3. Mikroprocesorinės sistemos organizacija

Ir architektūra

MPS turi dvi glaudžiai tarpusavyje susijusias dalis, kurios negali funkcionuoti viena be kitos:

1. Techninės priemonės, aprūpinimas (vadinama „geležis“, angl. Hardware).

2. Programinis aprūpinimas (vadinama „protas“,angl. Software).

Technines priemones sudaro visi sistemos elektroniniai ir mechaniniai įrenginiai.

Programinis aprūpinimas tai visos programos ir jų dokumentacija išsaugotos popieriuje ar elektroninėje formoje bei mikroprograminis aprūpinimas – programos įrašytos pastoviojoje atmintyje dvejetainių kodų pavidale.

MPS organizaciją apibūdina:

1. Techninių ir programinių priemonių struktūra (sudėtis).

2. Sąveika tarp techninių ir programinių priemonių.

3. Techninių ir programinių priemonių funkcinės savybės, charakteristikos.

MPS yra sudėtinga daugelio lygių (pakopų) hierarchinė sistema, kurioje kiekviename lygyje yra tam tikra to lygio organizacija. Galima išskirti šias organizacijas [3]:

1. Fizinė organizacija.

2. Loginė organizacija.

Fizinė organizacija yra žemutinis lygmuo. Ją apibūdina MPS funkcinė ir principinė elektrinė grandinės bei jų aprašymas. Funkcinė grandinė parodo iš kokių fizinių mazgų ar elementų sudaryta MPS. Principinė elektrinė grandinė parodo visus elektrinius ryšius tarp sistemos elementų, pavaizduotų sutartiniais grafiniais ženklais. Kiekvienas fizinis elementas apibūdina tam tikras MPS funkcines savybes.

Loginė organizacija turi aukštesnį lygmenį. Loginė organizacija gali būti:

• techninių priemonių lygyje;

• programinių priemonių lygyje.

Loginė organizacija techninių priemonių lygyje apima MPS techninių mazgų (modulių) sudėtį, tarpusavio ryšius (laikinės funkcionavimo diagramos), atskirų mazgų funkcionavimo algoritmus, jų funkcinius ryšius ir charakteristikas.

Loginė organizacija programinių priemonių lygyje apima MPS programavimo aplinkas, programinės įrangos sudėtį, jos savybes ir fukcines galimybes.

Projektuojant MPS svarbu racionaliai parinktį santykį tarp techninės ir programinės dalių. Galutinis sistemos projektavimo tikslas yra darbingo ir optimalaus tam tikru požiūriu mikroprocesorinio valdymo įtaiso sukūrimas. Šiuolaikinių MPS vystymosi tendencijos rodo, kad nuolat mažėja techninė dalis visą laiką augant mikroprocesorinių valdymo elementų integracijos laipsniui ir plečiantys programinei daliai.

MPS architektūra suprantama kaip sistemos techninių priemonių funkcinės galimybės, naudojamos, pateikiant programas ir duomenis bei valdant skaičiavimo procesą. Architektūra tai techninių priemonių visuma ir jų funkcinės galimybės.

Architektūrą apibūdina apibendrinta MPS funkcinė grandinė pateikta 1 pav.

1 Pav. Mps apibendrinta funkcinė grandinė: cp- centrinis procesorius;

SM – sistemos magistralė; AĮ – atminties įrenginys;

Įv.Iš.Į – įvesties ir išvesties įrenginys.

Pagrindinis elementas yra CP centrinis procesorius, kuris vykdo visas sistemos valdymo funkcijas ir koordinuoja visų elementų darbą. SM sieja CP su kitais sistemos elementais. Ją sudaro linijų visuma, kurios skirstomos į tris grupes:

1. Adresų magistralė (angl. AB – Address Bus).

2. Duomenų magistralė (angl. DB – Data Bus).

3. Valdymo magistralė (angl. CB – Control Bus).

Adresų magistralė skirta adresuoti (adresui nurodyti) dvejetainiame kode. Dirbant MPS adresai nurodomi AĮ ir Įv.Iš.Į elementams. Kiekvienas adresuojamas elementas turi savo autonominį (unikalų) adresą.

Duomenų magistralė naudojama duomenims perduoti (rašyti) arba duomenims priimti (skaityti), t.y. duomenų mainams vykdyti.

Valdymo magistralėje formuojami valdymo signalai, kurie užtikrina duomenų mainų procesus duomenų magistralėje.

Atminties įrenginys (AĮ posistemė, atmintinė) yra skirtas programos komandoms ir duomenims, kurie reikalingi programai vykdyti, įsiminti. AĮ turi dviejų rūšių atmintis:

1. Pastovioji atmintis (PA).

2. Operatyvioji atmintis (OA).

Išjungus maitinimo įtampą pastovioji atmintis išlieka nepakitusi, o operatyvioji išsitrina. PA saugomos programos ir pastovūs duomenys (konstantos), o OA kintamieji duomenys.

Įv.Iš.Į (Įvesties ir išvesties posistemė) skirtas duomenų mainams tarp MPS ir išorinių objektų, kurie prijungiami prie MPS. Duomenų mainai tarp išorinio objekto ir MP vykdomi per Įv.Iš.Į ir SM. Tačiau gali būti naudojamas tiesioginis duomenų mainų režimas, kai duomenys perduodami ir priimami be MP. Šiuo atveju duomenų mainus valdo Įv.Iš.Į, o mainai vyksta tarp išorinio objekto ir AĮ per Įv.Iš.Į. Tiesioginiai duomenų mainai dažniausiai naudojami tada, kai būtina greitai perduoti didelius duomenų kiekius.

Duomenys naudojami mainuose su išoriniu objektu gali būti:

• skaitmeniniai;

• analoginiai.

Skaitmeniniai duomenys pateikiami dviem būdais:

1. Lygiagrečiuoju.

2. Nuosekliuoju.

Lygiagrečiojo pavidalo skaitmeninių duomenų kiekvienas bitas (skiltis) turi atskirą laidą (liniją), kaip parodyta 2 pav. a). Nuosekliojo pavidalo skaitmeniniai duomenys perduodami vienu laidu (linija) bitas paskui bitą, dažniausiai pradedant jauniausiuoju bitu (žr. 2 pav. b)).

a) lygiagretusis

b) nuoseklusis: TxD, RxD – perdavimo, priėmimo linijos;

GND – bendrasis laidas.