Mikroprozessorchips (MPU) sind Siliziumbauteile, die als zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) in Computern dienen. Sie enthalten Tausende von elektronischen Bauteilen und verwenden eine Sammlung von Maschinenbefehlen, um mathematische Operationen durchzuführen und Daten von einem Speicherplatz zu einem anderen zu bewegen. Mikroprozessoren enthalten einen Adressbus, der Adressen an den Speicher sendet, Lese- und Schreibleitungen sowie einen Datenbus, der Daten an den Speicher senden oder aus dem Speicher empfangen kann. Sie enthalten auch eine Taktleitung, die einen Taktimpuls für die Sequenzierung des Prozessors ermöglicht, und eine Reset-Leitung, die den Programmzähler zurücksetzt und die Ausführung neu startet.
Systemarchitekturen
Zu den grundlegenden Komponenten eines Mikroprozessorchips gehören eine oder mehrere arithmetische Logikeinheiten (ALU) und Schieberegister. Es gibt zwei Systemarchitekturen für Mikroprozessorchips.
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Geräte, die ein RISC-Design (Reduced Instruction Set Computer) verwenden, verarbeiten wenige einfache Befehle anstelle vieler komplexer Befehle, um Operationen zu beschleunigen.
Geräte, die einen komplexen Befehlssatzcomputer (CISC) verwenden, bieten dagegen Befehle mit variabler Länge, mehrere Adressierungsformen und enthalten nur eine kleine Anzahl von Allzweckregistern.
Eingangs-/Ausgangsanschlüsse (E/A) und Schnittstellen sind Verbindungen, die einen Datenpfad zwischen Mikroprozessorchips (MPU) und externen Geräten wie Tastaturen, Displays und Lesegeräten bereitstellen. Die Anzahl der E/A-Anschlüsse ist gleich der Anzahl der Eingangs-, Ausgangs- und Mehrzweckanschlüsse (Leitungen) zusammen. Kommunikationscontroller verwalten die Dateneingänge und -ausgänge. Sie konvertieren auch die Datenausgaben für die Übertragung über die Kommunikationsleitungen und führen alle erforderlichen Steuerfunktionen, Fehlerprüfungen und Synchronisationen durch.
Schnittstellen
Schnittstellen für Mikroprozessorchips umfassen:
- Transportsteuerungsprotokoll/Internetprotokoll (TCP/IP)
- Serielle Peripherieschnittstelle (SPI)
- Inter-IC-Bus (I2C)
- Infrarot-Datenvereinigung (IrDA)
- Synchrone Datenverbindungssteuerung (SDLC)
- High-Level-Datenverbindungssteuerung (HDLC)
- Pulsbreitenmodulation (PWM).
- Mikroprozessor-Chips (MPU), die den System-Management-Bus (SMBus)
- Control-Area-Network-Bus (CANbus)
- Universal-Serial-Bus-Anschlüsse (USB)
Spezifikationen
Zu den wichtigen Spezifikationen, die bei der Auswahl von Mikroprozessor-Chips (MPU) zu berücksichtigen sind, gehören:
Datenbus – Die meisten Mikroprozessorchips sind mit einem 8-Bit-, 16-Bit-, 24-Bit-, 32-Bit-, 64-Bit-, 128-Bit- oder 256-Bit-Datenbus erhältlich.
Mikroprozessorfamilie – Produkte aus vielen proprietären Mikroprozessorfamilien sind üblicherweise erhältlich.
Versorgungsspannung – Die Versorgungsspannungen reichen von – 5 V bis 5 V und umfassen Zwischenspannungen wie – 4,5 V, – 3,3 V, – 3 V, 1,2 V, 1,5 V, 1,8 V, 2,5 V, 3 V, 3,3 V und 3,6 V.
Taktfrequenz – Die Taktfrequenz, die bestimmt, wie schnell die an den Systembus angeschlossenen Geräte arbeiten, wird in der Regel in Megahertz (MHz) angegeben.
Random Access Memory (RAM) – Der Arbeitsspeicher wird in der Regel in Kilobyte (kB) oder Megabyte (MB) angegeben.
Verlustleistung – Die Verlustleistung, d. h. die gesamte Leistungsaufnahme des Geräts, wird in der Regel in Watt (W) oder Milliwatt (mW) angegeben.
Betriebstemperatur – Die Betriebstemperatur ist ein vollständig vorgegebener Bereich.
Gehäusetypen
Grundlegende IC-Gehäusetypen sind:
- Ball Grid Array (BGA)
- Quad Flat Package (QFP)
- Single In-Line Package (SIP)
- Dual In-Line Package (DIP)
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Viele Gehäusevarianten sind verfügbar.
- BGA-Varianten umfassen Plastic-Ball-Grid-Array (PBGA) und Tape-Ball-Grid-Array (TBGA).
- Fine-Pitch-Land-Grid-Array-Gehäuse (FLGA) sind ebenfalls üblich.
- QFP-Varianten umfassen Low-Profile-Quad-Flat-Package (LQFP) und Thin-Quad-Flat-Package (TQFP).
- DIPs sind entweder in Keramik (CDIP) oder Kunststoff (PDIP) erhältlich.
Andere IC-Gehäusetypen für Mikroprozessorchips sind:
- Small outline package (SOP)
- Thin small outline package (TSOP)
- Shrink small outline package (SSOP)
- Shrink zigzag inline package (SZIP)
- Thin very small outline package (TVSOP)
- Small outline J-lead (SOJ)
- Plastic leaded chip carrier (PLCC)
- Leadless ceramic chip carrier (LCCC)
Normen
BS 7238 – Glossar für die Terminologie im Zusammenhang mit Mikroprozessoren
BS IEC 796-3 – Die Spezifikation wird als Schnittstelle verwendet, um Komponenten von Mikroprozessorsystemen mit Hilfe von (indirekten) Stift- und Buchsenleisten zu verbinden.
BS EN 60821 – Ein Hochleistungs-Backplane-Bus für den Einsatz in Mikrocomputersystemen, die einzelne oder mehrere Mikroprozessoren verwenden.
Bildnachweis:
Texas Instruments