Запеклі суперечки про те, який М К краще, давно перейшли в розряд філософських. Прихильники крайніх точок зору сходяться на тому, що кожен М К призначений для виконання свого кола завдань, причому дуже часто ці «кола» взаємно перетинаються. Фірми, іготавлівающіе МК, підглядають один у одного новинки і швидко впроваджують їх у виробництво. Таким чином з'являються на світ функціонально однакові МК-двійнята, а разом з ними і конструкції-двійники, що відрізняються між собою тільки мікросхемою керуючого контролера.

Усталеної класифікації МК на сьогоднішній день не існує. Це відносно новий і бурхливо розвивається клас електронних приладів, тому має пройти якийсь час, щоб система структуризувати.

З основних «классообразующіх» ознак можна виділити наступні.

1. Класифікація МКПЗ розрядності шини даних ЦПУ:

• 4-бітні (Atmel MARC4, Winbond W742, NEC uPD75 тощо);

• 8-бітові (Intel MCS-48, Intel MCS-51, Atmel ATtiny / ATmega / ATXmega, Microchip PIC12/16/18, Zilog Z86 тощо);

• 16-бітові (Intel MCS-96, Texas Instruments MSP430, Motorola 68HC16, Fujitsu MB90, Infineon C16, Mitsubishi M16C, Microchip PIC24 тощо);

• 32-бітові (Atmel ARM, Fujitsu MB91, NEC V850, NXP LPC2xxx та ін.)

У наведену класифікацію не увійшли окремі тупикові гілки розвитку прогресу, що підкреслює справедливість фрази: «Немає правил без винятку». Так, наприклад, МС14500 фірми Motorola мав розрядність 1 біт, набір команд з 16 інструкцій, і був здатний працювати з необмеженим обсягом пам'яті. Але на ринку його давно вже не видно й у чергу за ним розробники не ставали.

Для любительської апаратури, природно, відбирають щось простіше, дешевше і з меншою розрядністю (однак не настільки малою як морально застарілі 4 біти). Найпопулярнішими на сьогоднішній день вважаються 8-бітові МК. Професіонали воліють розрядність вище.

Родоначальником 8-бітних МК є фірма Intel, освоїла лінійку базових сімейств MCS-48, MCS-51, MCS-251. Вони склали гідну конкуренцію панував у ті роки мікропроцесорах. Надалі фірма Intel переключилася на виробництво виключно 16-бітних моделей, і, до її честі, не стала в судовому порядку забороняти клонування MCS-сумісних контролерів сторонніми розробниками.

Цьогорічними лідерами продажів серед 8-бітних МК є фірми Atmel і Microchip. Вони далеко випереджають найближчих конкурентів.

2. Класифікація МКПЗ архітектурі обчислювальної системи:

• CISC (Complex Instruction Set Computing);

• RISC (Reduced Instruction Set Computing).

Перші МК мали стандартну CISC-архітектуру, яка застосовувалася в настільних комп'ютерах того часу. Особливості CISC: команди виконуються по черзі один за одним і мають різну довжину і структуру. Вибірка команди з пам'яті здійснюється побайтно і виконується за кілька тактів. CISC-архітектуру мають: МК із сімейства Motorola НС05/НС08, МК з ядром MCS-51, МК із сімейства Infineon С500 і ряд інших.

На початку 1980-х років була розроблена нова архітектура з багатообіцяючою назвою RISC (абревіатуру запропонував Д. Паттерсон з Каліфорнійського університету в м. Берклі, США). Основна ідея полягає в заміні складних команд однотипними простими і виконанні їх єдиним потоком на паралельному конвеєрі. Всі команди мають фіксовану довжину і в ідеалі повинні виконуватися за один, а не за кілька, тактів, чим досягається підвищену швидкодію.

Одним з перших МК з архітектурою RISC став PIC-контролер 16С54 фірми Microchip. Завдяки високій продуктивності і трьом десяткам легко запам'ятовуються команд, PIC-контролери швидко завоювали популярність у всьому світі. Незабаром їх приклад наслідували розробники з фірм Atmel, Scenix та ін

   

   

RISC-архітектура в МК зараз поза конкуренцією. Навіть новітні клони контролерів, які мають сумісність з MCS-51, відрізняються від прабатьків в першу чергу зміною архітектури. Це чітко простежується на прикладі продукції фірми Atmel – «стара» мікросхема АТ89С2051 (CISC) проти поліпшених «нових» мікросхем AT89S2051, AT89LP2052 (RISC).

З точки зору принципів конструювання обчислювальних систем виділяють Прінстонському і гарвардську архітектури. Обидві назви пов'язані з однойменними університетами в США.

Прінстонському архітектура була розроблена Джоном фон Нейманом і незалежно від нього академіком С. О. Лебедєвим. У ній використовується спільна пам'ять для зберігання програм і даних (Мал. 1.8). Основна перевага полягає у спрощенні схемотехніки ЦПУ і в гнучкості розподілу ресурсів між областями пам'яті.

Особливістю гарвардської архітектури є наявність роздільних адресних просторів для зберігання команд і даних (Мал. 1.9). Ця архітектура майже не використовувалася до кінця 1970-х років, поки розробники МК нарешті зрозуміли, що саме вона дає їм певні переваги. Зокрема, аналіз реальних програм показує, що обсяг пам'яті даних МК, використовуваний для зберігання проміжних результатів, приблизно на порядок менше необхідного обсягу пам'яті програм. Значить, можна скоротити розрядність шини даних, зменшити число транзисторів в мікросхемі, а заодно і прискорити доступ до інформації відразу в обох «півкулях» пам'яті. Як наслідок, зараз більшість сучасних МК використовують RISC-архітектуру гарвардського типу.

3. Класифікація МК по фірмових платформ.

Слово «платформа» увійшло в побут як засіб позначення комплексу, що складається з внутрішньофірмових стандартів, технологій, конструктивних особливостей, запатентованих «ноу-хау». Наприклад, фірми Atmel і Silicon Laboratories сповідують різну ідеологію в архітектурі мікропроцесорної системи, різну схемотехніку і технологію виготовлення транзисторних елементів пам'яті, різний підхід до засекречування засобів налагодження та програмування. В результаті їх МК мають відмінності в електричних параметрах, сферах застосування, ринкової популярності.

Для прикладу на Рис. 1.10 представлені основні зарубіжні виробники, що характеризуються чітко визначеними платформами.

   

4. Класифікація МКПЗ виконуваних функцій:

• універсальні;

• спеціалізовані.

Першими з'явилися М До загального призначення з універсальним набором функцій. У «джентльменський набір» їх апаратних вузлів входили: порти вводу / виводу, таймери / лічильники, канал послідовного доступу UART, аналоговий компаратор. У міру вбудовування МК в різні побутові прилади, з'ясувалося, що більшість функцій у них «простоює», а на виконання специфічних завдань витрачається занадто багато машинного часу. Для заповнення утворилася ніші були розроблені спеціалізовані МК, «заточені» під конкретні сфери застосування, наприклад, для драйвера крокового двигуна, для МРЗ-декодера, для підключення символьного РКІ, для адаптера Ethernet і т.д.

Сучасні універсальні МК запозичили від спеціалізованих побратимів вельми корисні інтерфейси: Serial Bus, SPI, USB, CAN. Більше того, модуль широтно-імпульсного модулятора (ШІМ) і внутрішній АЦП перейшли з розряду чудасій в обов'язкову специфікацію параметрів багатьох МК. На черзі – ЦАП, Ethernet, осередки ПЛІС.

Діапазон радіоаматорських розробок настільки великий, що необхідний набір апаратних вузлів заздалегідь не вгадаєш. Тому практичніше використовувати універсальні МК. Надалі перехід на спеціалізовані контролери буде відбуватися набагато легше, оскільки методологія у них спільна.

5. Класифікація за домами 8-бітних МК:

• ядро ??MCS-51 – АТ89Сх051, АТ89С5х, AT89S (Atmel), DS89 (Maxim / Dallas);

• ядро ??AVR – ATtiny, AT90S, ATmega, ATXmega (Atmel);

• ядро ??PIC – PIC10, PIC12, PIC16, PIC18 (Microchip).

• ядро ??SX – SXxxx (Ubicom, раніше Scenix);

• ядро ??68HC – 68HC08, 68HC12 (Freescale Semiconductor, раніше Motorola);

• ядро ??ST – ST62, ST7 (STMicroelectronics, раніше SGS-THOMSON);

• ядро ??CIP-51 – C8051 (Silicon Laboratories, раніше Cygnal Integrated);

• ядро ??8052 – W78E516 (Winbond);

• ядро ??«ТЕСЕЙ» – KP1878BE1 («Ангстрем»).

Такі поняття як «сімейство», «платформа», «ядро», «архітектура» у різних джерелах трактуються по-різному. Іноді їх просто вважають синонімами, що в більшості випадків не принципово. Однак для визначеності пропонується використовувати такі терміни.

«Ядро» – базовий пристрій внутрішньої обчислювальної системи. Ядро визначає систему команд, шинний інтерфейс, архітектуру пам'яті, тобто корінні відмінності «обчислювачів» один від одного. Розрізняють МК з ядром MCS-51, AVR, ARM7, ARM9, PIC16, PIC18 і т.д. Процесорний ядро ??може бути однаковим, а фірми-виробники – різними.

«Сімейство» – група мікросхем, що мають одне ядро, у яких приблизно однаковий набір програмних і периферійних функцій. Сімейство може розбиватися на дрібніші підродини.

«Серія», «лінійка» – це фірмовий бренд або рекламний слоган, наприклад, серія «Classic», серія «tinyAVR», лінійка «MegaPIC». Зустрічаються і про-щенниє назви на кшталт «лінійка 16-бітних МК загального призначення».

«Модель» – кілька мікросхем одного сімейства, що розрізняються між собою другорядними цифрами (літерами) у назві, що визначає різний температурний діапазон, тактову частоту, варіант корпусу, харчування.

Приклад 1. Мікросхема AT89S51-33PI відноситься до платформи Atmel, архітектурі CISC гарвардського типу, ядру MCS-51, сімейству AT89S, моделі AT89S51. Напис «ЗЗ-PI» означає максимальну тактову частоту 33 Мгц, DIP-корпус і індустріальний діапазон робочих температур.

Приклад 2. Мікросхема ATmegal28L-8AU відноситься до платформи Atmel, архітектурі RISC гарвардського типу, ядру AVR, серії MegaAVR, сімейству ATmega, моделі ATmega 128. Напис «L-8AU» визначає електричні, частотні, температурні і конструктивні параметри.

Приклад 3. Мікросхема PIC18LF2455-I/SP відноситься до платформи Microchip, архітектурі RISC гарвардського типу, ядру PIC18, сімейству PIC18F, моделі PIC18F2455. Буква «L» вказує на розширений діапазон харчування, а напис «I / SP» визначає температурний діапазон і тип корпусу мікросхеми.

   
Джерело:
Рюмік С.М. 1000 і одна мікроконтроллерной схема. (Випуск 1)