Типовая архитектура микропроцессорной системы

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Информационные и вычислительные системы»

Прикладное программирование и основы микропроцессорной техники

Методические указания

к лабораторному практикуму для студентов

специальностей АС, АСВ, АР, НК

Санкт-Петербург 2008

Введение

Интенсивное развитие технологий является следствием компьютеризации общества. В формируемом ежегодно в США группой экспертов перечне «критических технологий», охватывающем практически все направления производства, исследований и разработок, оказывающих влияние на военный и экономический статус страны, микроэлектронные технологии традиционно занимают первое место. Выпуск каждой новой модели микропроцессора связан с очередным научным, конструкторским, технологическим прорывом.

Универсальные микропроцессоры широко используются в вычислительных системах: персональных ЭВМ, рабочих станциях, в системах управления, работающих в реальном времени.

Одним из преимуществ микропроцессорных систем является их гибкость, т.к. логика их функционирования определяется программой, хранимой в оперативном или постоянном запоминающем устройстве.

Применение микропроцессорных комплектов в качестве элементной базы позволяет с успехом решать такую важную задачу как снижение стоимости разработки аппаратуры и ее серийного производства.

Для эффективного решения прикладных задач любой современный специалист, профессионально связанный с вычислительной техникой, должен иметь представление о состоянии и перспективах развития ее элементной базы.

Микропроцессоры. Особенности архитектуры.

Микропроцессором (МП) называется функционально законченное устройство, представляющее собой вариант процессора современной ЭВМ и реализованное в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС).

Микропроцессорный комплект (МПК) – это совокупность микропроцессорных и других интегральных микросхем, совместимых по архитектуре, конструктивному исполнению и электрическим параметрам и обеспечивающих возможность совместного применения.

Микроконтроллер – устройство логического управления, выполненное на основе одной или нескольких МП-БИС. Он может быть программируемым и непрограммируемым и обычно имеет специальный интерфейс, обеспечивающий связь с конкретным управляемым устройством.

Микро-ЭВМ – ЭВМ в состав которой входит МП, память, средства связи с пультом управления (ПУ), при необходимости – ПУ и источник питания, объединенные общей конструкцией.

Микропроцессорная система (МПС) – это любая вычислительная, контрольно-измерительная или управляющая система, в которой для обработки информации используется МП.

Архитектура МП – это общая логическая организация МП, определяющая процесс обработки данных в нем и включающая:

- методы кодирования данных;

- состав;

- назначение;

- принципы взаимодействия аппаратных средств и программного обеспечения (ПО).

Основные отличия МП от процессоров определяются интегральным исполнением:

- ограниченное число выводов микросхемы;

- ограниченное число элементов на кристалле;

- трудность организации большого числа внутрикристальных связей.

Типовая архитектура микропроцессорной системы

Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru шина адреса (AB)

Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru

Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru шина данных (DB)

 
  Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru

In/Out
RAM
ROM
CPU
Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru шина управления (CB)

рис.1. Типовая архитектура микропроцессорной системы

Разрядность двунаправленной шины данных – от 8 разрядов.

Разрядность шины адреса – от 16 разрядов.

CPU – центральное процессорное устройство. Обеспечивает выполнение всех операций в соответствии с заданным алгоритмом. Практически обеспечивает выполнение всего процесса функционирования системы.

ROM (ПЗУ) – постоянное запоминающее устройство.

RAM (ОЗУ) – оперативное запоминающее устройство.

In/Out - интерфейсы ввода-вывода (порты ввода-вывода). Обеспечивают связь системы с периферийными устройствами.

Кроме этого, в состав системы может входить контроллер прямого доступа к памяти для управления внешними запоминающими устройствами.

Однокристальные МП с малой разрядностью шин данных и адреса ориентированы на применение в устройствах цифровой автоматики, в управляющих блоках периферийных устройств ЭВМ.

МП с большой разрядностью шин обладают следующими достоинствами:

- большой объем адресуемой памяти;

- развитая система команд;

- разнообразные способы адресации:

- встроенные векторные системы прерываний;

- автоматическое обнаружение отказов питания.

Ниже на рисунке 2 представлена более подробно архитектура простейшей микропроцессорной системы.

ШД

Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru D7 – D0

BD
Управление прерываниями
Управление последовательным в/в
Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru

Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru

М Е М
Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru
P O R T
Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Внутренняя шина данных

 
  Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru

Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru

TEM
RI
А
MX/DX

0000 00

Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru

W Z
Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru 0001 01

Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru

DCU
B C
Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru

       
  Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru
   
D E

Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru РОН

 
  Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru

           
    Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru
  Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru   Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru
 

CU
Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru
RGA
Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru FFFF FF

       
    Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru
  Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru
 

Типовая архитектура микропроцессорной системы - student2.ru ША

А15 … А0 А7 … А0 ШУ

рис.2. Архитектура простейшей МП-системы

ШД – 8-разрядная шина данных.

Внутренняя шина данных связывает между собой все блоки МП. Ее разрядность равна разрядности информационного слова.

ША – 16-разрядная шина адреса.

ШУ – шина управления.

МЕМ – память.

PORT – устройства ввода-вывода (порты).

Наши рекомендации