Семинар 8. Микропроцессорная система Введение
Как уже отмечалось, микропроцессорная система обеспечивает большую гибкость работы, она способна настраиваться на любую задачу. Гибкость эта обусловлена прежде всего тем, что функции, выполняемые системой, определяются программой (программным обеспечением, software), которую выполняет процессор. Аппаратура (аппаратное обеспечение, hardware) остается неизменной при любой задаче. Записывая в память системы программу, можно заставить микропроцессорную систему выполнять любую задачу, поддерживаемую данной аппаратурой. К тому же шинная организация связей микропроцессорной системы позволяет довольно легко заменять аппаратные модули, например, заменять память на новую большего объема или более высокого быстродействия, добавлять или модернизировать устройства ввода/вывода, наконец, заменять процессор на более мощный. Это также позволяет увеличить гибкость системы, продлить ее жизнь при любом изменении требований к ней.
Микропроцессор
Все современные микропроцессоры выполняются на одной микросхеме. Это делает вполне определенным их взаимодействие с остальными частями системы. Каждая микросхема процессора содержит набор выводов, через которые происходит обмен информацией с внешним миром.
Выводы микропроцессора можно подразделить на три типа: адресные, информационные и управляющие. Эти выводы связаны с соответствующими выводами микросхем памяти, устройств ввода/вывода (вернее их контроллеров) через набор параллельных проводов (так называемую шину). Чтобы вызвать команду, ЦПУ сначала посылает в память адрес этой команды по адресным выводам. Затем запускает одну или несколько линий управления, чтобы сообщить памяти, что ему нужно (например прочитать слово). Память выдает ответ, помещая требуемое слово на информационные выводы процессора и посылая сигнал, что это уже сделано. Когда ЦПУ получает данный сигнал, он принимает слово и выполняет вызванную команду (чтение или запись).
Число адресных выводов и число информационных выводов – два ключевых параметра, которые определяют производительность процессора. Что касается адресных выводов, то тут все понятно – микросхема, содержащая nадресных выводов может обращаться к 2n ячейкам памяти. Микросхема, содержащаяmинформационных выводов, может считывать или записыватьm-битное слово за одну операцию. ЦПУ с 8 информационными выводами понадобится 4 операции, чтобы считать 32-битное слово, тогда как процессор, имеющий 32 информационных вывода, может сделать ту же работу за одну операцию (гораздо быстрее, но дороже!).
Кроме адресных и информационных выводов каждый процессор содержит выводы управления. Выводы управления регулируют, синхронизируют поток данных к процессору и от него. Выводы управления можно разделить на несколько основных категорий:
управление шиной;
прерывание;
арбитраж шины;
состояние;
разное.
Типичныймикропроцессор
Адресация
Арбитраж шины
Данные
Сопроцессор
Управление
Состояние
Шиной
Прерывания
Прочие
Сигналы
F+5v
Выводы управления шиной представляют собой выходы ЦПУ в шину (и следовательно, входы в микросхемы памяти и контроллеры устройств ввода/вывода).
Выводы прерывания – это входы из устройств ввода/вывода в процессор. В большинстве систем процессор может дать сигнал устройству ввода/вывода начать операцию, а затем приступить к какому-нибудь другому действию, пока устройство выполняет свою работу. Когда это устройство заканчивает свою работу, контроллер ввода/вывода посылает сигнал на один из выводов прерывания чтобы прервать работу процессора и заставить его обслуживать себя, например проверить ошибки ввода/вывода.
Управление шиной (выводы разрешения конфликтов) нужны для того, чтобы регулировать поток информации в шине, то есть не допускать таких ситуаций, когда два устройства пытаются воспользоваться шиной одновременно.