Układy mikroprocesorowe (MPU) są urządzeniami krzemowymi, które służą jako centralna jednostka przetwarzania (CPU) w komputerach. Zawierają tysiące komponentów elektronicznych i wykorzystują zbiór instrukcji maszynowych do wykonywania operacji matematycznych i przenoszenia danych z jednego miejsca w pamięci do drugiego. Mikroprocesory zawierają magistralę adresową, która wysyła adresy do pamięci, linie odczytu i zapisu oraz magistralę danych, która może wysyłać dane do pamięci lub odbierać dane z pamięci. Zawierają również linię zegarową, która umożliwia impuls zegarowy do sekwencjonowania procesora oraz linię resetującą, która resetuje licznik programu i wznawia wykonanie.
Architektury systemowe
Podstawowe komponenty układów mikroprocesorowych zawierają jedną lub więcej jednostek arytmetyczno-logicznych (ALU) i rejestry przesuwne. Istnieją dwie architektury systemowe dla układów mikroprocesorowych.
Image Credit: informationtechniciantraining.tpub.com
Urządzenia wykorzystujące konstrukcję komputera o zredukowanym zestawie instrukcji (RISC) przetwarzają kilka prostych instrukcji zamiast wielu złożonych w celu przyspieszenia operacji.
Dla kontrastu, urządzenia, które używają złożonego zestawu instrukcji (CISC) zapewniają instrukcje o zmiennej długości, wiele form adresowania i zawierają tylko niewielką liczbę rejestrów ogólnego przeznaczenia.
Porty wejścia/wyjścia (I/O) i interfejsy to połączenia, które zapewniają ścieżkę danych między układami mikroprocesora (MPU) a urządzeniami zewnętrznymi, takimi jak klawiatury, wyświetlacze i czytniki. Liczba portów We/Wy jest równa liczbie portów (linii) wejściowych, wyjściowych i ogólnego przeznaczenia łącznie. Kontrolery komunikacyjne zarządzają wejściami i wyjściami danych. Konwertują one również dane wyjściowe do transmisji przez linie komunikacyjne i wykonują wszystkie niezbędne funkcje kontrolne, sprawdzanie błędów i synchronizację.
Interfejsy
Interfejsy dla układów mikroprocesorowych obejmują:
- Transport control protocol/internet protocol (TCP/IP)
- Seryjny interfejs peryferyjny (SPI)
- Szyna Inter-IC (I2C), stowarzyszenie danych w podczerwieni (IrDA)
- Synchroniczne sterowanie łączem danych (SDLC)
- Synchroniczne sterowanie łączem danych (HDLC)
- Modulacja szerokości impulsów (PWM).
- Układy mikroprocesorowe (MPU), które wykorzystują magistralę zarządzania systemem (SMBus)
- Sieć obszarów kontrolnych (CANbus)
- Uniwersalna magistrala szeregowa (USB) porty
Specyfikacje
Ważne specyfikacje do rozważenia przy wyborze układów mikroprocesorowych (MPU) obejmują:
Szyna danych – Większość układów mikroprocesorowych jest dostępna z 8-bitową, 16-bitową, 24-bitową, 32-bitową, 64-bitową, 128-bitową lub 256-bitową szyną danych.
Rodzina mikroprocesorów – Powszechnie dostępne są produkty z wielu zastrzeżonych rodzin mikroprocesorów.
Napięcia zasilania – Napięcia zasilania zawierają się w zakresie od – 5 V do 5 V i obejmują napięcia pośrednie, takie jak – 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 i 3,6 V.
Szybkość zegara – Szybkość zegara, częstotliwość określająca szybkość działania urządzeń podłączonych do magistrali systemowej, jest zwykle wyrażana w megahercach (MHz).
Pamięć losowego dostępu (RAM) – Pamięć RAM jest zwykle wyrażana w kilobajtach (kB) lub megabajtach (MB).
Rozproszenie mocy – Rozproszenie mocy, całkowity pobór mocy przez urządzenie, jest zwykle wyrażane w watach (W) lub miliwatach (mW).
Temperatura pracy – Temperatura pracy jest pełnym wymaganym zakresem.
Typy pakietów
Podstawowe typy pakietów układów scalonych obejmują:
- Ball grid array (BGA)
- Quad flat package (QFP)
- Single in-line package (SIP)
- Dual in-line package (DIP)
Image credit: micro.magnet.fsu.edu
Dostępnych jest wiele wariantów pakowania.
- Warianty BGA obejmują pakiety typu plastic-ball grid array (PBGA) i tape-ball grid array (TBGA).
- Pakiety typu Fine-pitch land grid array (FLGA) są również powszechne.
- Regulacje QFP obejmują niskoprofilowe pakiety quad flat package (LQFP) i thin quad flat package (TQFP).
- DIP są dostępne w wersji ceramicznej (CDIP) lub plastikowej (PDIP).
Inne typy pakietów IC dla układów mikroprocesorowych obejmują:
- 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-.(SOJ)
- Plastikowy wyprowadzony nośnik układów scalonych (PLCC)
- Bezołowiowy ceramiczny nośnik układów scalonych (LCCC)
Standardy
BS 7238 – Glosariusz terminologii związanej z mikroprocesorami
BS IEC 796-3 – Specyfikacja jest stosowana jako interfejs używany do łączenia komponentów systemu mikroprocesorowego za pomocą złącza typu pin i gniazdo (pośrednie) na płycie montażowej.
BS EN 60821 – Wysokowydajna magistrala tylnej płyty do stosowania w systemach mikrokomputerowych wykorzystujących pojedyncze lub wielokrotne mikroprocesory.
Kredyt obrazu:
Texas Instruments
.