Два подхода к построению процессоров

Существует два принципиально разных подхода к проектированию микропрограммного автомата (управляющего устройства): использо­вание принципа схемной логики и использование принципа программируемой логики.

В первом случае в процессе проектирования подбирается некоторый набор цифровых микросхем (обычно малой и средней степени интегра­ции) и определяется такая схема соединения их выводов, которая обес­печивает требуемое функционирование (т.е. функционирование процессора определяется тем, какие выбраны микросхемы и по какой схеме выполнено соединение их выводов). Устройства, основанные на таком принципе схемной логики, способны обеспечивать наивысшее быстродействие при заданном типе технологии элементов. Недостаток этого принципа построения процессора состоит в трудности использо­вания БИС и СБИС. Это связано с тем, что при использования схемного принципа каждый разрабатываемый процессор окажется индивидуаль­ным по схемному построению и потребует изготовления индивидуаль­ного типа БИС. Тогда выпускаемые промышленностью БИС окажутся узкоспециализированными, число выпускаемых типов БИС будет боль­шим, а потребность в каждом типе БИС окажется низкой. Выпуск многих типов БИС малыми сериями по каждому типу для промышлен­ности окажется экономически невыгодным.

Эти обстоятельства заставляют обратиться к другому подходу в проектировании цифровых устройств, основанному на использовании принципа программируемой логики. Этот подход предполагает постро­ение с использованием одной или нескольких БИС некоторого универ­сального устройства, в котором требуемое функционирование (т.е. специализация устройства на выполнение определенных функций) обеспечивается занесением в память устройства определенной программы (или микропрограммы). В зависимости от введенной программы такое универсальное управляющее устройство способно обеспечивать требуе­мое управление операционным устройством при решении самых разно­образных задач. В этом случае число типов БИС, необходимых для построения управляющего устройства, окажется небольшим, а потреб­ность в БИС каждого типа высокой, что обеспечит целесообразность их выпуска промышленностью.

До сих пор речь шла о построении управляющих устройств процес­соров. Теперь рассмотрим условия для широкого использования БИС в операционных устройствах процессоров. Можно построить операцион­ное устройство с таким набором узлов и такой схемой их соединения, которые обеспечили бы решение разнообразных задач. Задача, решае­мая подобным универсальным операционным устройством, определяется тем, какая микропрограмма хранится в управляющем устройстве. Таким образом, независимо от решаемой задачи может быть использо­вано одно и то же операционное устройство. Благодаря тому, что по­требность в таких устройствах окажется высокой, они могут быть построены с использованием БИС.

Наивысшее быстродействие до­стигается в процессорах, в которых управляющее устройство строится с использованием принципа схемной логики, а операционное устройст­во выполняется в виде устройства, специализированного для решения конкретной задачи.

Процессор, построенный на одной или нескольких БИС, называется микропроцессором.

Набор БИС, обеспечивающих построение цифровых устройств, об­разует микропроцессорный комплект (МПК). Он позволяет совместно со сравнительно небольшим числом микросхем средней и малой степени интеграции создавать миниатюрные вычислительные устройства для разнообразных применений.

С помощью МПК реализуются микропроцессорные системы (МПС). Если в устройстве, построенном на принципе схемной логики, любое изменение или расширение выполняемых функций влечет демонтаж устройства и монтаж другого устройства по новой схеме, то в МПС благодаря использованию принципа программируемой логики измене­ние функций может быть достигнуто заменой хранящейся в памяти программы новой программой, соответствующей новым функциям уст­ройства. Подобная гибкость вместе с другими связанными с использо­ванием БИС достоинствами (низкой стоимостью, малыми размерами), а также высокая точность и помехозащищенность, характерные для цифровых методов, обусловили бурное внедрение МПС в различные сферы производства, научные исследования и бытовую технику.

Микропроцессорные системы в свою очередь обеспечили широкое использование цифровых методов в различных технических применени­ях, и размах внедрения этих новых методов рассматривается как рево­люция в технике.