Mikroprosessorisirut (MPU) ovat piilaitteita, jotka toimivat tietokoneiden keskusyksikkönä (CPU). Ne sisältävät tuhansia elektronisia komponentteja ja käyttävät konekäskyjä matemaattisten operaatioiden suorittamiseen ja tietojen siirtämiseen muistipaikasta toiseen. Mikroprosessorit sisältävät osoiteväylän, joka lähettää osoitteet muistiin, luku- ja kirjoituslinjat sekä dataväylän, jolla voidaan lähettää tietoja muistiin tai vastaanottaa tietoja muistista. Niissä on myös kellojohto, joka mahdollistaa kellopulssin prosessorin jaksottamisen, ja nollausjohto, joka nollaa ohjelmalaskurin ja käynnistää suorituksen uudelleen.
Järjestelmäarkkitehtuurit
Mikroprosessorisirujen peruskomponentteihin kuuluvat yksi tai useampi aritmeettinen logiikkayksikkö (ALU) ja siirtorekisterit. Mikroprosessoripiirien järjestelmäarkkitehtuureja on kaksi.
Image Credit: informationtechniciantraining.tpub.com
Laitteet, jotka käyttävät pelkistettyä käskysarjatietokonerakennetta (Reduced Instruction Set Computer, RISC), käsittelevät monien monimutkaisten käskyjen sijasta muutamaa yksinkertaista käskyä nopeuttaakseen toimintaa.
Laitteet, jotka käyttävät monimutkaista käskysarjatietokoneen (CISC) suunnittelua, tarjoavat sitä vastoin vaihtelevan pituisia käskyjä, useita osoitusmuotoja ja sisältävät vain pienen määrän yleiskäyttöisiä rekistereitä.
Syöttö-/lähtöportit (I/O-portit) ja -liitännät (I/O-portit ja -liitännät) ovat liitäntöjä, jotka mahdollistavat tiedonsiirtoväylän mikroprosessoripiirien (MPU:n) ja ulkopuolisten laitteiden, kuten esimerkiksi näppäimistöjen, näyttöjen ja lukulaitteiden, välillä. I/O-porttien määrä on yhtä suuri kuin tulo-, lähtö- ja yleiskäyttöisten porttien (linjojen) määrä yhteensä. Tiedonsiirto-ohjaimet hallinnoivat datan tuloja ja lähtöjä. Ne myös muuntavat tietolähdöt tietoliikennelinjojen välityksellä tapahtuvaa siirtoa varten ja suorittavat kaikki tarvittavat ohjaustoiminnot, virhetarkistuksen ja synkronoinnin.
Liitännät
Mikroprosessorisirujen liitäntöjä ovat mm. seuraavat:
- Kuljetuksenohjausprotokolla/internetprotokolla (TCP/IP)
- Seriaalinen oheisliitäntä (SPI)
- I2C-väylä (I2C), infrapunadatayhteys (IrDA)
- Synkroninen tiedonsiirtoyhteyksien ohjaus (SDLC)
- Korkeatasoisen tiedonsiirtoyhteyksien ohjauksen ohjaustekniikka (HDLC)
- Pulssileveysmodulaation modulaatiomodulaatiomodulaatio (PWM).
- Mikroprosessorisirut (MPU), jotka käyttävät järjestelmänhallintaväylää (SMBus)
- Suojaverkkoväylä (CANbus)
- Yleismaailmallinen sarjaliikenneväylä (USB) -portit
Spesifikaatiot
Tärkeitä spesifikaatioita, jotka on syytä ottaa huomioon valittaessa mikroprosessorisiruja (MPU), ovat:
Dataväylä – Useimmat mikroprosessorisirut ovat saatavilla 8-bittisellä, 16-bittisellä, 24-bittisellä, 32-bittisellä, 64-bittisellä, 128-bittisellä tai 256-bittisellä dataväylällä.
Mikroprosessoriperhe – Tuotteita monista omista mikroprosessoriperheistä on yleisesti saatavilla.
Toimitusjännite – Toimitusjännitteet vaihtelevat – 5 V:n ja 5 V:n välillä, ja niihin sisältyy myös välijännitteitä, kuten – 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 ja – 3,6 V.
Kellon nopeus – Kellon nopeus, taajuus, joka määrittää, kuinka nopeasti järjestelmäväylään kytketyt laitteet toimivat, ilmaistaan yleensä megahertseinä (MHz).
Hakumuisti (RAM) – RAM-muisti ilmaistaan yleensä kilotavuina (kB) tai megatavuina (MB).
Häviöteho – Tehonhäviöteho, eli laitteen kokonaistehonkulutus, ilmaistaan yleensä watteina (W) tai milliwatteina (mW).
Käyttölämpötila – Käyttölämpötila on koko vaadittu alue.
Kotelotyypit
Basic IC-pakettityyppejä ovat mm. seuraavat:
- Ball grid array (BGA)
- Quad flat package (QFP)
- Single in-line package (SIP)
- Dual in-line package (DIP)
Kuvan luotto: micro.magnet.fsu.edu
Pakkausvaihtoehtoja on useita.
- BGA-vaihtoehtoja ovat muun muassa PBGA (plastic-ball grid array) ja TBGA (tape-ball grid array).
- Yleisiä ovat myös FLGA-paketit (Fine-pitch land grid array).
- QFP-vaihtoehtoja ovat matalaprofiilinen nelinkertainen litteä paketti (LQFP) ja ohut nelinkertainen litteä paketti (TQFP).
- DIP-paketteja on saatavana joko keraamisina (CDIP) tai muovisina (PDIP).
Muut mikroprosessorisirujen IC-pakettityypit ovat mm:
- Pieni ääriviivapaketti (SOP)
- Ohyt pieni ääriviivapaketti (TSOP)
- Kutistettu pieni ääriviivapaketti (SSOP)
- Kutistettu zigzag inline-paketti (SZIP)
- Ohutettu erittäin pieni ääriviivapaketti (TVSOP)
- Ohutettu erittäin pieni ääriviivapaketti (TVSOP)
- Pieni ääriviivapaketti J-…lead (SOJ)
- Plastic leaded chip carrier (PLCC)
- Leadless ceramic chip carrier (LCCC)
Standardit
BS 7238 – Sanasto mikroprosessoreihin liittyvästä terminologiasta
BS IEC 796-3 – Määritelmää käytetään rajapintana, jota käytetään mikroprosessorijärjestelmäkomponenttien kytkemiseen nasta- ja pistorasialiitäntätyyppisellä (epäsuoraliitäntätyyppisellä) liitännällä.
BS EN 60821 – Suorituskykyinen taustaväylä käytettäväksi mikrotietokonejärjestelmissä, joissa käytetään yhtä tai useampaa mikroprosessoria.
Kuvan luotto:
Texas Instruments
.