Общаяструктурамикропроцессорнойсистемы.

Микропроцессором (МП) называют построенное на одной или несколькихБИС/СБИС программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки информации и управление им.

В микропроцессорной системе (МПС) организуется процесс выполнения заданной программы, и самые разные задачи решаются путем выполненияпоследовательности команд, свойственных данному МП (входящих в егосистему команд). Вычислительные, контрольно-измерительные или управляющие системы, обрабатывающим элементом которых служит МП, относятся к числу МПС.

Практически всегда структура МПС является магистрально-модульной. В такой структуре имеется группа магистралей (шин), к которым подключаютсяразличные модули (блоки), обменивающиеся между собой информациейпоочередно, в режиме разделения времени.

Термин "шины" относится к совокупности цепей (линий), число которыхопределяет разрядность шины.

Типична трехшинная структура МПС с шинами адресов ША, данных ШД иуправления ШУ. Наряду с русскими терминами применяются английскиеАВ (AddressBus), DB (DataBus) и СВ (ControlBus).

Рис. 1. Структура микропроцессорной системы

На рис. 1 показана структура микропроцессорной системы с МП, имеющим мультиплексируемую шину адресов/данных (например, с МПК1821ВМ85А). Линии А15-8 являются адресными, через них в систему передается старший байт 16-разрядного адреса. В эту шину включен формирователь на постоянно" открытом по входу разрешения EN буферном регистре ИР82, обеспечивающем работу шины на нагрузку, образуемую внешнимицепями. Собственной нагрузочной способности у выводов МП, как правило, не хватает. Линии AD7-o мультиплексируются. Вначале они передаютмладший байт адреса, признаком чего служит наличие сигнала ALE (AddressLatchEnable), загружающего этот байт в регистр ИР82.

После загрузки регистра сигнал ALE снимается, и содержимое регистра остается неизменным вплоть до новой загрузки в следующем цикле работыпроцессора. Так формируется 16-разрядная шина адреса, содержащая адресAi5-oЭтот адрес используется блоками постоянной и оперативной памятиROM и RAM. Адресация портов ввода и вывода данных требует восьмиразрядного адреса, что соответствует возможности работы не более чем с 256портами каждого из типов. Адрес портов можно снимать с любой половиныадресной шины (во взятом для примера МП состояния обоих полушин адреса при адресации портов дублируются).

После передачи младшего байта адреса шина AD7-0 отдается для передачиданных. Эти передачи двунаправлены, направление задается буфером данных BD в зависимости от сигнала Т (Transit). При активном состоянии сигнала чтения RD (Read) данные передаются справа налево, при пассивном — в обратном направлении. К шине данных подключены информационные выводы всех модулей МПС.

Выводы x1 и x2 служат для подключения кварцевого резонатора или иныхконтуров, задающих частоту тактовому генератору, расположенному в МП.Тактирование системы производится на частоте, равной половине частотырезонанса кварца или иного контура, поскольку генератор работает натриггер, с которого снимаются сигналы тактирования модулей МПС, атриггер делит частоту на 2. Вход RESIN является входом асинхронногосброса, приводящим МП в исходное состояния. Сигнал L-активный. Сбросможет быть осуществлен замыканием ключа К и автоматически происходитпри включении питания Ucc. В этом случае благодаря цепочке RC напряжение на входе RESIN нарастает постепенно, и в течение некоторого временипосле включения питания остается низким (ниже порогового), что равноценно подаче сигнала RESIN.

Выполняя программу, МП обрабатывает команду за командой. Команда задает выполняемую операцию и содержит сведения об участвующих в нейоперандах. После приема команды происходит ее расшифровка и выполнение, в ходе которого МП получает необходимые данные из памяти иливнешних устройств. Ячейки памяти и внешние устройства (порты) имеютномера, называемые адресами, которыми они обозначаются в программе.

По однонаправленной адресной шине МП посылает адреса, определяя объект, с которым будет обмен, по шине данных (двунаправленной)'обменивается данными с модулями (блоками) системы, по шине управления идет обмен управляющей информацией.

ПЗУ (ROM) хранит фиксированные программы и данные, оно являетсяэнергонезависимым и при выключении питания информацию не теряет.

ОЗУ (RAM) хранит оперативные данные (изменяемые программы, промежуточные результаты вычислений и др.), является энергозависимым и теряетинформацию при выключении питания. Для приведения системы в работоспособное состояние после включения питания ОЗУ следует загрузить необходимой информацией.

Устройства ввода-вывода (УВВ) или внешние устройства (ВУ) — технические средства для передачи данных извне в МП или память либо из МП илипамяти во внешнюю среду. Для подключения ВУ необходимо привести ихсигналы, форматы слов, скорость передачи и т. п. к стандартному виду, воспринимаемому данным МП. Это выполняется специальными блоками, называемыми адаптерами (интерфейсными блоками ввода-вывода). Напомним, что интерфейсом называют совокупность аппаратных и программныхсредств, унифицирующих процессы обмена между модулями системы.

На схеме (рис. 1) модули системы показаны укрупненно. Кроме обозначенных блоков, в состав систем входят обычно и более сложные, чем адаптеры,блоки управления внешними устройствами — контроллеры. К их числу относятся, прежде всего, контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти.Имеются также контроллеры клавиатуры, дисплея, дисковой памяти и т. д.

Контроллеры прерываний обеспечивают обмен с внешними устройствами врежиме прерывания (временной остановки) выполняемой программы дляобслуживания запроса от внешнего устройства.Контроллеры прямого доступа к памяти обслуживают режим прямой связимежду внешними устройствами и памятью без участия МП. При управленииобменом со стороны МП пересылка данных между внешними устройствамии памятью происходит в два этапа — сначала данные принимаются микропроцессором, а затем выдаются им на приемник данных. В режиме прямогодоступа к памяти МП отключается от шин системы и передает управлениеими контроллеру прямого доступа, а передачи данных осуществляются водин этап — непосредственно от источника к приемнику.

В состав МПС часто входят также программируемые таймеры, формирующие различные сигналы (интервалы, последовательности импульсов и т. д.)для проведения операций, связанных со временем.