Классификация МК

February 21, 2011 by admin Комментировать »

Жаркие споры о том, какой М К лучше, давно перешли в разряд философских. Сторонники крайних точек зрения сходятся на том, что каждый М К предназначен для выполнения своего круга задач, причём очень часто эти «круги» взаимно пересекаются. Фирмы, иготавливающие МК, подсматривают друг у друга новинки и быстро внедряют их в производство. Таким образом появляются на свет функционально одинаковые МК-двойняшки, а вместе с ними и конструкции-двойники, отличающиеся между собой только микросхемой управляющего контроллера.

Устоявшейся классификации МК на сегодняшний день не существует. Это относительно новый и бурно развивающийся класс электронных приборов, поэтому должно пройти некоторое время, чтобы система структуризировалась.

Из основных «классообразующих» признаков можно выделить следующие.

/. по разрядности шины данных ЦПУ:

•    4-битные (Atmel IVIARC4, Winbond W742, NEC uPD75 и др.);

•    8-битные (Intel lVICS-48, Intel lVICS-51, Atmel ATtiny/ATmega/ATXmega, Microchip PIC12/16/18, Zilog Z86 и др.);

•    16-битные (Intel lVICS-96, Texas Instruments 1VISP430, Motorola 68HC16, Fujitsu MB90, Infmeon C16, Mitsubishi M16C, Microchip PIC24 и др.);

•    32-битные (Atmel ARM, Fujitsu MB91, NEC V850, NXP LPC2xxx и др.).

В приведенную классификацию не вошли отдельные тупиковые ветви развития прогресса, что подчёркивает справедливость фразы: «Нет правил без исключения». Так, например, МС14500 фирмы Motorola имел разрядность 1 бит, набор команд из 16 инструкций, и был способен работать с неограниченным объёмом памяти. Но на рынке его давно уже не видно и в очередь за ним разработчики не становились.

Для любительской аппаратуры, естественно, отбирают что-то попроще, подешевле и с меньшей разрядностью (однако не настолько малой как морально устаревшие 4 бита). Самыми популярными на сегодняшний день считаются 8-битные МК. Профессионалы предпочитают разрядность повыше.

Родоначальником 8-битных МК является фирма Intel, освоившая линейку базовых семейств MCS-48, MCS-51, MCS-251. Они составили достойную конкуренцию господствовавшим в те годы микропроцессорам. В дальнейшем фирма Intel переключилась на производство исключительно 16-битных моделей, и, к её чести, не стала в судебном порядке запреш^ать клонирование MCS-совместимых контроллеров сторонними разработчиками.

Нынешними лидерами продаж среди 8-битных МК являются фирмы Atmel и Microchip. Они далеко опережают ближайших конкурентов.

2 по архитектуре вычислительной системы:

•    CISC (Complex Instruction Set Computing);

•     RISC (Reduced Instruction Set Computing).

Первые МК имели стандартную CISC-архитектуру, которая применялась в настольных компьютерах того времени. Особенности CISC: команды выполняются поочерёдно друг за другом и имеют разную длину и структуру. Выборка команды из памяти осуш^ествляется побайтно и выполняется за несколько тактов. CISC-архитектуру имеют: МК из семейства Motorola НС05/НС08, МК с ядром 1V1CS-51, МК из семейства Infineon С500 и ряд других.

В начале 1980-х годов была разработана новая архитектура с многообещаю- Ш.ИМ названием RISC (аббревиатуру предложил Д. Паттерсон из Калифорнийского университета в г. Беркли, США). Основная идея заключается в замене сложных команд однотипными простыми и выполнении их единым потоком на параллельном конвейере. Все команды имеют фиксированную длину и в идеале должны выполняться за один, а не за несколько, тактов, чем достигается повышенное быстродействие.

Одним из первых МК с архитектурой RISC стал Р1С-контроллер 16С54 фирмы Microchip. Благодаря высокой производительности и трём десяткам легко запоминающихся команд, Р1С-контроллеры быстро завоевали популярность во всём мире. Вскоре их примеру последовали разработчики из фирм Atmel, Scenix и др.

RISC-архитектура в МК сейчас вне конкуренции. Даже новейшие клоны контроллеров, имеющие совместимость с 1VICS-51, отличаются от прародителей в первую очередь сменой архитектуры. Это чётко прослеживается на примере продукции фирмы Atmel — «старая» микросхема АТ89С2051 (CISC) против улучшенных «новых» микросхем AT89S2051, AT89LP2052 (RISC).

С точки зрения принципов конструирования вычислительных систем выделяют             и гарвардскую архитектуры. Оба названия связаны с одноимёнными университетами в США.

Принстонская архитектура была разработана Джоном фон Нейманом и независимо от него академиком С.А.Лебедевым. В ней используется обш.ая память для хранения программ и данных (Рис. 1.8). Основное преимуш^ество заключается в упрош.ении схемотехники ЦПУ и в гибкости распределения ресурсов между областями памяти.

Рис. 1.10. Индексы популярности изготовителей МК согласно опросу на сайте 11-7].

 

4. по выполняемым функциям:

•    универсальные;

•    специализированные.

Первыми появились М К общего назначения с универсальным набором функций. В «джентльменский набор» их аппаратных узлов входили: порты ввода/вывода, таймеры/счётчики, канал последовательного доступа UART, аналоговый компаратор. По мере встраивания МК в различные бытовые приборы, выяснилось, что большинство функций у них «простаивает», а на выполнение специфических задач тратится слишком много машинного времени. Для заполнения образовавшейся ниши были разработаны специализированные МК, «заточенные» под конкретные сферы применения, например, для драйвера шагового двигателя, для МРЗ-декодера, для подключения символьного ЖКИ, для адаптера Ethernet и т.д.

Современные универсальные МК позаимствовали от специализированных собратьев весьма полезные интерфейсы: Serial Bus, SPI, USB, CAN. Более того, модуль широтно-импульсного модулятора (ШИМ) и внутренний АЦП перешли из разряда диковинок в обязательную спецификацию параметров многих МК. На очереди — ЦАП, Ethernet, ячейки ПЛИС.

Диапазон радиолюбительских разработок настолько велик, что требуемый набор аппаратных узлов заранее не предугадаешь. Поэтому практичнее использовать универсальные МК. В дальнейшем переход на специализированные контроллеры будет происходить гораздо легче, поскольку методология у них обш.ая.

5. Классификация по семействам 8-битных МК:

•     ядро MCS-51 – АТ89Сх051, АТ89С5Х, AT89S (Atmel), DS89 (Maxim/Dallas);

•    ядро AVR – ATtiny, AT90S, ATmega, ATXmega (Atmel);

•     ядро PIC – PICIO, PIC12, PIC16, PIC18 (Microchip).

•     ядро SX — SXxxx (Ubicom, ранее Scenix);

•     ядро 68HC — 68HC08, 68HC12 (Freescale Semiconductor, ранее Motorola);

•    ядро ST — ST62, ST7 (STMicroelectronics, ранее SGS-THOMSON);

•     ядро CIP-51 — C8051 (Silicon Laboratories, ранее Cygnal Integrated);

•     ядро 8052 – W78E516 (Winbond);

•     ядро «ТЕСЕЙ» – KP1878BE1 («Ангстрем»).

Такие понятия как «семейство», «платформа», «ядро», «архитектура» в разных источниках трактуются по-разному Иногда их просто считают синонимами, что в большинстве случаев не принципиально. Однако для определённости предлагается использовать следующие термины.

«Ядро» — базовое устройство внутренней вычислительной системы. Ядро определяет систему команд, шинный интерфейс, архитектуру памяти, т.е. коренные отличия «вычислителей» друг от друга. Различают М К с ядром 1VICS-51, AVR, ARM?, ARM9, PIC16, PIC18 и т.д. Процессорное ядро может быть одинаковым, а фирмы-изготовители — разными.

«Семейство» — группа микросхем, имеюш^их одно ядро, у которых примерно одинаковый набор программных и периферийных функций. Семейство может разбиваться на более мелкие подсемейства.

«Серия», «линейка» — это фирменный бренд или рекламный слоган, например, серия «Classic», серия «tinyAVR», линейка «MegaPIC». Встречаются и обо- ш.енные названия по типу «линейка 16-битных МКобш^его назначения».

«Модель» — несколько микросхем одного семейства, различаюш^иеся между собой второстепенными цифрами (буквами) в названии, что определяет разный температурный диапазон, тактовую частоту, вариант корпуса, питание.

Пример 1. Микросхема AT89S51-33P1 относится к платформе Atmel, архитектуре CISC гарвардского типа, ядру MCS-51, семейству AT89S, модели AT89S51. Надпись «ЗЗ-Р!» означает максимальную тактовую частоту 33 МШ, DlP-корпус и индустриальный диапазон рабочих температур.

Пример 2. Микросхема ATmegal28L-8AU относится к платформе Atmel, архитектуре RISC гарвардского типа, ядру AVR, серии MegaAVR, семейству ATmega, модели ATmega 128. Надпись «L-8AU» определяет электрические, частотные, температурные и конструктивные параметры.

Пример 3. Микросхема PIC18LF2455-I/SP относится к платформе Microchip, архитектуре RISC гарвардского типа, ядру PIC18, семейству PIC18F, модели P1C18F2455. Буква «Ь> указывает на расширенный диапазон питания, а надпись «I/SP» определяет температурный диапазон и тип корпуса микросхемы.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты