1.2. Архитектура мпс с магистрально-модульной организацией

В настоящее время трудно найти сферу деятельности человека, где бы не использовались МПС. Столь быстрое и широкое распространение МПС было обусловлено:

• преимуществами МПС по сравнению с устройствами с «жесткой» логикой (гибкость, дешевизна, сокращение времени разработки, надежность);

• значительно меньшей стоимостью микроЭВМ на основе МП по сравнению с миниЭВМ.

При построении МПС используется принцип магистрально-модульной организации. Причем настолько широко, что архитектура МПС с магистрально-модульной организацией стала, чуть ли не стандартной.

В любой МПС можно выделить основные модули, обеспечивающие ее функционирование:

• модуль микропроцессора;

• модуль памяти (модуль ЗУ);

• модуль ввода/вывода.

Модуль – в общем случае это унифицированный конструктив электронной аппаратуры, который выполняет определенные функции. Часто модули объеди­няются в один конструктив (т. н. одноплатная микроЭВМ). Модули могут быть также реализованы на одном кристалле. В этом случае мы имеем т. н. однокристальную микроЭВМ. Модули между собой соединены магистралями или иначе шинами, по которым передаются в параллельном коде адреса ячеек памяти и номера портов, команды и операнды, управляющие сигналы. Магистральный способ, по сравнению со способом произвольных связей, реализующим принцип «каждый с каждым», позволяет минимизировать число связей. Различают одно-, двух-, трех и многомагистральные связи. На рис. 1.1 представлена МПС с трехшинной организацией.

Микропроцессорный модуль содержит МП и интегральные микросхемы, обеспечивающие его работу. На вход микропроцессорного модуля могут поступать внешние управляющие сигналы.

Модуль ЗУ имеет в своем составе:

• ПЗУ для хранения и чтения системных программ и констант;

• ОЗУ для записи и чтения программ пользователя и промежуточных результатов, часть ОЗУ занимает стековая память;

• дешифратор старших разрядов адреса (ДША), разрешающий выборку микросхем памяти при обращении к определенным группам адресов.

Модуль устройств ввода/вывода (УВВ) содержит:

• порты ввода, передающие информацию с периферийных устройств в микропроцессор;

• порты вывода, передающие информацию из микропроцессора в пери­ферийные устройства;

• дешифратор старших разрядов номера портов (ДШ N УВВ), разре­шающий выборку групп портов.

Соединительные шины включают в свой состав:

• шину адреса;

• шину данных;

• шину управления.

Рис. 1.1. Структурная схема МПС с магистрально-модульной организацией

Шина адреса однонаправленная n-разрядная. В соответствующих тактах работы микропроцессора по ней из МП передается параллельный n-разрядный

двоичный код адреса ячейки ЗУ или номера порта. Часто для адресации портов используется младшая часть разрядов шины адреса. Например, в МП Intel 8080 16-разрядная шина адреса используется для адресации 2¹⁶=65536 ячеек памяти, а ее 8 младших разрядов – для адресации 2⁸=256 портов ввода и 256 портов вывода.

Шина данных двунаправленная m-разрядная. В соответствующих тактах работы микропроцессор по ней принимает или передает из/в ЗУ, УВВ и других устройств команды и операнды.

Шина управления передает управляющие сигналы для ЗУ:

• запись в запоминающее устройство ЗпЗУ - MEMW;

• чтение запоминающего устройства ЧтЗУ - MEMR;

• запись в устройство ввода/вывода ЗпУВВ - IOWR;

• чтение устройства ввода/вывода ЧтУВВ - IORD;

• сброс - RESET.

Шины в неактивном состоянии переводятся МП в Z-состояние.

Основное достоинство МПС с магистрально-модульной организацией – открытая архитектура.