ринципы построения микропроцессорных систем
В основу построения МПС-систем положено три принципа:
магистральности;
модульности;
микропрограммного управления.
Принцип магистральности определяет характер связей между функциональными блоками МПС — все блоки соединяются с единой системной шиной.
Принцип модульности состоит в том, что система строится на основе ограниченного количества типов конструктивно и функционально законченных модулей. Каждый модуль МПС имеет вход управления третьим (высокоимпедансным) состоянием.
Принцип микропрограммного управления состоит в возможности осуществления элементарных операций — микрокоманд (сдвигов, пересылок информации, логических операций). Используя определенные комбинации микрокоманд, можно создать технологический язык, т. е. набор команд, который максимально соответствует назначению системы. В секционных процессорах набор микрокоманд можно изменить, используя другие микросхемы памяти микрокоманд.
Принцип микропрограммного управления состоит в возможности осуществления элементарных операций — микрокоманд (сдвигов, пересылок информации, логических операций). Используя определенные комбинации микрокоманд, можно создать технологический язык, т. е. набор команд, который максимально соответствует назначению системы. В секционных процессорах набор микрокоманд можно изменить, используя другие микросхемы памяти микрокоманд.
Обобщенная структурная схема МПС показана на рис. 1.4.
В состав МПС входят:
центральный процессор (ЦП);
ПЗУ;
ОЗУ;
система прерываний;
таймер;
устройства ввода/вывода (УВВ).
Устройства ввода/вывода подключаются к системной шине через интерфейсы ввода/вывода.
Постоянное и оперативное запоминающие устройства образуют систему памяти, предназначенную для хранения информации в виде двоичных чисел. Постоянное запоминающее устройство предназначено для хранения программ управления, таблиц, констант; ОЗУ — для хранения промежуточных результатов вычислений.
Память организована в виде массива ячеек, каждая из которых имеет свой адрес и содержит байт или слово. Байтом называется группа из 8 бит, а слово может иметь любую длину в битах. Наиболее часто под словом понимают двоичное число длиной два байта. Для обращения к ячейке памяти необходимо выдать ее адрес на шину адреса. На рис. 1.5 изображена структура памяти с 8 однобайтными ячейками, где каждому адресу отвечает определенное содержимое ячейки. Так, ячейка с адресом ООО имеет содержимое 010111112 = 5F16.
Сегментом называется область памяти, которая начинается с любого адреса, кратного 16, и занимает до 64 Кбайт. Существуют три основных сегмента:
сегмент кодов;
сегмент данных;
сегмент стека.
Модуль центрального процессора осуществляет обработку данных и управляет всеми остальными модулями системы. Центральный процессор, кроме БИС МП, содержит схемы синхронизации и интерфейса с системной шиной. Он осуществляет выборку кодов команд из памяти, дешифрует их и выполняет. В течение времени выполнения команды — командого цикла — ЦП выполняет такие действия:
Выставляет адрес команды на шину адреса АВ.
Получает код команды из памяти и дешифрует его.
Вычисляет адрес операнда и считывает данные.
Выполняет операцию, определенную командой.
Воспринимает внешние управляющие сигналы, например, запрос прерываний.
Генерирует сигналы состояния и управления, необходимые для работы памяти и УВВ.
Устройства ввода/вывода или внешние устройства — это устройства, предназначенные для ввода информации в МП или вывода информации из него. Примерами УВВ являются дисплеи, печатающие устройства, клавиатура, цифро-аналоговый и аналогоцифровой преобразователи, реле, коммутаторы. Для соединения УВВ с системной шиной их сигналы должны соответствовать определенным стандартам, что реализуется с помощью интерфейсов ввода/вывода.