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
шина адреса (AB)
шина данных (DB)
 |
|
|
|
|
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
D7 – D0
|
|
|
|
|
Внутренняя шина данных  |
|
|
|
|
0000 00
|
0001 01 
|
|
 | |||
|
РОН
 |
 | |||||
 | | ||||
|
|
FFFF FF  | |||
 | |||
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).