2.1. Структура и основные части микропроцессорной системы

Основой цифровых вычислительных систем являются логические цифровые схемы, основанные на элементах, принимающих два возможных фиксированных значения «0» и «1». Информация в таких схемах представлена в виде импульсных электрических сигналов, имеющих амплитуду выше некоторого уровня (логический 0) или ниже определенного уровня (логическая 1). При построении цифровой МПС реализован принцип программного управления. Суть этого принципа в следующем: цифровая схема построена таким образом, что может решать некоторый определенный набор простых задач или выполнять определенные действия (команды), комбинируя эти действия в соответствии с заданным алгоритмом решения сложной задачи (программа) можно получить решение для очень широкого круга задач. Таким образом, цифровая МПС состоит из аппаратных и программных средств, которые выступают как неразрывное единство.

Аппаратными средствами называется относительно стабильная, неизменяемая часть микропроцессорной системы.

К аппаратным средствам относятся электронные схемы, из которых построена система, и схемы, обеспечивающие их работоспособность.

Программными средствами называется относительно изменчивая, непостоянная часть микропроцессорной системы.

К программным средствам относятся последовательности команд, реализующие решение задач и функции по обработке информации.

Хотя в конкретной микропроцессорной системе существует равновесие между аппаратными и программными средствами, в целом, они являются проявлениями противоположных тенденций. Дело в том, что одна и та же задача может быть решена различными способами. Основная часть может быть перенесена на схемное решение (в принципе, и без применения программ), то есть на аппаратные средства, или, наоборот, на программные средства при минимальном использовании электронных схем. Это противоречие отражается в термине дуализм МПС. В большинстве случаев использование, в основном, аппаратных средств приводит к более быстродействующим системам, а использование программных средств к более гибким и дешевым системам.

Вопрос о соотношении аппаратных и программных средств в МПС очень сложен. В универсальных МПС основная часть действий переносится на программные средства, аппаратные средства предоставляют при этом программисту широкие возможности для создания программ: большой набор команд, типов данных, с которыми может работать система, и способов их адресации. В последнее время для повышения быстродействия появилась тенденция к переносу на аппаратные средства большей доли работы. Это так называемые системы с сокращенной системой команд (RISC системы). В них за счет повышения сложности электронных схем (и, соответственно, стоимости) увеличивается производительность.

Таким образом, МПС должна содержать электронную цифровую схему обработки информации (процессор), а также программу и данные, сохраняемые в устройстве хранения информации (памяти). К системе могут подключаться различные дополнительные приборы, обеспечивающие ввод или вывод информации (внешние устройства). Внешние устройства подключаются к системе через специальные электронные схемы, которые мы будем называть интерфейсом.