Тема 1.4 Режимы работы микропроцессоров

1.4.1 Состав и назначение узлов микропроцессорной системы

На рисунке 1.10 приведена упрощённая структурная схема МП системы. МПС содер-жит: микропроцессор МП; генератор тактовых импульсов ГТИ; оперативное запомина-ющее устройство ОЗУ; постоянное запоминающее устройство ПЗУ; устройства ввода-вывода УВВ; буферные регистры (буферы, БР), формирователь сигналов состояния ФСС; счётчик команд РС.

Связь МП с ОЗУ, ПЗУ, УВВ осуществляется по шинам адреса ША и данных ШД. По шине управления ШУ приходят управляющие сигналы от внешних устройств ВУ. ФСС формирует сигналы о состоянии МП и выдаёт на ШУ синхросигнал и строб состояния.

ШД, ША, ШУ образуют системную магистраль (общую шину).

Системная магистраль – это среда передачи сигналов управления, адресов, данных, к которой параллельно могут подключаться компоненты вычислительной системы. Физически СМ не только параллельные проводники на материнской плате (линии), но и алгоритмы, по которым передаются сигналы, правила интерпретации сигналов и обслуживания запросов, специальные микросхемы, обеспечивающие эту работу. Весь этот комплекс образует интерфейс системной магистрали или стандарт обмена.

МПС может включать также внешние устройства ВУ и внешнюю память ВП.

Рисунок 1.10 – Структурная схема МПС на основе МП КР580ВМ80

При обмене данными с низкоскоростными ВУ (мышь, клавиатура, принтер) необхо-димы контроллеры обмена (сопряжения) КО, исключающие ожидание микропроцессором окончания работы ВУ. В запрограммированный момент МП выдаёт на КО управляющие сигналы. По этим сигналам данные из ВУ принимаются в регистр

контроллера, а затем по ШД принимаются в МП, обрабатываются и передаются в ОП.

Моменты обмена могут быть определены и самим ПУ. Тогда ПУ переводит МП в состояние прерывания. Прерыванием называется некоторое внешнее или внутреннее событие, например готовность выходного устройства к вводу/выводу, требующее немедленной реакции. МП прекращает выполнение основной программы и выполняет прерывающую программу. По её завершении возвращается в основную программу.

26

При обмене с высокоскоростными ПУ (запоминающими устройствами на дисках – внешней памятью) используется режим прямого доступа к памяти ПДП. В режиме ПДП контроллер ПДП формирует адреса памяти и сигналы записи/чтения, данные напрямую записываются в память или считываются из памяти, а МП отключается от шин адреса и данных, которые предоставляются в распоряжение ВУ (на рисунке контроллеры обмена и ПДП, ВУ и ВП не показаны).

1.4.2 Функционирование микропроцессорной системы

Работа МП КР580ВМ80 и МПС синхронизируется генератором тактовых импульсов ГТИ, который вырабатывает две импульсные последовательности синхронизации с периодом повторения Т ≈ 0,4 мкс (см. рисунок 1.11). Этот период называют машин-ным тактом, тактом синхронизации. По последовательности Ф1 осуществляются выборки из ОП или ВУ, по последовательности Ф2 формируются стробы состояния.

а) б)

Рисунок 1.11 – а) импульсные последовательности ГТИ;

б)временная диаграмма машинного цикла

Команды хранятся в ПЗУ в виде цифровых кодов. Адрес очередной команды задаётся управляющей программой. Код команды считывается из памяти по тактовым импуль-сам ГТИ, по ША передаётся в буферный регистр (буфер) и записывается в нём. Дешиф-ратор команд ДШК микропроцессора расшифровывает код команды и пересылает её в АЛУ для выполнения.

Данные поступают в АЛУ по ШД через буферный регистр данных (буфер), обеспе-чивающий их временное хранение. АЛУ выполняет соответствующие операции.

При исполнении команды могут потребоваться дополнительные обращения к памяти для вызова в МП дополнительных байтов команды, операндов или для записи в память числа, выдаваемого микропроцессором.

Формирователь слова состояния ФСС выдаёт на шину управления ШУ слово состо-яния процессора СС. СС полностью описывает состояние МП в каждый момент и ука-зывает, какие классы операций разрешаются , какие запрещаются, а также состояние всех прерываний.

Счётчик команд РС связан с ША и ШУ и, получив адрес очередной команды, фик-сирует начало её выполнения, после чего формирует адрес следующей команды.

УУ, входящее в состав МП, обеспечивает взаимосвязанную работу и требуемую последовательность работы элементов МП на всех этапах обработки данных.

Процессы повторяются до тех пор, пока программа не будет выполнена.

В течение командного цикла осуществляется выборка и исполнение одной команды.

27

Командный цикл содержит от одного до пяти машинных циклов М1, М2, М3, М4, М5. В каждом из них осуществляется одно обращение к памяти или к УВВ. Каждый машин-ный цикл содержит три, четыре или пять тактов.

Информация внутри МП пересылается по внутренним шинам данных, адреса и управления. Шины связаны с внешними устройствами через выводы ИМС и системную магистраль. Для уменьшения числа выводов ИМС шины – двунаправленные, то есть информация по ним передаётся в обе стороны поочерёдно.