Совершенствование технологии производства ИС позволяет существенно сократить их размеры. Ожидается, что совершенствование этого процесса будет продолжаться. В середине 80-х гг. в производстве были освоены большие интегральные схемы (БИС). На кристаллах БИС стали выполняться микропроцессоры. Хотя БИС и отличаются большей компактностью по сравнению с ИС, выпускавшимися ранее, — малой степени интеграции и средней степени интеграции, — кристаллы БИС не являются пределом в технологии производства ИС. Уже созданы еще более компактные схемы — сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) и интегральные схемы со степенью интеграции выше сверхвысокой* (XLSI). Очевидной целью миниатюризации схем является повышение их компактности, с тем чтобы их можно было встраивать в малогабаритные устройства, такие как часы, калькуляторы и некоторые роботы. Однако компактность в действительности не является первоочередной целью. По мере уменьшения габаритных размеров ИС увеличивается их быстродействие и снижается потребление электроэнергии, при этом снижается и их стоимость.
Технические требования к микропроцессору, предназначенному для использования в производстве, включают условие возможности изменения содержимого ПЗУ в некоторых пределах. Например, может оказаться желательной возможность программирования микропроцессора не у производителя, а у пользователя. При этом возникает противоречие между поставленным требованием и невозможностью программирования ПЗУ. Указанному требованию перепрограммирования ПЗУ пользователями микропроцессора удовлетворяет память типа ППЗУ — программируемое постоянное запоминающее устройство. Противоречие здесь возникает лишь однажды, поскольку после программирования ППЗУ пользователем последнее становится постоянным.
Однако при использовании в промышленности в некоторых случаях возникает противоречие, заключающееся в том, что при совершенствовании или коррекции технологического процесса, управляемого с помощью микропроцессора, требуется внесение изменений в программное обеспечение, хранящееся в ППЗУ. В соответствии с этим требованием производства было разработано стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство — СППЗУ. Цена СППЗУ несколько превышает цену ППЗУ. Однако СППЗУ играют чрезвычайно большую роль при автоматизации производства, позволяя производить отладку программ на языке ассемблера для автоматизированных установок и роботов при очень низких затратах на технические средства. Процедура перепрограммирования кристалла СППЗУ предусматривает снятие ИС с печатной платы и экспонирование кристалла под ультрафиолетовыми лучами высокой интенсивности в течение нескольких минут. При переналадке эксплуатируемого автоматизированного оборудования затраты на перепрограммирование СППЗУ являются значительными. Однако такие затраты включаются в стоимость переналадки, а длительность автоматизированного технологического цикла достаточно велика, чтобы оправдать затраты на такую переналадку. Таким образом, СППЗУ применяется в управлении роботами и автоматизированными установками при длительных циклах работы без переналадки. При переналадке в таком случае не требуется замены технических средств, необходимой при жесткой автоматизации.
Существует еще один тип запоминающего устройства, применяемого в микропроцессоре, — электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ЭППЗУ). ЭППЗУ, отличаясь от СППЗУ значительно большей стоимостью, обладает преимуществом, которое заключается в возможности перепрограммирования кристалла, находящегося на печатной плате. Перепрограммирование ЭППЗУ осуществляется почти столь же просто, как и ЗУПВ. Если ЭППЗУ является стираемым, как и ЗУПВ, то возникает вопрос: почему в таком случае просто не использовать ЗУПВ? Ответ состоит в том, что ЭППЗУ может быть энергонезависимым, т. е. данные, хранящиеся в этой памяти, не могут быть стерты автоматически при отключении напряжения, подаваемого на кристалл ИС. К сожалению, ЗУПВ обычно энергозави-симо и, как правило, применяется для хранения данных промежуточных расчетов, а также технологических данных, потеря которых допускается при снятии напряжения питания. Энергонезависимость микропроцессорной памяти является очень большим преимуществом, особенно для хранения управляющих программ или программ постоянных циклов для роботов и автоматизированного оборудования.
Контроль качества в производстве ИС играет решающую роль. При производстве первых ИС на кремниевых пластинах удавалось получить один годный кристалл на 20 бракованных. Такой низкий уровень качества считался приемлемым, поскольку осуществлялся контроль каждого кристалла. Совершенствование технологического процесса постепенно увеличило производительность при изготовлении пластин в единицах годных кристаллов. Это привело к существенному снижению стоимости ИС и соответственно изделий, выполненных на основе ИС. Повышение производительности с 5 до 50 % приводит к снижению стоимости ИС на 90 %, т. е. в 10 раз. Неудивительно, что электронные калькуляторы, часы и микроЭВМ существенно подешевели в 80-е гг.
Использование шестиадцатеричной системы счисления представляет известные трудности для программиста, обеспечивающего программирование микропроцессора. Однако эта система счисления является не столь сложной, как это может показаться на первый взгляд. Удобство применения этой системы счисления связано с выполнением равенства 24 = 16, которое означает, что любое четырехразрядное двоичное число может быть представлено одноразрядным шестнадцатеричным числом. В этом случае широко применяемые в микропроцессорах слова объемом восьми двоичных разрядов (один байт) могут быть представлены двумя шестнадцатерич-ными разрядами. В некоторых моделях микропроцессоров все шире начинают применяться двоичные 16-разрядные (двухбайтные) слова, которые достаточно просто представляются в шестнад-цатеричном коде, т. е. 16-разрядное слово может быть представлено четырьмя шестнадцатеричными разрядами.
В структуре 16-разрядного числа для представления первых десяти знаков используются обычные десятичные цифры (от 0 до 9). В остальной части структуры используются шесть дополнительных символов в виде первых шести букв латинского алфавита (с А по F). Таким образом, шестнадцатеричная система счисления, которая представляется начинающему программисту столь сложной, на самом деле является простой. В табл. 14.1 приведены шестнадцатеричные символы с эквивалентами в десятичной и двоичной системах счисления.
Хотя существуют различия между ЭВМ и микропроцессором, в состав последнего должны входить функциональные элементы центрального процессора ЭВМ, ограниченная память, а также средства обмена цифровой информацией между компонентами микропроцессора, между микропроцессором и внешними устройствами (однако не обязательно периферийными устройствами, как это имеет место в микроЭВМ). Рассмотрим структуры компонентов, из, которых состоит микропроцессор. Остановимся на особенностях, которые ставят микропроцессор для инженеров по робототехнике и автоматизации производства в ряд важнейших устройств.