1) Объясните понятие Микропроцессорная система.
Микропроцессорная система представляет собой функционально законченное изделие, состоящее из одного или нескольких устройств, главным образом микропроцессорных: то есть микропроцессора и/или микроконтроллера. А микропроцессорное устройство представляет собой функционально и конструктивно законченное изделие, состоящее из нескольких микросхем, в состав которых входит микропроцессор; оно предназначено для выполнения определённого набора функций: получение, обработка, передача, преобразование информации и управление.
Главная особенность микропроцессора — возможность программирования логики работы. Поэтому микропроцессорную систему используют для управления процессом измерения (реализацией алгоритма измерения), обработки опытных данных, хранения и вывода результатов измерения и так далее.
2) Информационные потоки в микропроцессорной системе.
С логической точки зрения в микропроцессорной системе возможны три информационных потока: процессор – память, процессор – устройства ввода-вывода (УВВ) и УВВ – память.
Процессор может принимать информацию по ШД (режимы чтения памяти или ввода) либо выдавать информацию на ШД (режимы записи в память или вывода). В этих режимах системные шины адреса и данных находятся в распоряжении процессора. В режиме прямого доступа в память (ПДП) системные шины адреса и данных поступают в распоряжение внешнего УВВ, которое обменивается данными с памятью, минуя процессор. Режим ПДП обычно реализуется специальным устройством – контроллером ПДП.
При физической реализации любого из указанных информационных потоков используются одни и те же физические шины адреса и данных, однако каждый тип обмена поддерживается различными управляющими сигналами. Путем комбинации информации (адрес + сигналы управления) процессор или контроллер ПДП задает физическое устройство (вплоть до ячейки памяти), к которому производится обращение. Таким образом, логически мы можем рассматривать в вычислительной системе три информационных потока, которые физически реализуются на одних и тех же информационных шинах.
3) Структура простейшего процессора.
Для выполнения команд в структуру процессора входят внутренние регистры, арифметико-логическое устройство (АЛУ, ALU — Arithmetic Logic Unit), мультиплексоры, буферы, регистры и другие узлы. Работа всех узлов синхронизируется общим внешним тактовым сигналом процессора. То есть процессор представляет собой довольно сложное цифровое устройство.
4) Шинная структура связей.
Для достижения максимальной универсальности и упрощения протоколов обмена информацией в микропроцессорных системах применяется так называемая шинная структура связей между отдельными устройствами, входящими в систему. Суть шинной структуры связей сводится к следующему.
При классической структуре связей (рис. 1.5) все сигналы и коды между устройствами передаются по отдельным линиям связи. Каждое устройство, входящее в систему, передает свои сигналы и коды независимо от других устройств. При этом в системе получается очень много линий связей и разных протоколов обмена информацией.
При шинной структуре связей (рис. 1.6) все сигналы между устройствами передаются по одним и тем же линиям связи, но в разное время (это называется мультиплексированной передачей). Причем передача по всем линиям связи может осуществляться в обоих направлениях (так называемая двунаправленная передача). В результате количество линий связи существенно сокращается, а правила обмена (протоколы) упрощаются. Группа линий связи, по которым передаются сигналы или коды как раз и называется шиной (англ. bus).
Понятно, что при шинной структуре связей легко осуществляется пересылка всех информационных потоков в нужном направлении, например, их можно пропустить через один процессор, что очень важно для микропроцессорной системы. Однако при шинной структуре связей вся информация передается по линиям связи последовательно во времени, по очереди, что снижает быстродействие системы по сравнению с классической структурой связей.
Большое достоинство шинной структуры связей состоит в том, что все устройства, подключенные к шине, должны принимать и передавать информацию по одним и тем же правилам (протоколам обмена информацией по шине). Соответственно, все узлы, отвечающие за обмен с шиной в этих устройствах, должны быть единообразны, унифицированы.