Mikroprosessorların (MP)təyinatı,tipləri və ümumi strukturları

1. Mikroprosessorların (MP)təyinatı,tipləri və ümumi strukturları

2. Mikroprosessorların (MP)təyinatı MP-lar proqramlanan rəqəmli qurğu olaraq aşağıdakı sahələrdə tətbiq edilir: • İdarəetmə və ölçmə sistemləri (avtomatik idarə edilən hər hansı prosesslərin və ya obyektlərin idarəsi/nəzarəti və elektrik,mexaniki və həndəsi və digər parametrlərin ölçülməsi üçün) • Kommunikasiya texnikası (mobil telefonlar,avtomatik telefon/mobil stansiyalar və digər kommunikasiya qurğuları) • Məişət (audio/video qurğular,proqramlı paltaryuyan/qabyuyan maşınlar,su/qaz/elektrik sayğacları,elektron sobaları, mətbəx kombaynları,HVİAC-qızdırıcı-soyuducu-ventilyasiya qurğuları) və ticarət texnikası (kassa aparatları,əl skanerləri) • Nəqliyyattexnikası(avtomobil/dəmiryol /metro idarə sistemlərinin elektronikası) • Hərbi texnika (radar,hava/su məkanlarında uzaqdan müşahidə/nəzarət) • Qoruyucu/müşahidə qurğuları və sistemlər(evlərin və objektlərin qorunması,”ağıllı” evlər-məişət cihazlarının uzaqdan idarəsi ) • Kompüter texnikası(CPU-lar,periferiya qurğuları-klaviatura,printer və s.)

3. MP-lərin tipləri • Arxitektur gerçəkləşmədən asılı olaraq MP-lərin aşağıdakı tipləri vardır: • Universal MP-lər (kompüter arxitekturunda mərkəzi CPU kimi) • Xüsusi təyinatlı MP-lar (müxtəlif sahələrdə tətbiq edilir və mikrokontroller(MK) ,yaxud DSP/DSC-siqnalların rəqəmli emalı prosessorları/kontrollerləri adlanır) • Proqramlaşdırılan məntiqi inteqral sxemlər(PMİS/PLİC)-cəld işləyən ixtisaslaşdırılmış elektron sistemlərində(müxtəlif kommunikasiya qurğuları və sistemlər)

4. MP-lərin tiplərinə görə arxitektur fərqləri • Universal MP-lərin arxitekturu geniş sinif məsələlərin həlli üçün nəzərdə tutulduğundan onların daxili strukturu mürəkkəb-superskalyar olub,əmrlər sistemi genişdir. • Xüsusi təyinatlı MP-lərin arxitekturu nisbətən sadə- RİSC – olaraq müəyyən sinif məsələlərin real zaman miqyasında effektiv həlli üçün uyğunlaşdırılmışdır. • Proqramlaşdırılan məntiqi inteqral sxemlər(PMİS)- əvvəlki 2 tipdən fərqli olaraq çevik dəyişən –proqramlanan struktura malikdir və müxtəlif sinif alqoritmlərin aparatlı gerçəkləşdirilməsi üçün sazlana bilir. • Universal və Xüsusi təyinatlı MP-lərin icra etdiyi proqramlar DRAM/SRAM/FLASH tipli yaddaşda proqram təminatı kimi saxlanılır. • PMİS- lərin proqramlanması dedikdə isə onun daxili strukturunun alqoritmin gerçəklənməsi üçün sazlanması başa düşülür və layihəçi tərəfindən xüsusi kompüterli sistemdə həyata keçirilir.

5. İnput\output systemShared\Distributed output signals Input signals Memory Shared\ Distributed System Bus Processor Shared\ Distributed AB(address bus) DB(data bus) CB(control bus) PB(power bus) MP əsaslı sistemlərin ümumi strukturu • MP əsaslı sistemlər bir vəya bir neçə ədəd MP-lardan,yaddaş və giriş/çıxış alt sistemlərindən ibarət olur • Bu qurğuların bir- biri ilə əlaqələndirilməsi üçün AB,DB,CD-dan təşkil olunmuş sistemli şinlər istifadə edilir • Hər bir paralel şin bir sıra əlaqə xətlərindən ibarət olub verilənlərin,ünvan və idarəedici kodların ötürülməsi üçündür • Şinlərin əsas xarakteristikalarından biri onların eni-əlaqə xətlərinin sayıdır.Məsələn DB üçün 8/16/32/64 bit ola bilər.

6. To IO devices To Main memory Data bus System Bus Instruction\ Data Cache DMA Controller Instruction Fetch unit System Bus Controller Instruction Decoder unit Interrupt Controller ALU1 … ALUn Peripheral Interfaces Controllers GPRs(general purpose registers) Write Buffer SPR –s & Control Interface block(chipsets) CPU block Universal MP-ların ümumi strukturu

7. Universal MP-da CPU-nın daxili strukturundakı əsas qurğular • Instruction\Data Cache–cari proqramın əmrlərinin/verilənlərin saxlanılması üçün keş yaddaş-L1/L2 • Instruction Fetch unit -cari proqramın növbəti əmrinin ünvanının təyini və onun yaddaşdan oxunması qurğusu əmrlərin konveyerli emalı üçün əmrlər axınının kəsilməzliyini təmin edir. • Instruction Decoder unit-icra edilən əmrlərin kodunun açılması qurğusu eyni zamanda bir neçə mürəkkəb və sadə əmrlərin deşifrəsini təmin edir. • ALU-lar -müxtəlif tipli - tam /sürüşkən vergüllü/MMX strukturlu ədədlərin effektiv emalı üçün eyni zamanda işləyən daxili struktkru konveyerləşmiş icra qurğuları • GPRs -universal təyinatlı registrlər massivi-verilələri və ünvan kodlarını icra prosesində müvəqqəti yadda saxlayan 8/16/32 bitli registrlərdir • SPRs - xüsusi təyinatlı registrlər massivi-hesablama prosesində CPU-nın müxtəlif bloklarının vəziyyətinə aid məlumatları yadda saxlayan 16/32 bitli registrlərdir • GPR və SPR-lər istifadəçi proqramlarından Assembler səviyyəsində müraciət edilə bilər .

8. Universal MP üçün çipset daxilindəki iterfeys blokları • DMA (Direct memory Access) kontrolleri –HD ilə RAM arasında məlumatın bloklarla sürətli mübadiləsini bilvasitə CPU iştirakı olmadan təmin edir. • System Bus Controller –Sistemli şin (PCİ) idarəsi qurğusu- bütün periferiya interfeyslərindən məlumatı qəbul edərək 32bitli formatda qablaşdırıb yaddaş kanalına,yaxud CPU-nın xaricişininə(Fron-side bus) ötürür. • Interrupt Controller- MP-da kəsilmə sisteminin idarəsi qurğusu - periferiya qurğularından kəsilmə siqnallarını qəbul edir və onların üstünlük dərəcəsini nəzərə alaraq CPU-ya ümumi kəsilmə siqalı- İNT-hasil edir. • Peripheral Interfaces Controllers– periferiya qurğuları (disk qurğuları,klaviatura/mouse,ekran) interfeysləri(USB,PSİ Expr.,SATA/İDE,SCSİ,Fire Wire,..)

9. Multifunction Timers, WDT CPU 8\16\32 bits Internal Memory Data Memory 10xn B Program Memory (10-100)xnKB Analog MUX Analog inputs … Internal Clock generator Bus Controller ADC\DAC Convertors, DMA, Interrupt blocks Serial IO port Controllers RS-232\485,SPI, I2C,CAN…interfaces Parallel IO port Controller Keyboard, Display Controller Audio IO Controller Multifunction IO Liners … Analog IO Digital IO Mikrokontrollerlərin(MK) ümumi daxili strukturu

10. MK-nin daxili strukturundakı əsas qurğular • CPU 8\16\32bits – RİSC nüvəyə malik mərkəzi emal bloku • InternalClockgenerator – CPU-nın sinxronlaşdırılması üçün daxili takt siqnalları generatoru. • Internal Memory – proqram və verilənlər üçün daxili yaddaş(SRAM/FLASH/EEPROM tipli). • Multifunction Timers,WDT-çoxfunksiyalı taymerlər, MK asılı vəziyyətdən periodik olaraq çıxaran gözətçi-taymer. • Analog MUX– analoq giriş siqnallarının multipleksoru • ADC\DAC Convertors- analoq-rəqəm və rəqəm-analoq çeviriciləri • DMA,Interruptblocks- DMA,kəsilmə kontrollerləri • Keyboard,DisplayController- ixtisaslaşmış klavye və displey(LCD) kontrollerləri • Multifunction IO Liners – hər birinin istiqamətləri ayrılıqda proqramlana bilən çoxfunksiyalı giriş/çıxış xətləri. • Parallel IO portController– paralel(8b) istiqamətləri ayrılıqda proqramlana bilən giriş/çıxış portu • Audio IOController – audio giriş/çıxış portu • Serial IO portControllers – ardıcıl interfeys kontrollerləri (RS-232\485,SPI,I2C,CAN…)

11. MK-lərin unversal MP-dan əsas fərqli xüsusiyyətləri • CPU sadə RİSC nüvəli olub əmrlər sistemi ixtisaslaşmış və tezliyi bir neçə MHs-dən bir neçə yüz MHs-ə qədər • Verilənlər və proqramlar üçün daxili yaddaşın olması(daha çox enerjidən asılı olmayan tipdə) • Çoxsaylı və çoxfunksiyalı taymerlərin olması – müxtəlif zaman parametrli siqnalların hasili və daxili/xarici hadisələrin izlənilməsi üçün • Aaloq siqnallarının daxil edilib-çıxarılması üçün ADC/DACbloklarının inteqrə edilməsi . • Çoxsaylı ,istiqaməti və formatı proqramlana bilən giriş-çıxış xətlərinin olması • Mürəkkəb sistemlər üçün ekran,klavye kontrollerlərinin inteqrə edilməsi • Müxtəlif tipli xarici qurğuların qoşula bilməsi üçün ardıcıl interfeys kontrollerlərinin inteqrə edilməsi • Mürəkkəb sistemlər üçün kəsilmə və DMA kontrollerlərinin inteqrə edilməsi • Real zaman rejimində işləməsi üçün RTOS ƏS-nin tətbiqi

12. DSP-lərin əsas xüsusiyyətləri • CPU arxitekturu FP ədədlərin sürətli emalı,MAC(vurma-cəmləmə) əməliyyatının vahid əməliyyat kimi sürətli icrası,analoq siqnalları üçün filtrlənmə alqoritmlərinin effektiv yerinə yetirilməsi üçün ixtisaslaşır və daxili strukturunda uyğun aparatblokları nəzərdə tutulur. • Çoxsaylı və hər biri 10/14bitli olan ADC/DAC blokları inteqrə edilir. • Audio və video siqnalların emalı üçün encoder/decoder(codec) qurğuları inteqrə edilir. • Çoxsaylı audio və video portlar inteqrə edilir. • Fərdi kompüterlərin ana kartlarında video/audio prosessorlar ,video kameralarda image prosessor, pleyerlərdə isə audio prosessor kimi kompüter texnikasında tətbiq edilir. • Mobil telefonlar,avtomobil elektronikası ,radarlar kimi Embedded sistemlərində DSP-lərin daha müasir modelləri tətbiq edilir.

13. PMİS-lərin ümumi halda daxili struklturu Proqramlanan daxili əlaqələr Proqramlanan Məntiqi bloklar

14. PMİS-lərin xüsusiyyətləri • PMİS-lərin daxili strukturu ümumi halda çoxsaylı proqramlanan məntiqi bloklardan ibarət olur. Bu blokların mürəkkəblik dərəcəsinə görə PLİC-lər xırda və iri modullu ola bilər. • Xırda modullu arxitekturda hər bir modul çox sadə funksiyaları yerinə yetirir və bunlar,əsasən, əlaqələndirici məntiqi sxemlərin,bircinsli olmayan idarəedici strukturların gerçəkləndirilməsi üçün istifadə edilir. • Iri modullu arxitekturda hər bir məntiqi blok çoxsaylı məntiqi elementlərdən , yaxud nisbətən mürəkkəb strukturlu alqoritmik elementlərdən (məsələn,sürətli Furye çevrilməsini-SFÇ yerinə yetirən bloklardan ) ibarət olur. • PMİS-lərin proqramlaşdırılmasıəlaqələrin strukturunun dinamik dəyişdirilməsi texnologiyası əsasında yerinə yetirilir. Bu texnologiyada konfiqurasiya edici fayl öncədən PMİS-nin yaddaşına yüklənir və onun məzmununa əsasən PLİC-nin strukturu dəfələrlə dəyişdirilə bilər. • PMİS-nin daxili yaddaşı kimi SRAM,yaxud FLASH istifadə edilə bilər.

15. With separate chips of CPU and PLIS PLIC– Programmed Logic Integral Circuit CPU (MP) Shared Bus Addition Device 1 Memory RAM\ ROM Addition Device n … Internal Additional Devices CPU PLIC With single PLIC chip that includes internal CPU and other devices Shared Bus Memory RAM\ ROM Addition Device 1 … Addition Device n PMİS(PLİC) təməlli sistemlərin strukturu • PMİS təməlli boardlar a) b)

16. PMİS təməlli sistemlər • PMİC təməlində qurulmuş MPƏS-lərin yuxarıda göstərilən strukturlarından birincisində (a) çap lövhəsi üzərində 8/16 bitli Universal MP ilə yanaşı yerləşdirilmiş PLİC mikrosxemi məlumatın ixtisaslaşdırılmış emalını real zaman miqyasında yerinə yetirir və sistemdəki ümumi yaddaşdan və şindən istifadə edir • Şək. b-dəki sxemdə isə CPU və PMİC nüvələri eyni bir prosessor gövdəsində gerçəkləşdirilir. • Hazırda proqramlaşdırılan məntiqi matrislər (PLM)-dən başlayaraq mürəkkəb proqramlaşdırılan məntiqi qurğunun (PLD) PLİC arxitekturunda gerçəkləşdirildiyi variantlar mövcuddur . • PLD arxitekturları audio-video məlumatlarının sürətli emalı üçün ,süni intellekt qurğularının və mobil telefon operatorlarının müxtəlif qurğularının layihələndidilməsində geniş tətbiq edilir.