Файл: Программа для эвм это упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке.docx

различают МП:

• синхронные;

• асинхронные.

---

9. Организация магистрали микропроцессорной системы. Трехшинная магистраль с раздельными шинами передачи адреса и данных.

На физическом уровне МП взаимодействует с памятью и периферийными устройствами через единый набор системных шин – внутрисистемную магистраль. В общем случае магистраль обеспечивает три вида передачи данных:

1. процессор – память;

2. процессор – интерфейс периферийного устройства;

3. память – интерфейс периферийного устройства (канал прямого доступа к памяти).
Рассмотрим первые два вида (прямого доступа к памяти рассматривается в отдельной теме). В обоих случаях передачей данных управляет МП. Память и интерфейс по управляющим сигналам от процессора осуществляют передачу данных. Направление передачи данных определяется МП. Пересылка данных внутрь процессора называется считыванием (вводом), обратный процесс – записью (выводом).

В общем случае магистраль микропроцессорной системы состоит из набора шин. Шиной системы называют физическую группу линий передачи сигналов, имеющих схожие функции в рамках системы. Стандартная структура магистрали микропроцессорной системы включает три шины:

1. шина данных DB (Data Bus);

2. шина адреса (адресная шина) AB (Address Bus);

3. шина управления CB (Control Bus).
Магистраль такого типа называется трехшинной с раздельными шинами передачи адреса и данных.

Шина данных. По этой шине производится обмен данными между МП и другими устройствами системы – памятью и периферийными устройствами. Шина данных является двунаправленной. Имеется возможность установки выходов в третье отключенное состояние. Хотя передача данных по шине данных может производиться в обоих направлениях, однако в каждый момент времени она осуществляется лишь в одном направлении, причем, по всем разрядам шины в одном и том же, т.е. в любой момент по всем линиям шины данные могут либо только вводиться либо только выводиться. Обычно разрядность шины данных и длину слов, обрабатываемых в МП (разрядность машинного слова МП), выбирают одинаковыми. В любом случае ширину шины данных выбирают кратной целому числу байтов, причем это число, как правило, представляет собой целую степень числа 2.

---

Шина адреса. Используется для передачи физического адреса ячейки памяти или порта ввода/вывода, к которым осуществляется обращение. Эта шина предназначена для того, чтобы выбирать правильный тракт для электрического соединения в пределах микропроцессорной системы. Шина адреса является выходной по отношению к МП. Разрядность адресной шины определяет наибольшее число адресов, к которым может обращаться МП. Если разрядность адресной шины МП равна m, то он способен адресовать пространство физической памяти и пространство ввода/вывода объемом 2m.

Шина управления. Служит для передачи сигналов управления обменом данными через магистраль и работой микропроцессорной системы. Как правило, часть этих сигналов является выходными, а другая часть – входными сигналами. Однако некоторые линии шины управления могут быть двунаправленными. Линии шины управления объединяются в группы по функциональному назначению. Конкретный состав сигналов шины управления зависит от типа МП. Отметим наиболее типичные из них:

• сигналы тактирования и синхронизации. Обеспечивают тактирование работы микропроцессора. Все события в системе привязываются к какому-либо фронту этих сигналов;

• четность данных. Сигналы на этих линиях определяют признаки паритета данных, передаваемых по шине данных, и используются для обнаружения ошибок, возникших в процессе передачи. Как правило, на каждый байт шины данных отводится отдельный сигнал;

• сигналы определения цикла магистрали. Указывают тип выполняемого цикла магистрали. Они разделяют циклы записи и циклы чтения, циклы данных и циклы управления, циклы обращения к памяти и циклы ввода/вывода, а также некоторые другие;

• сигналы управления магистралью. Определяют начало цикла магистрали, управляют передачей и разрядностью данных, завершением цикла магистрали;

• сигналы управления состоянием процессора. Изменяют состояние МП в ходе выполнения или перед выполнением программы. Используются для распределения функций управления магистралью между несколькими активными устройствами, при обработке прерываний, сбросе и инициализации.

10. Циклы обращения к магистрали.

Команды и данные передаются между МП и другими устройствами системы в ходе операции обмена, которая может включать один или несколько магистральных циклов, т.е. физический обмен через магистраль выполняется словами определенной разрядности в виде следующих друг за другом обращений к магистрали. Время осуществления одного считывания, записи, ввода или вывода называется

---

циклом обращения к магистрали или просто циклом магистрали (циклом шины). За один цикл обращения к магистрали между МП, памятью или периферийным устройством передается одно слово. Такие циклы обращения к магистрали называются простыми. Таким образом, циклы магистрали обеспечивают доступ к пространству физической памяти и пространству ввода/вывода.

Существует несколько типовых циклов магистрали. Основные циклы магистрали связаны с возможными операциями, выполняемыми в микропроцессорной системе. К ним относятся циклы чтения и записи. При совмещенном вводе/выводе по этим циклам осуществляется как обращение к памяти, так и к портам ввода/вывода. При изолированном вводе/выводе эти циклы разделяются на циклы обращения к памяти и цикла обращения к портам ввода/вывода. Поэтому в микропроцессорной системе с изолированным вводом/выводом выделяется четыре основных цикла:

• цикл чтения из памяти;

• цикл записи в память;

• цикл ввод из порта ввода;

• цикл вывода в порт вывода.
В случае гарвардской архитектуры вводится также цикл чтения памяти программ.

Основными сигналами, связанными с выполнением приведенных выше циклов магистрали, являются сигналы двух типов:

• сигналы управления записью/чтением, связанные с обращением к памяти;

• сигналы управления записью/чтением (вводом/выводом), связанные с обращением к портам ввода/вывода.
Когда применяется изолированный ввод/вывод, используются четыре управляющих сигнала:

• чтение данных из памяти MEMRD;

• запись данных в память MEMWR;

• ввод данных из порта ввода IORD;

• вывод данных в порт вывода IOWR.
Для гарвардской архитектуры добавляется сигнал чтение памяти программ PMEN.

Сигналы MEMRD, MEMWR, IORD, IOWR, PMEN являются как сигналами, определяющими цикл магистрали, так и управляющими синхронизирующими сигналами, показывающими, в какой интервал времени в цикле шины должна осуществляться соответствующая операция, т.е. стробирующими сигналами.

В случае ввода/вывода с отображением на память порты ввода/вывода и память не различаются по способу доступа, поэтому можно использовать два стробирующих сигнала RD и WR.

Кроме рассмотренной существуют системы с другим составом управляющих сигналов, например, с тремя управляющими сигналами:

• MEM/IO, RD, WR. Сигнал MEM/IO указывает, к какому из пространств (памяти или ввода-вывода) осуществляется обращение в данном цикле (выбор пространства), т.е. разделяет циклы обращения к памяти и циклы ввода/вывода, RD – строб чтения, WR – строб записи. Оба эти сигнала являются общими как для памяти, так и для портов ввода/вывода;

---

• MEM/IO, RD/WR, STRB. Сигнал RD/WR указывает, является ли данный цикл циклом записи или циклом чтения (выбор операции чтения или записи), т.е. разделяет циклы чтения и циклы записи, STRB – строб, используемый как для чтения, так и для записи.
Если шина данных МП является многобайтной (например, в 16-разрядном МП шина данных состоит из двух байт, в 32-разрядном МП – из четырех и т.д.), то удобно обращение к определенному байту в слове осуществлять с помощью специальных управляющих сигналов. Каждый из этих сигналов выбирает определенный байт шины данных. В этом случае младшие разряды шины адреса становятся не нужными, и они не используются. Оставшиеся старшие разряды адресной шины адресуют многобайтное слово. Так, в 16-разрядной системе отсутствует самый младший разряд A0 шины адреса, и оставшиеся разряды адреса адресуют 16-разрядное слово, а два управляющих сигнала обеспечивают обращение к старшему BHE и младшему BLE байтам шины данных. При этом память состоит из двух параллельно работающих блоков, один из которых хранит старшие байты, а второй – младшие байты всех слов. Аналогично в 32-разрядной системе адресная шина не имеет двух младших разрядов A1, A0, и оставшиеся разряды адреса адресуют 32-разрядное слово, а четыре управляющих сигнала BE3-BE0 прямо определяют выбираемые байты внутри этого слова. При этом память состоит из четырех параллельно работающих блоков, каждый из которых хранит соответствующие байты всех слов.

---