოველთვის არის მეხსიერება და ზოგიერთი კომპიუტერი.

თუმცა, ზოგჯერ მაღალსიჩქარიან მასპინძელ მოწყობილობებს შეუძლიათ იმოქმედონ როგორც ძირითადი (აქტიური მოწყობილობა) ინტერფეისზე, აკონტროლებენ მეხსიერებით გაცვლას. "საერთო ავტობუსი" კონცეფცია ვარაუდობს, რომ ყველა MPS მოწყობილობაზე წვდომა ხდება ერთი მისამართების სივრცეში, თუმცა, მისამართების ობიექტების რაოდენობის გასაფართოებლად, ზოგიერთ სისტემაში მეხსიერების და მეხსიერების მისამართის სივრცეები, ზოგჯერ კი პროგრამული მეხსიერება და მონაცემთა მეხსიერება, ხელოვნურად არის გამოყოფილი.

3.16 ბიტიანი i8086 მიკროპროცესორი

Intel-მა გამოუშვა პირველი 16-ბიტიანი პროცესორი i8086 1978 წელს. სიხშირე - 5 MHz, შესრულება - 0.33 MIPS ინსტრუქციებისთვის 16-ბიტიანი ოპერანდებით (მოგვიანებით გამოჩნდა 8 და 10 MHz პროცესორები). 3 მიკრონი ტექნოლოგია, 29000 ტრანზისტორი. მისამართიანი მეხსიერება 1 მბ. ერთი წლის შემდეგ გამოჩნდა i8088 - იგივე პროცესორი, მაგრამ 8-ბიტიანი მონაცემთა ავტობუსით. IBM PC-ის ისტორია მასთან ერთად დაიწყო, რომელიც განუყოფლად იყო დაკავშირებული Intel-ის პროცესორების შემდგომ განვითარებასთან. IBM PC არქიტექტურის მასობრივმა გავრცელებამ და გახსნილობამ განაპირობა დიდი, საშუალო და მცირე პროგრამული უზრუნველყოფის გაჩენის ზვავის მსგავსი ტემპი. ფირმები, ასევე ინდივიდუალური ენთუზიასტები. ტექნიკური პროგრესი მაშინ და ახლა წარმოუდგენელი იქნებოდა პროცესორების განვითარების გარეშე, მაგრამ, კომპიუტერებისთვის უკვე არსებული პროგრამული უზრუნველყოფის უზარმაზარი მოცულობის გათვალისწინებით, ჩამორჩენილი პროგრამული უზრუნველყოფის თავსებადობის პრინციპი მაშინაც წარმოიშვა - ძველი პროგრამები უნდა მუშაობდეს ახალ პროცესორებზე. ამრიგად, შემდგომი პროცესორების არქიტექტურაში ყველა სიახლე უნდა დაერთოს არსებულ ბირთვს.

16-ბიტიანი MP i8086 იყო i8080-ის მიერ დაწყებული ერთჩიპიანი დეპუტატების ხაზის შემდგომი განვითარება. ბიტის სიმძლავრის გაზრდასთან ერთად, i8086 ახორციელებს უამრავ ახალ არქიტექტურულ გადაწყვეტილებას:

გაფართოვდა ბრძანების სისტემა (ოპერაციების კომპლექტით და მისამართის მეთოდებით);

MP არქიტექტურა ორიენტირებულია მრავალპროცესორულ მუშაობაზე. შეიქმნა დამხმარე LSI-ების ჯგუფი (კონტროლერები და სპეციალიზებული პროცესორები) სხვადასხვა კონფიგურაციის მულტიმიკროპროცესორული სისტემების ორგანიზებისთვის;

მოძრაობა დაიწყო სხვადასხვა ოპერაციების დროულად შესრულების გაერთიანებისაკენ. MP მოიცავს ორ პარალელურად მოქმედ მოწყობილობას

მონაცემთა დამუშავება და კომუნიკაცია მაგისტრალთან, რაც შესაძლებელს ხდის დროულად გაერთიანდეს ინფორმაციის დამუშავებისა და მაგისტრალის გასწვრივ გადაცემის პროცესები;

დაინერგა ახალი (i8080-თან შედარებით) მეხსიერების ორგანიზაცია, რომელიც მოგვიანებით გამოიყენეს INTEL-ის ოჯახის ყველა ძველ მოდელში - მეხსიერების სეგმენტაცია. მოდელის უწყვეტობის შესანარჩუნებლად i8080-თან, i8086 უზრუნველყოფს მუშაობის ორ რეჟიმს - „მინიმუმ“ და „მაქსიმუმს“, ხოლო მინიმალურ რეჟიმში i8086 უბრალოდ მუშაობს როგორც საკმაოდ სწრაფი 16-ბიტიანი i8080 გაფართოებული ბრძანების სისტემით ( i8086-min-ზე დაფუძნებული MPS-ის არქიტექტურა წააგავს i8080 ბაზაზე არსებულ არქიტექტურას).

მაქსიმალური რეჟიმი მიზნად ისახავს i8086-ის მუშაობას, როგორც მულტიმიკროპროცესორული სისტემების ნაწილად, რომელშიც, რამდენიმე i8086 ცენტრალური პროცესორის გარდა, სპეციალიზებული i8089 შემავალი/გამომავალი პროცესორები და i8087 მცურავი არითმეტიკული კოპროცესორები ფუნქციონირებს. მოდით განვსაზღვროთ ზემოთ მოყვანილი ცნებები უფრო ნათლად:

ცენტრალური პროცესორი - ინარჩუნებს საკუთარ ბრძანების ციკლს, ახორციელებს სისტემის მეხსიერებაში შენახულ პროგრამას სისტემის გადატვირთვისას, კონტროლი ჩვეულებრივ გადადის ცენტრალურ პროცესორზე (ან ერთ-ერთ CPU-ზე, თუ სისტემაში არის რამდენიმე მათგანი). სპეციალიზებული პროცესორი - ინარჩუნებს საკუთარ ინსტრუქციის ციკლს, ახორციელებს პროგრამას, რომელიც ინახება სისტემის მეხსიერებაში, მაგრამ ინიციალიზდება მხოლოდ CPU-ს ბრძანებით და პროგრამის დასრულების შემდეგ აცნობებს პროცესორს, რომ დაასრულა მუშაობა. კოპროცესორს არ აქვს საკუთარი ინსტრუქციის ციკლი, ის ასრულებს ბრძანებებს, რომლებიც შერჩეულია CPU-ს მიერ ზოგადი ბრძანების ნაკადიდან. არსებითად, კოპროცესორი არის CPU-ს გაფართოება.

3.1 ბრძანების სისტემა

8086 მიკროპროცესორის ინსტრუქციის სისტემაში იყო 98 ინსტრუქცია: მონაცემთა გადაცემის 19 ბრძანება, მონაცემთა დამუშავების 38 ბრძანება, 24 სხვადასხვა პირობითი და უპირობო განშტოების ბრძანება და 17 CPU კონტროლის ბრძანება.

თითოეული ინსტრუქცია შედგებოდა ოპერაციის კოდისგან (ე.წ. opcode) და ოპერანდებისგან. როგორც წესი, ოპკოდი გამოიყოფა ბრძანების პირველ ბაიტზე და მეორე ბაიტის სამ შუა ბიტზე, ან (ერთი ბაიტიანი ბრძანების შემთხვევაში) ბრძანების პირველი ბაიტის მაღალ ნაწილზე. საერთო ჯამში, i8086-ში არის თითქმის 4000 სხვადასხვა ბრძანების ვარიანტი.

მათი მიზნის მიხედვით, I8086 მიკროპროცესორის ბრძანებები იყოფა 6 ჯგუფად:

1 მონაცემთა გადაცემის ბრძანებები: MOV, XCHG, PUSH, POP, PUSHF, POPF, LEA, LDS, LES, LAHF, SAHF, XLAT, IN.

2 არითმეტიკული ბრძანება: ADD, ADC, INC, AAA, DAA, SUB, SBB, DEC, NEG, CMP, AAS, DAS, MUL, IMUL, DIV, IDIV, AAM, AAD.

3 ლოგიკური ბრძანება: NOT,SHL/SAL,SHR,SAR,ROL,ROR,RCL,RCR,

და, ტესტი, ან, XOR.

ჯაჭვის მანიპულირების 4 ბრძანება: CMPS, LODS, MOVS, REP, SCAS, STOS.

გადაცემის 5 ბრძანება: JMP, CALL, RET, LOOP/LOOPE, LOOPZ, LOOPNE/LOOPNZ, JCXZ, JE/JZ, JNE/JNZ, JL/JNGE, JLE/JNG, JB/JNAE, JBE/JNA, JP/JPE , JNP/JPO, JO, JNO, JS, JNS, JG/JNLE, JGE/JNL, JA/JNBE, JAE/JNB.

პროცესორის მართვის 6 ბრძანება: CLC, CMC, STC, CDL, STD, CLI, HLT WAIT, ESC, LOCK

4.შიდა სტრუქტურა

i8086 MP-ის ბლოკ-სქემა ნაჩვენებია ნახ. MP მოიცავს სამ ძირითად მოწყობილობას:

UOD - მონაცემთა დამუშავების მოწყობილობა;

USM - საკომუნიკაციო მოწყობილობა გზატკეცილთან;

UUS - კონტროლისა და სინქრონიზაციის მოწყობილობა.

UOD შექმნილია ინსტრუქციების შესასრულებლად და მოიცავს 16-ბიტიან ALU-ს, სისტემის რეგისტრებს და სხვა დამხმარე სქემებს; რეგისტრაციის ბლოკი (RON, ძირითადი და ინდექსი) და მიკროპროგრამის მართვის ბლოკი.

USM უზრუნველყოფს 20-ბიტიანი ფიზიკური მეხსიერების მისამართის და 16-ბიტიანი ჰოსტის მისამართის ფორმირებას, მეხსიერებიდან ბრძანებების შერჩევას, მონაცემთა გაცვლას მეხსიერებასთან, ჰოსტთან და სხვა პროცესორებთან ავტობუსის მეშვეობით. USM მოიცავს მისამართების დამამატებელს, ბრძანების რიგის რეგისტრების ბლოკს და სეგმენტის რეგისტრების ბლოკს.

UUS უზრუნველყოფს MP მოწყობილობების მუშაობის სინქრონიზაციას, საკონტროლო სიგნალების და სტატუსის სიგნალების წარმოქმნას სხვა მოწყობილობებთან გაცვლისთვის, ანალიზს და შესაბამის რეაგირებას სხვა MPS მოწყობილობების სიგნალებზე.

დეპუტატს შეუძლია იმუშაოს ორიდან ერთ რეჟიმში - "მინიმუმი" (წთ) და "მაქსიმუმი" (მაქს). მინიმალური რეჟიმი შექმნილია ერთი პროცესორის MPS-ის კონფიგურაციის განსახორციელებლად ორგანიზაციასთან, რომელიც მსგავსს i8080-ზე დაფუძნებულ MPS-ს, მაგრამ გაზრდილი მისამართის სივრცით, უფრო მაღალი სიჩქარით და მნიშვნელოვნად გაფართოებული ინსტრუქციის სისტემით. მაქსიმალური კონფიგურაცია ითვალისწინებს რამდენიმე დეპუტატის და სპეციალური ავტობუსის არბიტრის განყოფილების არსებობას სისტემაში (გამოიყენება Multibus ინტერფეისი).

MP i8086-ის გარე ქინძისთავები ფართოდ იყენებენ სიგნალის მულტიპლექსირების პრინციპს - სხვადასხვა სიგნალების გადაცემას საერთო ხაზებზე დროის გაყოფით. გარდა ამისა, ერთიდაიგივე ქინძისთავები შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა სიგნალის გადასაცემად, რეჟიმიდან გამომდინარე (მინ - მაქს). ტექნიკის დიზაინი... განხორციელებული კურსის პროექტი მიკროპროცესორი სისტემა onმიკროკონტროლერის ბაზა - ... მოწყობილობის მუშაობა ჩართულია საფუძველიმოწყობილობის ფუნქციები...

დიზაინი მიკროპროცესორიმონაცემთა დამუშავების მოწყობილობები

სხვა >> კომპიუტერული მეცნიერება, პროგრამირება

კურსი დიზაინიარის სისტემამონაცემთა შეგროვება და დამუშავება, განხორციელებული on საფუძველითანამედროვე ელემენტის ბაზა - მიკროპროცესორი ... on საფუძველისხვა დეპუტატი მსგავსია, თუმცა მას აქვს გარკვეული მახასიათებლები, რომლებიც დაკავშირებულია არქიტექტურის განსხვავებებთან მიკროპროცესორები ...

მიკროპროცესორი სისტემები

პრაქტიკის ანგარიში >> ინფორმატიკა

საგანმანათლებლო პრაქტიკის მიხედვით" მიკროპროცესორი სისტემები"ვარიანტი No1 შესრულებულია... კომპიუტერი ავტომატიზირებული დიზაინი, სამეცნიერო კვლევა, ... ვინ უნდა იცოდეს საფუძვლებიორგანიზაცია და ფუნქციონირება უნივერსალური... კურსორი მარჯვნივ onერთი პოზიცია. ჩართულიასიმბოლო...

პერიფერიული აპარატურა და პროგრამული უზრუნველყოფა სისტემებისითბოს მრიცხველის ჩვენებების შეგროვება

რეზიუმე >> კომპიუტერული მეცნიერება

შედარება 16 ბიტიანთან მიკროპროცესორებიდა მიკროკონტროლერები შესრულებისთვის და... გამოთვლებისთვის დიზაინი on საფუძველისაიმედო კომპიუტერები... კონსტრუქციის შედუღების მეთოდი მიკროპროცესორი სისტემები on საფუძველი AVR არის შენაძენი...

---