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  • マイコン へ行く。

*目次 [#r4fc0c9e]

#contents


*コンピュータ [#jd97e8a0]

**コンピュータの原理 [#cd36ad7e]

-プログラム内蔵
--命令をある働きを想定してルールにしたがって並べたものがプログラムで、これをメモリに格納する。
-逐次制御
--この命令を一定時間ごとに出るパルスにタイミングを合わせてひとつずつ逐次取り出して解読し、その命令通りマイコンの共通回路(ハードウェア)を働かせるわけである。

 このように、プログラムを構成する命令を取り出し(fetch)、その通りに実行(execute)する動作がコンピュータの働きの基本である。そして、このサイクルを''命令サイクル''と呼び、それに要する時間は一般に数マイクロ秒程度以下である。この一連の動作で処理される対象が''データ''である。


**コンピュータで使われる数の単位 [#l156cecd]

-[[ビット]]
-[[バイト]]
-[[ニブル]]
-[[ヘクス]]


*マイコンの生い立ち [#cd045f3f]

 1960年代半ば頃から発展しつつあった電卓は、メーカー間の激しい競争の繰り返しの中で、その回路がトランジスタから集積回路(IC)、さらに大規模集積回路(LSI)となり、ついに1個のLSIに置き換わった。

 日本の電卓メーカーは、競ってアメリカの半導体メーカーと提携して、電卓用LSIを開発して実用に供してきた。当時のアメリカの半導体メーカーは、宇宙開発や軍事目的のための研究成果としてLSI技術を持っており、その応用分野を求めていたところであった。

 初期のLSIはすべての部分において電子部品の接続(wire)で回路が作られていたので、''ワイヤードロジック(wired logic)回路あるいはランダムロジック(random logic)回路''と呼ぶ。つまり、普通の電子回路をそのままLSI化したものに過ぎなかったわけである。電卓用LSIの設計では、価格をおさえるという目的のため、部品数を少なくするという名人芸を必要とされた。よって、回路の一般性に乏しく、新機種の電卓を開発する度に回路設計をやり直し、専用のLSIを新たに作る必要があった。これでは、きわめて多くの労力・時間・費用を要し、ちょっと複雑な機能を持たせるだけでも容易なことではなかった。

 このような時代に、日本の電卓メーターのひとつであるビジコン社がプリンタ電卓用のLSIの引き合いをアメリカのIntel社に出した。当時のアメリカの半導体メーカーは、日本の電卓メーカーの言う通りのLSIを作っていたが、Intel社はもっと融通性のある方式はないかと考えた。電卓の回路をコンピュータと同じ方式にして汎用的に大量生産しておき、その機能をプログラムという形で用途に応じてメモリに蓄えるという方式が考え出された。これならば、プログラムの部分だけを変更するだけで、全体の回路機能を変えることができる。例えば、新しい電卓用のLSIを開発する必要がでたとき、プログラムだけを開発すればよく、新たに一から回路設計をする必要がなくなって、設計全体の融通性が格段に向上した。こうした方式の回路を''プログラムドロジック回路''と呼ばれる。


**ワイヤードロジック制御 vs プログラムドロジック制御 [#yb56f03a]

 マイコンを使ったプログラムドロジック回路に制御の働きをさせる場合、これを''プログラムドロジック制御あるいはマイコン制御''と呼ばれる。

 このマイコン制御の場合、命令の取り出しと実行をシーケンシャルに実行して、信号を伝達し、データを処理する。よって、その動作時間に注意が必要である。

例:1命令サイクルが5[μs]で命令数が2,000個ある場合、命令サイクルが直列に実行されるので、一連の命令を一度実行するには、次のような時間がかかってしまう。

5[μs]×2,000=10,000[μs]=10[ms] ◇

 一方、ワイヤードロジック回路は、[[ANDゲート]]/[[ORゲート]]/[[NOTゲート]]、[[フリップフロップ]]などの基本論理回路を組み合わせて構成したものである。よって、回路機能はそれらの回路の接続の仕方で一通りに固定されてしまう。ワイヤードロジックによる制御((ある入力を受けて、論理的な処理を行い、その結果を出力するような働きのこと。))を''ワイヤードロジック制御あるいはデジタル制御''と呼ばれる。

 このデジタル制御の場合、いくらでも並列(パラレル)に信号線を増やすことができる。つまり、素子の限度にまで全体の速度を上げることができるわけである。よって、デジタル制御はマイコン制御より動作速度が速いということになる。


**カスタムLSI vs 汎用LSI [#z227932b]

 従来のLSIはハードウェアをそのまま集積したもの(''カスタムLSI''と呼ぶ)なので、用途ごとにすべて専用になってしまう。これに対して、マイコンのLSIは中身がコンピュータなので、プログラムが可能で、設計の融通性(flexibility)がある。つまり、1種類のマイコンで、共通部分はそのままにして、メモリのプログラムを変更するだけで色々な用途に対応できるので、''汎用LSIあるいはプログラマブルLSI''と呼ばれる。


*マイコンの特徴 [#f183d13a]

-マイコンは半導体素子でLSIであることから
--小型・軽量で低消費電力である。
--耐環境性があり、信頼性が高い。
--低価格である。
-マイコンはコンピュータでプログラマブル(融通性)であることから
--仕様やシステムの変更・拡張に対して柔軟性がある。
--開発期間の短縮と多品種小中量生産に対応できる。


*マイコンの種類 [#a044fb76]

-[[ワンチップマイコン]]
--1つの素子でマイコンの基本機能をすべて含むもの。
-[[ワンボードマイコン]]
--ワンチップのCPUを中心にして、メモリやI/OポートなどのICやLSIを使用してマルチチップのマイコンシステムとして組まれたもの。
--広義の意味でマイコンといえば、ワンチップマイコンとワンボードマイコンを指す。
-完成品マイコン
--パソコンのこと。
--ワンチップマイコンとワンボードマイコンの応用品のひとつといえる。


*参考文献 [#i852b8cc]

-『制御基礎講座5 プログラム学習によるマイコン制御 基礎編』