Файл: 1. Основные параметры и характеристики логических элементов.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 309
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
В многокристальных МП, реализуемых на нескольких БИС, операционное устройство часто строится из отдельных секций, выполняющих операции над несколькими разрядами. Каждая секция выпускается в виде БИС, параллельное включение которых позволяет обрабатывать операнды требуемой разрядности. Таким образом можно получить МП с любым необходимым числом разрядов. Такие МП с наращиваемой разрядностью называются секционированными. Выпускаемые в виде отдельных БИС секции обычно имеют четыре или восемь разрядов. Сменив содержимое ПЗУ, на котором реализовано УУ, можно изменить набор команд, выполняемых МП. Данный класс МП представлен отечественными микропроцессорными комплектами серий К585, К589, К1802, К1804.
85 Структура и состав микропроцессорных систем.
Большинство микропроцессорных систем имеет магистрально-модульную структуру (рис. 8.3), в которой отдельные устройства (модули), входящие в состав системы, обмениваются информацией по общей системной шине – магистрали.
Основным модулем системы является МП, который содержит устройство управления (УУ), операционное устройство (ОУ) и регистровое запоминающее устройство (РЗУ) – внутреннюю память, реализованную в виде набора регистров. УУ, входящее в состав МП, представляет собой последовательностное устройство, реализованное на логических элементах (аппаратная реализация) или на базе ПЗУ, ПЛМ (микропрограммная реализация). В качестве ОУ в МП обычно используется регистровое АЛУ со сдвигателем. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) служит для хранения выполняемой программы (или ее фрагментов) и данных, подлежащих обработке. В простейших микропроцессорных системах объем ОЗУ составляет десятки и сотки байт, а современных персональных компьютерах, серверов и рабочих станций он достигает сотен Мбайт и более. Так как обращение к ОЗУ по системной шине требует значительных затрат времени, в большинство современных высокопроизводительных микропроцессоров дополнительно вводится промежуточная память (кэш-память) ограниченного объема (от нескольких до сотен Кбайт).
Рис. 8.3. Типовая структура микропроцессорной системы
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) служит для хранения констант и стандартных (неизменяемых) программ. В ПЗУ обычно записываются программы начальной инициализации (загрузки) систем, тестовые и диагностические программы и другое служебное программное обеспечение, которое не меняется в процессе эксплуатации систем. В микропроцессорных системах, управляющих определенными объектами с использованием фиксированных или редко изменяемых программ, для их хранения также обычно используется ПЗУ (ROM – Read-Only Memory) или репрограммируемое ПЗУ (EEPROM – Electrically Erased Programmable Read-Only Memory или флэш-память).
Остальные устройства являются внешними и подключаются к системе с помощью интерфейсных устройств (ИУ), реализующих определенные протоколы параллельного или последовательного обмена. Такими внешними устройствами могут быть клавиатура, монитор, внешние запоминающие устройства (ВЗУ), использующие гибкие или жесткие магнитные диски, оптические диски (CD-ROM), магнитные ленты и другие виды носителей информации, датчики и преобразователи информации (аналого-цифровые и цифроаналоговые), разнообразные исполнительные устройства (индикаторы, принтеры, электродвигатели, реле и др.). Для реализации различных режимов работы к системе могут подключаться дополнительные устройства – контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, программируемый таймер и другие, реализующие необходимые специальные функции управления.
86. Системная шина. Шина адреса, шина данных, шина управления, их назначение и разрядность. Мультиплексированная шина адреса-данных.
Системная шина содержит несколько десятков (в сложных системах более 100) проводников, которые в соответствии с их функциональным назначением подразделяются на отдельные шины – адреса А, данных D и управления С. Шина А служит для передачи адреса, который формируется микропроцессором и позволяет выбрать необходимую ячейку памяти ОЗУ (ПЗУ) или требуемое ИУ при обращении к внешнему устройству. Шина D служит для выборки команд, поступающих из ОЗУ или ПЗУ в УУ микропроцессора, и для пересылки обрабатываемых данных (операндов) между микропроцессором и ОЗУ или ИУ (внешним устройством). По шине С передаются разнообразные управляющие сигналы, определяющие режимы работы памяти (запись или считывание), интерфейсных устройств (ввод или вывод информации) и МП (запуск, запросы внешних устройств на обслуживание, информация о текущим режиме работы и другие сигналы).
Разрядность шины данных обычно соответствует разрядности операндов, обрабатываемых МП. Поэтому чаще всего шина D содержит 8, 16, или 32 линии для передачи соответствующих разрядов данных и команд. В ряде последних моделей МП используется шина D с расширенной разрядностью, чтобы обеспечить одновременную передачу нескольких команд или операндов. Например, 32-разрядные МП Pentium имеют 64-разрядную шину данных.
Разрядность шины адреса определяет максимальный объем адресуемой процессором внешней памяти. Например, 16-разрядная шина А обеспечивает адресацию памяти объемом до 64 Кбайт, а 32-разрядная шина – до 4 Гбайт. Процессоры Pentium II, Pentium III, Pentium IV имеют 36-разрядную шину адреса, обеспечивающую обращение к памяти объемом до 64 Гбайт.
Во многих микропроцессорных системах передача адреса и данных сопровождается посылкой контрольных битов четности, которые обеспечивают выявление возможных ошибок, возникающих в процессе обмена. При этом обычно реализуется побайтный контроль четности, при котором каждый байт адреса или данных сопровождается дополнительным (9-м) контрольным битом, поступающим на отдельный вывод МП.
В некоторых системах для уменьшения числа необходимых линий связи и соответствующих выводов и контактов используется
мультиплексирование линий адреса и данных. В таких системах для передачи адреса и данных используются одни и те же линии связи, на которые сначала выдается адрес, а затем поступают данные. Например, 16-разрядные микроконтроллеры семейства MCS-196, выпускаемые компанией Intel, имеют мультиплексированную 16-разрядную шину адреса данных AD. Обмен информацией по мультиплексированной шине AD требует введения отдельного регистра для хранения адреса в процессе пересылки данных. При этом требуется также дополнительное время для реализации обмена, что несколько снижает производительность системы.
Разрядность шины управления С определяется организацией работы системы, возможностями реализации различных режимов ее функционирования, используемыми методами контроля микропроцессора и других устройств. Поэтому набор передаваемых по шине С управляющих сигналов является индивидуальным для каждой модели микропроцессора. Имеется ряд управляющих сигналов, которые используются в большинстве микропроцессорных систем. К ним относятся сигналы начального запуска (RESET), сигналы, задающие режим работы памяти (чтение – RD, запись – WR), сигналы, необходимые для реализации прерываний и ряд других. В простых системах для передачи управляющих сигналов может использоваться всего несколько линий, а в сложных системах число этих линий составляет несколько десятков.
87. Основные режимы работы микропроцессорной системы. Характеристики режима <<Выполнение основной программы>> работы микропроцессора.
В процессе функционирования микропроцессорной системы реализуются следующие основные режимы ее работы:
– выполнение основной программы;
– вызов подпрограммы;
– обслуживание прерываний и исключений;
– прямой доступ к памяти.
Рассмотрим основные принципы реализации этих режимов.
Выполнение основной программы. В этом режиме процессор выбирает из ОЗУ очередную команду программы и выполняет соответствующую операцию. Команда представляет собой многоразрядное двоичное число (рис. 8.4), которое состоит из двух частей (полей) – кода операции (КОП) и кода адресации операндов (КАД).
| Код операции (КОП) | Код адресации операндов (КАД) |
Рис. 8.4. Формат типовой команды микропроцессора
Код операции КОП задает вид операции, выполняемой данной командой, а код адресации КАД определяет выбор операндов (способ адресации), над которыми производится заданная операция. В зависимости от типа микропроцессора команда может содержать различное число разрядов (байтов). Например, команды процессоров Pentium содержат от 1 до 15 байтов, а большинство процессоров с RISС-архитектурой используют фиксированный 4-байтный формат для любых команд.
Для хранения адреса очередной команды служит специальный регистр процессора – программный счетчик PC (Program Counter), содержимое которого автоматически увеличивается на 1 после выборки следующего байта команды. Таким образом, обеспечивается последовательная выборка команд в процессе выполнения программы. При выборке очередной команды содержимое PC поступает на шину адреса, обеспечивая считывание из ОЗУ следующей команды выполняемой программы. При реализации безусловных или условных переходов (ветвлений) или других изменений последовательности выполнения команд выполняется загрузка в PC нового содержимого, в результате чего производится переход к другой ветви программы или подпрограмме.
В процессорах Pentium и предыдущих моделях МП компании Intel (8086, 80186, 80286, 386, 486 и ряде других) реализуется сегментная организация памяти. При этом адрес выбираемой команды определяется содержимым двух регистров – указателя команды IP, указывающего положение команды в сегменте программ, и сегментного регистра CS, который задает начальный (базовый) адрес этого сегмента. Регистры IP и CS выполняют функции программного счетчика PC, и различные виды передачи управления в программе реализуются путем изменения их содержимого.
Принятая из ОЗУ команда поступает в регистр команд, входящий в состав УУ процессора. Затем производится дешифрация команды, в процессе которой определяется вид выполняемой операции (расшифровка КОП) и формируется адрес необходимых операндов (расшифровка КАД). В соответствии с кодом поступившей команды УУ процессора генерирует последовательность микрокоманд, обеспечивающих выполнение заданной операции. Каждая микрокоманда выполняется в течение одного машинного такта – периода тактовых импульсов, задающих рабочую частоту всех внутренних узлов и блоков микропроцессора. Таким образом, тактовая частота микропроцессора определяет время выполнения отдельных микрокоманд