Реклама:

Третий пример разительно отличается и от первого (Pentium 4 для персональных компьютеров), и от второго (UltraSPARC III для серверов). Микросхема 8051 применяется во встроенных системах. Ее история началась в 1976 году - к тому моменту уже в течение двух лет на рынке доминировала 8-разрядная модель 8080. Производители бытовых устройств к тому времени практиковали разработку приборов под управлением 8080, однако для этого требовался процессор 8080, один или несколько модулей памяти и, опять же, одна или несколько микросхем ввода-вывода. Совокупная стоимость трех (как минимум) микросхем и затраты, связанные с их соединением, были весьма велики, в связи с чем эти решения применялись только в сложных и дорогих устройствах. Таким образом, со стороны производителей бытовых приборов сформировался спрос на микросхемы, совмещающие блоки процессора памяти и ввода-вывода, который компания Intel не замедлила удовлетворить.

В результате появилась модель 8748 - микроконтроллер на основе 17 ООО транзисторов, состоящий из процессора наподобие 8080, постоянной памяти емкостью 1 Кбайт для размещения программы, оперативной памяти на 64 байт для размещения переменных, 8-разрядного таймера и 27 шин ввода-вывода, управляющих переключателями, кнопками и световыми индикаторами. Несмотря на вопиющую простоту выполнения, микросхема пользовалась коммерческим успехом, что побудило Intel выпустить в 1980 году новую модель - 8051. В ней были предусмотрены 60 000 транзисторов, значительно более быстрый, чем в 8748, процессор, 4 Кбайт постоянной и 128 байт оперативной памяти, 32 шины ввода-вывода, последовательный порт и два 16-разрядных таймера. Вскоре вышли и другие модификации микросхемы, сформировавшие семейство микроконтроллеров MSC-51 (табл. 1.5).

Таблица 1.5. Члены семейства MSC-51

Микросхема

Память

Тип памяти

RAM

Таймеры

Прерывания

 

программ,

       
 

Кбайт

       

8031

 

8051

ROM

8751

EPROM

8032

 

8052

ROM

8752

EPROM

Все упомянутые микросхемы снабжались модулями постоянной памяти для программ и (в небольших объемах) оперативной памяти (Random Access Memory, RAM) для данных. В моделях 8031 и 8032 память программ была внешней, что позволяло при необходимости превысить порог 8 Кбайт. Типы памяти ROM (Read-Only Memory - постоянная память) и EPROM (Erasable Programmable ROM - стираемая программируемая постоянная память) мы рассмотрим в главе 3. Пока что достаточно определить модели 8051 и 8052 как микроконтроллеры на одной микросхеме, предназначенные для установки в бытовых приборах. Каждая партия выполняется по индивидуальным спецификациям заказчика (производителя бытовых устройств) и снабжается его программным обеспечением.

Для создания этого самого программного обеспечения заказчику нужна система разработки. Эту проблему решают модели 8751 и 8752. Значительно превосходя по цене 8051 и 8052, они предусматривают возможность тестирования программного обеспечения заказчика. В случае обнаружения в коде ошибки программу можно стереть путем ультрафиолетового облучения микросхемы. Впоследствии, после устранения ошибок, программу можно записать заново. Когда ПО признается полностью готовым, оно передается производителю микросхем, который изготавливает специальные версии моделей 8051 и 8052 с прошитым кодом.

По своей архитектуре, интерфейсам и методам программирования все члены семейства MCS-51 очень схожи, поэтому обобщенно назовем их "8051", при необходимости указывая на специфику той или иной микросхемы.

Быть может, кому-то покажется, что приводить в качестве примера 8-разрядную микросхему, выпущенную больше 20 лет назад, не слишком разумно. Однако на то есть веские причины. Годовой объем продаж микроконтроллеров в настоящее время достигает 8 миллиардов в год, и эта цифра продолжает расти. Процессоров Pentium за год продается на несколько порядков меньше. При этом лишь в 2001 году 8-разрядные микропроцессоры стали продаваться лучше 4-разрядных. Сегодня по объему продаж 8-разрядные микроконтроллеры превосходят все остальные категории микроконтроллеров вместе взятые, а семейство MCS-51 из них наиболее популярно. С учетом того, что важность встроенных систем постоянно растет, любому, кто желает изучить архитектуру компьютеров, следует познакомиться с устройством соответствующих микросхем. Поскольку 8051 - одна из самых популярных моделей этой категории, именно ее мы рассматриваем в качестве примера.

Успех модели 8051 объясняется несколькими моментами. Решающим фактором, конечно, является цена. В зависимости от объема заказа цена за одну микросхему 8051 колеблется от 10 до 15 центов, а для особо крупных партий она может быть и ниже. Для сравнения, 32-разрядные микроконтроллеры обычно стоят в 30 раз больше, а 16-разрядные - примерно в 15 раз. В структуре себестоимости продуктов, которые продаются на конкурентных рынках по цене менее 50 долларов, выигрыш в 2 доллара может оказать решающее влияние на уровень продаж.

Далее, производством микросхем 8051 по лицензии Intel занимаются с десяток компаний. Они выпускают разные варианты микросхем в диапазоне тактовых частот от 12 до 100 МГц, внедряя новые технологии производства и упаковки. Такая конкуренция, во-первых, способствует снижению цен, во-вторых, упрощает жизнь заказчикам, которые не попадают в зависимость от одного поставщика.

Поскольку микросхемы 8051 выпускаются уже очень давно, программное обеспечение для них имеется в изобилии - в частности, ассемблеры, компиляторы для С и других языков, разнообразные библиотеки, программы моделирования и тестирования, отладчики и многое другое. Рынок не знает недостатка и в комплексных системах разработки, значительно ускоряющих создание встроенных аппаратных и программных средств. Наконец, с архитектурой 8051 знакомы очень многие программисты и разработчики аппаратных средств, а следовательно, поиск квалифицированного персонала не составляет проблемы.

По причине огромной популярности микросхем 8051 исследователи встроенных систем часто выбирают их в качестве основного объекта изучения - в частности, на их основе нередко проводится тестирование новых технологий [136] и методов обеспечения отказоустойчивости [128].

В Интернете представлено огромное количество ресурсов, посвященных микросхемам 8051. Рекомендуем начать с сайта www.8051.com. Кроме того, по этой теме до сих пор выходят новые книги [15, 36, 134, 139].

Знакомство с микросхемой UltraSPARC III || Оглавление || Единицы измерения