Развитие полупроводниковой электроники привело к появлению больших интегральных схем (БИС) - полупроводниковых приборов, у которых иа одной пластинке из полупроводникового материала площадью нескольких десятков квадратных миллиметров размещается до миллиона и более компонентов: диодов, транзисторов, резисторов, конденсаторов, соединенных между собой некоторым наперед заданным образом. За последние десятилетня иаучно-тежннчеокнй про-гресс отучил нас удивляться каждому очередному достижению, и все же ре-зультаты освоения технологии изготовления микросхем поистине сенсационны. Электронная схема, которая каких-нибудь 15 лет тому назад занимала объем не меньше письменного стола, весила сотни килограммов н потребляла сотня ватт электрической энергии, сегодня свободно размещается в корпусе наручных часов н может в течение года питаться от одной батарейки размером менее копеечной монеты.

Одна из важнейших особенностей технологии изготовления микросхем состоит в следующем. Производство микросхем почти полностью автоматизировано, а затраты материалов на одну БИС измеряются долями грамма. Но разработка каждой схемы и изготовление всей необходимой оснастки - процесс весьма трудоемкий, и затраты здесь исчисляются миллионами рублей. С достаточно хорошей степенью приближения можно считать, что стоимость одной БИС обратно пропорциональна размерам серии однотипных схем.

Возникает парадоксальная ситуация. Чем выше степень интеграции, т. е. количество компонентов, размещенных на одном кристалле, тем шире возможности соответствующей БИС, тем более эффективным оказывается ее внедрение на место ранее использовавшихся с той же целью устройств на дискретных компонентах. Однако чем выше степень интеграции, тем более специализированной оказывается БИС, тем уже круг возможностей ее применения и, следовательно, тем выше стоимость.

Конечно, существуют области применения, как, например, электронные часы, где однотипные БИС требуются и будут требоваться в массовых количествах. Однако эти области достаточно быстро оказались исчерпанными, н возникла ситуация, в которой дальнейшее развитие техники БИС многим представлялось сомнительным.

Выходом из создавшегося положения явилось появление БИС с программно перестраиваемой логикой. Большая интегральная схема с программно перестраиваемой логикой -это обычная БИС, т. е. электронная схема, выполненная на одной пластинке полупроводникового материала н содержащая несколько сотен тысяч, а возможно, н миллионов компонентов. Единственное отличие состоит в том, что она содержит в своем составе управляющие элементы, позволяющие настроить эту БИС на выполнение любых функций, т. е. на реализацию любой зависимости между последовательностью входных и последовательностью выходных электрических сигналов.

Слово любых имеет здесь принципиальное значение. Именно то обстоятельство, что БИС с перестраиваемой логикой способна при соответствующей настройке выполнять любые функции, делает такую схему универсальным элементом автоматики и полностью решает противоречие между степенью интеграции и требуемым объемом производства. Большие интегральные схемы с программно перестраиваемой логикой -это универсальный электронный прибор, допускающий настройку на выполнение чрезвычайно широкого круга весьма сложных функций по преобразованию последовательностей электрических ciu-валов.

Набор управляющих сигналов, настраивающий БИС с программно перестраиваемой логикой на реализацию конкретной функции, получил название микрокоманды. Дальнейшее развитие идеи программно перестраиваемой логики привело к тому, что БИС стали выполнять не одну, а последовательность микрокоманд, иначе говоря, могут реализовать алгоритм. В этой связи говорят о БИС с микропрограммным управлением, что является синонимом слов БИС с программно перестраиваемой логикой . В той же степени, в какой БИС с программно перестраиваемой логикой может быть настроена на реализацию тбой функции, БИС с микропрограммным управлением может реализовать длюбой алгоритм.

Одним из реальных воплощений БИС с микропрограммным управлением вились микропроцессоры и микропроцессорные комплекты. Всякий микропро-щессорной комплект воплощает в себе основное свойство БИС с программно перестраиваемой логикой - на его основе можно построить систему (мы так н будем говорить в дальнейшем - микропроцессорную систему), реализующую любое преобразование последовательностей электрических сигналов. Если последовательность электрических сигналов служит носителем некоторых сообщений, иначе говоря, информации, можно сказать, что на основе микропроцессорных комплектов строится система, способная перерабатывать любую информацию.

Наличие микропрограммного управления, а также ряд других сходных черт привели к тому, что в последнее время в литературе часто смешиваются понятия микропроцессорной системы н электронной вычислительной машины (ЭВМ). Появился даже термин микро-ЭВМ . Смешивать эти понятая нельзя, и вопрос здесь выходит далее за рамки чисто терминологических раз-дичий.

Повторим еще раз: микропроцессорный комплект представляет собой набор универсальных элементов для любых систем переработки информации. Будучи универсальными, они могут применяться, в частности (не всегда нан-яучшим образом), и для конструирования ЭВМ. Однако область применения микропроцессорных комплектов неизмеримо шире. Чтобы не быть голословными, укажем, к примеру, что одним из основных потребителей микропроцессорных комплектов является на сегодня бытовая техника, н вряд ли можно на-ввать ЭВМ, например, устройство автоматического управления стиральной машиной. И опять-таки дело здесь не только в названиях. В общем случае у микропроцессорных систем может отсутствовать такой важиейшнй атрибут ЭВМ, как внутреннее (системное) программное обеспечение.

Отзывы и пожелания просим присылать по адресу: IOIOOO Москва, Почтамт, ,а/я 693, издательство Радио и связь .

ГЛАВА ПЕРВАЯ. ПАМЯТЬ 1.1. Стоит ли удивляться?

Перед вами обычные наручные электронные часы с цифровым отсчетом. Вчитайтесь внимательно в инструкцию. Оказывается, кроме своих естественных функций указывать точное время н дату, а также некоторых дополнительных, например работать в качестве секундомера, часы знают и умеют еще кое-что. Например, они знают, какой день недели будет 23 февраля 2035 года и вообще любой другой день. Прн первоначальной установке достаточно ввести только сегодняшнюю дату. День недели часы установят сами и в дальнейшем будут исправно указывать день недели, пока не настанет время менять источник электропитания.

Но и это еще не все. Ввод даты или времени суток осуществляется одинаково. Сначала задаются соответствующие цифры, а затем нажимается кнопка, одна и та же в том и в другом случаях. По числу введенных цифр часы сами принимают решение: что представляют собой набранные числа и куда их надо вводить. Перечень подобных возможностей можио было бы продолжить. Выпускались, к примеру, часы, совмещенные с калькулятором, или часы, с которыми на досуге можно сыграть в крестики-ноликн. Да и зачем обязательно часы? Сегодня обычной стала стиральная машина, которую вы можете загрузить бельем, нажать нужную комбинацию кнопок и спокойно уйти из дома. К вашему возвращению белье будет выстирано, выполоскано и отжато. Обычным стал автомобиль, который сам выбирает скорость, обеспечивающую в данных условиях наибольшую безопасность движения, а заодно и минимум расхода горючего и многое-многое другое.

Окружающий нас мир постепенно насыщается вещами, про которые без кавычек (или почти без кавычек) можно говорить, что они зиают н умеют. Каким должно быть устройство, чтобы оно могло знать н уметь? Обратимся к рис. 1.1, Прежде всего нужно знать, это значит располагать определенной информацией, помнить ее. Поэтому устройство обязательно должно иметь память. Информацию, хранящуюся в памяти, надо уметь использовать, а для этого ее нужно преобразовать определенным образом. Такое преобразование выполняется специальным устройством - процессором. Знание и умение можно использовать только в том случае, если устройство обменивается информацией с внеш- рцессора

Периферийные устройства I