1• R ola i m ie js c e m ikroprocesorów w sy stem a ch ste r o w a n ia
P o stę p w z a k r e s ie t e c h n o l o g i i w ytw arzan ia'elem en tów półprzew odnikow ych d oprow adził do masowej p r o d u k c ji układów p rocesorów i p a m ię c i w d u żej s k a l i i n t e g r a c j i . P ro ceso ry wytwarzano w dużoj .> k ali i n t e g r d c j i p o w szech n ie p r z y j ę ło s i ę nazywać m ik rop rocesoram i. Obecnie produkowane s ą w S ta n a ch Z jednoczonych nawet m ik rop rocesory na je d n e j s tr u k tu r z e łą c z n ie z p a m ięcią jak n p . : INTEL 8 0 4 6 , INTEL 8748 o ra z INTEL 8 0 3 5 .
Wraz z p o ja w ien iem s i ę m ikroprocesorów u le g a zm ianie k ie r u n e k rozwoju komputerowych systemów s te r o w a n ia procesem w y tw a rza n ia . P r o je k ta n c i system ów ste r o w a n ia odchodzą od k o n c e p c ji s c e n tr a liz o w a n y c h system ów . M ikroprocesory p o zw a la ją uzysk ać w ię k szą n iż pop rzed n io niezaw odność pro
jek tow an ych system ów , z w ię k s z a ją z n a c z n ie m o ż liw o śc i fu n k cjo n a ln o system ów , a ponadto um ożliw ia
j ą tw o r z e n ie r o z m a ity c h ,n ie k o n ie c z n ie h ie r a r c h ic z n y c h k o n f ig u r a c j i ste r o w a n ia (w ie lo v ;o jśc io w o - w ie lo w y jś c io w y c h , g w ia ź d z is t y c h , p ie r ś c ie n io w y c h oraz c a łk o w ic ie s p r z ę ż o n y c h ).
A u tom atyzacja p rocesów w y tw a r z a n ia ,o p a r ta na o b e c n ie produkowanych m ik ro p ro ceso ra ch ,n a rzu ca jed n ak s z c z e g ó l n i e o s t r e wymagania na m ik r o p r o c e so r y 'z e w zględu na io h b e z p o śr e d n ią obecność w samym p r o c e s i e . M ik rop rocesory w ykazują wtedy dużą p od atn ość na z a k łó c e n ia e le k tr y c z n e i e le k t r o m a g n ety czn e, a ponadto s ą mało odporne na w s t r z ą s y , z a p y le n ie i t p . N ie s ą to jed yn e tr u d n o śc i w z a sto so w a n ia c h m ik rop rocesorów w komputerowych system ach sta r o w a n ia procesem w ytw arzan ia.
O becnie produkowane m ik rop rocesory c h a r a k te r y z u ją s i ę bowiem zb y t m ąłą s z y b k o ś c ią d z ia ła n ia , a zatem mogą być sto so w a n e t y lk o w p r o c e sa c h n ie z b y t s z y b k ic h .
D la in n y ch p o tr z e b k o r z y s tn e mogą s i ę okazać m ik rop rocesory b ip o la r n e , k tó ro s ą zn a czn ie szy b s z e od m ilcroprooesorów wykonanych te o b n o ło g ią MOS. D la produkowanych o b e c n ie m ikroprocesorów i s t n i e j ą tr u d n o ś c i z w łaściwym doborem b lo k u in t e r f a c e ' u ora z s t a b i l i z a c j ą n a p ię ć z a s ila j ą c y c h .
Masowa p rod u k cja m ikroprocesorów d o p ro w a d ziła do znacznego o b n iż e n ia k o sztó w s p r z ę t u .
M ik rop rocesory z n a la z ły w ięc z a sto so w a n ie tam, g d z ie sto so w a n ie minikomputerów b y ło n ie o p ła c a ln e . D o św ia d c zen ia zd ob yte w z a sto so w a n ia c h m ikroprocesorów w komputerowych system ach ste ro w a n ia pro
cesem w ytw arzan ia d ow iod ły jed n a k , żo i c h str u k tu r y o ra ż m o ż liw o śc i programowe powinny uwzględ
n ia ć s p e c y f ik ę te g o kieru n k u za sto so w a ń .
2 . Wymagania d o ty c z ą c e a r c h it e k t u r y ora z m o ż liw o śc i programowe m ikroprocesorów w komputerowych system ach s te r o w a n ia procesem w ytw arzania
'■■'ymagania d o ty c z ą c e zb io r u i n s t r u k c j i m ik rop rocesora
D ostęp n e o b e c n ie m ik ro p ro ceso ry mają z b io r y i n s t r u k c j i , k tó r e u m o żliw ia ją w sposób programowy wykonywanie o p e r a c j i a ry tm etyozn ych i lo g ic z n y c h na danych w ejścio w y ch i w yjściow ych sterow anego p r o c e s u . Zbiory i n s t r u k c j i m ikroprocesorów s ą wygodne w sto s o w a n iu , l e c z o k azu ją s i ę mało przy
d atn o do tw o r z e n ia n iezb ę d n y ch i n s t r u k c j i s t e r u j ą c y c h procesem .
Wiadomo, że od w s z y s tk ic h i n s t r u k c j i s t e r u j ą c y c h procesem wymaga s i ę p r o sty c h sposobów p rze
prow adzania l i n i i w ejścio w y ch ze sta n u w ysok ich n a p ię ć i dużych prądów do sta n u n is k ic h n ap ięć i m ałych prądów i o d w r o tn ie , z a le ż n ie od przeprow adzonego u p rzed n io t e s t u sta n u l i n i i w ejścio w y ch . Do c h w ili o b e cn ej in s t r u k c j e te g o ty p u , a w ięc „ t e s t u j ” i „ustaw ” s ą generowane p r z e z k o m p ilato
r y . Programowa i c h r e a l i z a c j a wymaga d osyć zn aczn ej l i c z b y i n s t r u k c j i w język u maszyny.
P roponuje s i ę aby m ik rop rocesory stosow an e w komputerowych system ach ste r o w a n ia procesem wytwa
r z a n ia m ia ły z b io r y i n s t r u k c j i s p e c j a l n i e zaprojektow ane d la ta k ic h system ów , l i s t ę typowych in s t r u k c j i do s te r o w a n ia prooesem p o d a je t a b e la 1 .
- 29
-T obola I
Typowe in s t r u k c j e do ste r o w a n ia procesom
1° CMP M,N porównaj zaw artość p am ięci z m ie js c a M z z a w a r to śc ią pom ięci z m ie j s c a N, a n a s tę p n ie sk o cz (p r z e sk o c z ) jedną in s t r u k c j ę gdy M > N, dwie in s t r u k c j o , gdy M <H, ni o sk a c z , gdy M = 1 ! ,' 2 ° SET Qj ustaw b i t w yjściow y j do sta n u 1 ,
3° RESET Qj ustaw b i t w yjśoiow y do sta n u 0 ,
4 ° TEST I j t e s t u j b i t w ejściow y j i sk ocz gdy j = 1 , 5 ° PUSH A p a m ię ta j zaw artość r e j e s t r u A na s t o s i e ,
6 ° POP A p rzesu ń zaw artość g ó rn ej c z ę ś c i s t o s u do r e j e s t r u A, 7 ° SET MASK ustaw maskę d la p r io r y t e t u poziomu przerw ań.
I s t n i e j ą r e a ln e m o ż liw o śc i s k r ó c e n ia czasu wykonywania s i ę o p e r a c j i typu „ t e s t u j ” 1 ,
j e ż e l i zapam iętyw anie se k w e n c ji s t e r u j ą c y c h , k tó r e s k ła d a ją s i ę na rozkaz s te r u ją c y p r z e r z u c i
my na układ s t e r u j ą c y m ik ro p r o ceso ra .
Wymagania d o ty c z ą c e układów s t e r u j ą c y c h m ikroprooesora
Z a le c a s i ę , aby in s t r u k c j e typu „ t e s t u j " i „ustaw" m ikroprocesorów stosow anych w komputero
wych sy stem a ch s te r o w a n ia procesem w ytw arzania b y ły pam iętane w p o m ięci jako mikroprogram.
Mikroprogram s t e r u j ą c y wymaga dodatkowych układów s t e r u j ą c y c h , k tó r e będą w y sy ła ły i o d b ie r a ły sy g n a ły s t e r u j ą c e o ra z u m ożliw ią p e łn ą s y n c h r o n iz a c ję pracy p a m ięo l 1 modułów w e j ś ę ia /w y j ś o ia z p r a c ą samego m ik r o p r o c e so r a . Układy s t e r u j ą c e m ik rop rooesora muszą być dodatkowo o d p o w ied zia l
ne za przyjm ow anie p ierw o tn y ch z g ło s z e ń p rzerw ań, k tó r e s y g n a liz u j ą m ikroprocesorow i o odebra
n iu p rzerw a n ia b ez id e n ty fik o w a n ia go z ja k ie g o u r zą d zen ia ono p o c h o d z i. Po odebraniu z g ło s z e n ia przerw an ia,m ik rok om p u ter z a w ie sz a wykonywanie z a sa d n ic z e g o programu, rozp o zn a je p rzyczynę
przerw an ia i za pomocą programu o b s łu g i przerwań o b słu g u je p rze r w a n ie .
Okazuje s i ę , że programy o b s łu g i przerwań pam iętane w p am ięoi mikroprogramowej s z y b c ie j ob
s ł u ż ą p rzer w a n ie n iż programy o b s łu g i przerwań n a p isa n e w języ k u m aszyny. Mikroprogramy o b s łu g i przerwali s ą s z y b k ie , jed n ak że trudne do m o d y fik a c ji,
W zw iązku z tym p o ja w iły s i ę r o z w ią z a n ia , w k tó r y c h p a m ię ta n ie stan u p r o c e so r a odbywa s i ę pod nadzoilem m ikroprogram u, id e n t y f ik a c j a i o b s łu g a urządzeń wykonywana j e s t p r z e z podprogramy n a p isa n o w języ k u maszyny i d o łą c z o n e do system u o p e r a c y jn e g o . Powrót p r o c e so r a do stan u przed przerw aniem odbywa s i ę pod nadzorem mikroprogramu.
Dodatkowo wymagania d o ty c z ą c e system u przerwań
O becnie produkowane m ik rop rocesory mają rozbudowane system y przerw ań, jednakże- sto so w a n ie ic h w komputerowych system ach ste r o w a n ia procesem 7/ytw arzania narzuca na n ie dodatkowe wymaga
n i a . P rzede v/szystk im powinna i s t n i e ć w ty o h system ach m ożliw ość p a m ięta n ia przerwań do c h w ili, w k t ó r e j s ą one o b s łu ż o n e , gdyż u r zą d zen ie w y s y ła ją c e p rzerw an ie może wymagać o b s łu g i ju ż po j o - dnokrotnym w y sła n iu p r z erw a n ia .
Każda l i n i a przerw ań powinna być maskowana. P rzerw an ie odebrane w c z a s ie wykonywania s i ę do
w o ln e j i n s t r u k c j i powinno być ignorowane aż do c h w i l i , gdy zoB tan io ona c a łk o w ic ie wykonana.
7? wielopoziom owym s y s te m ie przerwań powinna i s t n i e ć m ożliw ość u k ład an ia programów o b s łu g i przerwań w te n sp o só b , aby zawsze b y ło o b słu żo n e przerw an ie o najwyższym p r i o r y t e c i e .
3 . Ogólne wymagania na system y m ikroprocesorow e stosow an e do ste r o w a n ia procesem
Pod p o ję c ie m system u m ikroprocesorow ego rozum ieć s i ę tu b ę d z ie m ik rop rocesor razem z moduła
mi przerw ań, modułami w e j ś o ia , modułami w y j ś c ia , modułami p a m ięci i szyną p rzesy ło w ą w e jścio w o -w y jśc io -w ą .
- 30
- 31
- 32
-R y s . 1 . P r z y k ła d r o z w i ą z a n i a a k t y w n e j w s p ó ł p r a c y m ię d z y p o z io m e m s t e r o w a n ia p r o c e s e m , a p o z io m e m k ie r o w a n ia p r o d u k c j ą
R y s . 2 . S p o s ó b p o d ł ą c z e n ia s y s t e m u m i k r o p r o c e s o r o w e g o d o p o z io m u k ie r o w a n ia p r o d u k c j ą
- 33
_ 34
-Rys, 3.Architekturamikroprocesor!*GT 1243
- 35
36
37
oo oOJ
(J)
(0 a.
39
-6 . Podsumowanie
Z n i n i e j s z e g o opracow ania w yn ik a, że m ikroprocesory o d e g r a ją i s t o t n ą r o lę w komputerowych sy stem a ch s te r o w a n ia prooesem w ytw arzania, w s z c z e g ó ln o ś c i na p oziom ie ste ro w a n ia procesem . Mimo k ilk u n ie d o s k o n a ło ś c i te c h n ic z n y c h m ikroprooesory zn a jd u ją coraz s z e r s z e za sto so w a n ie na p o zio m ie s te r o w a n ia p rocesem . 0 pow3zeohnym sto so w a n iu m ikroprocesorów zadecydowała ic h s to su n kowo n is k a cena w porównaniu do ceny m inikomputerów.
S to so w a n ie m ikroprocesorów na n a jn iższy m p oziom ie w system ach ste r o w a n ia procesem w ytw arzania, pozw ala wprowadzać programowe r o z w ią z a n ia w szęd zie tam, g d z ie do t o j pory stosow ano ty lk o ro z
w ią z a n ia u k ład ow e. M ikroprocesory e lim in u ją w ie le hłędów p o p e łn ia n y c h p rzez c z ło w ie k a w p r o o e s ie s te r o w a n ia p rooesem .
Do s te r o w a n ia procesem produkuje s i ę o b ecn ie tzw . system y m ikroprocesorow e, k tó r e wyposaża s i ę w m ik ro p ro ceso ry produkowano p r z e z w ie le fir m św iatow yoh. Obserwujemy te n d e n c je , z k tó ry ch w ynika, że n a jw ię k s z ą s z a n s ę r e a l i z a c j i mają system y m ikroprocesorow e w ie lo w e J śc io w o -w ie lo w y j- ś o io w e , z m o ż liw o ś c ią aktywnej' w spółpracy z w iększym i komputerami ta k im i, jak n p . m inikom putery.
I s t o t n ą z a l e t ą t a k ic h system ów j e s t duża n ieza w o d n o ść. Ze w zględu na modułową s tr u k tu r ę s y s tem u, u sz k o d z e n ie jed n ego m odułu, a nawet k ilk u , n ie wprowadza is t o t n y c h zmian \v pracy c a łe g o sy stem u .
Jedną z i s t o t n y c h wad system ów j e s t ic h stosunkowo wysoka cena w porównaniu z ceną minikompu
te r ó w . Na oałym ś w ie c ie prowadzone s ą p r a c e , k tó r y c h celem j e s t p e łn a au tom atyzacja p rocesu wyt
w arzan ia na p o zio m ie ste r o w a n ia procesem za pomocą m ikroprocesorów .
P race z m ie r z a ją c e do za sto so w a n ia m ikroprocesorów na p oziom ie ste r o w a n ia procesem , z m o ż li
w o ś c ią kom unikowania s i ę z innym i komputerami, z r o d z iły k o n cep cje h ip o te ty c z n y c h m od eli mikropro
ceso ró w , k tó r e prawdopodobnie doprowadzą do wyprodukowania s p e c ja liz o w a n e g o m ikroprooeoora.
W sp ółczesn e m ik rop rocesory s ą bowiem zbyt u n iw ersa ln e i d la te g o n ie mogą być op tym aln ie wykorzys
tan e w komputerowych sy stem a ch ste r o w a n ia procesem w ytw arzania.
L it e r a t u r a
[ i ] A lfo r d C ., S le d g e R .: M icr o p r o c esso r a r c h it e c t u r e f o r d i s k r e t e , m anufacturing c o n tr o l a ) p a r t I ; H is to r y and problem d e f i n i t i o n , (IEEE T ra n sa c tio n on M anufacturing T ech n ology,
No 2 , June 1976 ) , .
b ) p a r t I I : I d e n t i f i c a t i o n o f system req u ir e m e n ts, ( IEEE T r a n sa c tio n on M anufacturing T ec h n o lo g y , No 3 , Septem ber 1 9 7 6 ) ,
o ) p a r t I I I : System A r c h ite c t u r e (IEEE T r a n sa c tio n on M anufacturing T ech n ology, No 4 , December 1976 ) .
mgr i n i . Z b ign iew POZNAŃSKI mgr M ałgorzata WOŹNIAK
I n s t y t u t Maszyn M atematyoznyoh