Ринципы построения микропроцессорных систем

В основу построения МПС-систем положено три принципа:

□ магистральности;

□ модульности;

□ микропрограммного управления.

Принцип магистральности определяет характер связей между функциональ­ными блоками МПС — все блоки соединяются с единой системной шиной.

Принцип модульности состоит в том, что система строится на основе огра­ниченного количества типов конструктивно и функционально законченных модулей. Каждый модуль МПС имеет вход управления третьим (высокоимпедансным) состоянием.

Принцип микропрограммного управления состоит в возможности осуществле­ния элементарных операций — микрокоманд (сдвигов, пересылок инфор­мации, логических операций). Используя определенные комбинации мик­рокоманд, можно создать технологический язык, т. е. набор команд, который максимально соответствует назначению системы. В секционных процессорах набор микрокоманд можно изменить, используя другие микро­схемы памяти микрокоманд.

Принцип микропрограммного управления состоит в возможности осуществле­ния элементарных операций — микрокоманд (сдвигов, пересылок инфор­мации, логических операций). Используя определенные комбинации мик­рокоманд, можно создать технологический язык, т. е. набор команд, который максимально соответствует назначению системы. В секционных процессорах набор микрокоманд можно изменить, используя другие микро­схемы памяти микрокоманд.

Обобщенная структурная схема МПС показана на рис. 1.4.

В состав МПС входят:

□ центральный процессор (ЦП);

□ ПЗУ;

□ ОЗУ;

□ система прерываний;

□ таймер;

□ устройства ввода/вывода (УВВ).

Устройства ввода/вывода подключаются к системной шине через интерфей­сы ввода/вывода.

Постоянное и оперативное запоминающие устройства образуют систему памяти, предназначенную для хранения информации в виде двоичных чи­сел. Постоянное запоминающее устройство предназначено для хранения программ управления, таблиц, констант; ОЗУ — для хранения промежуточ­ных результатов вычислений.

Память организована в виде массива ячеек, каждая из которых имеет свой адрес и содержит байт или слово. Байтом называется группа из 8 бит, а сло­во может иметь любую длину в битах. Наиболее часто под словом понима­ют двоичное число длиной два байта. Для обращения к ячейке памяти необ­ходимо выдать ее адрес на шину адреса. На рис. 1.5 изображена структура памяти с 8 однобайтными ячейками, где каждому адресу отвечает опреде­ленное содержимое ячейки. Так, ячейка с адресом ООО имеет содержимое 01011111₂ = 5F₁₆.

Сегментом называется область памяти, которая начинается с любого адреса, кратного 16, и занимает до 64 Кбайт. Существуют три основных сегмента:

□ сегмент кодов;

□ сегмент данных;

□ сегмент стека.

Модуль центрального процессора осуществляет обработку данных и управ­ляет всеми остальными модулями системы. Центральный процессор, кроме БИС МП, содержит схемы синхронизации и интерфейса с системной шиной. Он осуществляет выборку кодов команд из памяти, дешифрует их и выпол­няет. В течение времени выполнения команды — командого цикла — ЦП выполняет такие действия:

□ Выставляет адрес команды на шину адреса АВ.

□ Получает код команды из памяти и дешифрует его.

□ Вычисляет адрес операнда и считывает данные.

□ Выполняет операцию, определенную командой.

□ Воспринимает внешние управляющие сигналы, например, запрос преры­ваний.

□ Генерирует сигналы состояния и управления, необходимые для работы памяти и УВВ.

Устройства ввода/вывода или внешние устройства — это устройства, пред­назначенные для ввода информации в МП или вывода информации из него. Примерами УВВ являются дисплеи, печатающие устройства, клавиатура, цифро-аналоговый и аналогоцифровой преобразователи, реле, коммутато­ры. Для соединения УВВ с системной шиной их сигналы должны соответст­вовать определенным стандартам, что реализуется с помощью интерфейсов ввода/вывода.