7.6. Современные микроэвм

Основные характеристики. Обобщенная структурная схема микроЭВМ на основе микропроцессоров показана на рис. 7.8. Она включает в себя микропроцессор МП, генератор тактовых импульсов ГТИ, запоминающие устройства программ (обычно ПЗУ), ЗУ данных, в качестве которых могут использоваться как ОЗУ, так и ПЗУ, интерфейс ввода-вывода, через который осуществляется обмен данными между микропроцессором и внешними устройствами ввода информации УВВ, устройствами вывода информации Увыв, внешними ЗУ.

Организация микроЭВМ зависит от способа реализации передачи данных и адресов между МП и другими компонентами. Используются 3 способа:

1. МикроЭВМ с раздельными шинами данных и адреса (рис. 7.9, а) реализована в частности на МПК К580. Выделение отдельных шин для сигналов управления ШУ, адреса ША

Рис. 7.8. Обобщенная структура микроЭВМ на основе микропроцессоров

Рис. 7.9. МикроЭВМ:

а —с разделенными шинами данных и адреса; б —с мультиплексированной шиной данных и адреса; в — с микропрограммным управлением и секционной организацией

микропроцессора

и данных ШД упрощает организацию обмена информацией между отдельными компонентами и уменьшает время выполнения команд в микроЭВМ. Такая структура характерна для многих существующих МПК и микроЭВМ на их основе.

2. МикроЭВМ с мультиплексированной шиной данных и адреса (рис. 7.9,б). Передача адресов и данных осуществляется по одной шине, что позволило сократить число внешних выводов БИС МПК до 16. Временное разделение передачи адресов и данных привело к снижению быстродействия микроЭВМ по сравнению с предыдущей схемой.

Рассмотренные два способа организации микроЭВМ основаны на использовании МП с жесткой структурой. Поэтому

расширение возможностей микроЭВМ на их основе может осуществляться только за счет увеличения числа компонентов, подключаемых к шинам микроЭВМ.

3. МикроЭВМ с микропрограммным управлением и секционной организацией МП (рис. 7.9,в). Этот способ обеспечивает широкие возможности модификации структуры микроЭВМ в соответствии с требованиями конкретного применения. Эти микроЭВМ требуют разработки двухуровневого управления — микропрограммного и программного. Это усложняет микроЭВМ, однако позволяет реализовать произвольную систему команд. Это очень важно при разработке микроЭВМ, программно совместимых с уже существующими вычислительными и управляющими машинами, а также при разработке специализированных микроЭВМ со специфической системой команд. На рис. 7.9, в показан пример структуры микропрограммной микроЭВМ на основе МПК К589.

МикроЭВМ «Электроника-60». Имеет основные технические характеристики:

разрядность чисел и команд— 16 бит;

система команд — безадресная, одноадресная и двухадресная;

методы адресации — регистровая, косвенно-регистровая, автоинкрементная, автодекрементная, косвенно-автодекрементная, индексная, косвенно-индексная;

число регистров общего назначения (ΡΟΗ) — 8; количество каналов передачи информации — 1; количество уровней запроса канала внешними устройствами — 3;

количество уровней запроса канала для прерывания программы — 2, в том числе один уровень запроса от таймера с постоянным адресом вектора прерывания;

обработка внешних и внутренних прерываний программы выполняется при помощи памяти магазинного типа;

количество основных команд — 64, двухадресных команд — 8, команд расширенной арифметики — 4, команд для вычислений с плавающей запятой — 4;

емкость резидентной оперативной памяти — 4К 16-разрядных слов, максимальная емкость оперативной памяти (включая резидентную) —32К 16-разрядных слов;

время выполнения двухадресной команды типа «сложение» при регистровом методе адресации — 4 мкс, время выполнения одноадресной команды типа «очистка» при регистровом методе адресации — 4,4 мкс, время выполнения одноадресной команды типа «очистка» при косвенно-регистровом методе адресации — 7,6 мкс, время выполнения команды типа «сложение» с плавающей запятой — 218 мкс, умножения — 360 мкс.

«Электроника-60» имеет модульный принцип построения. Все функциональные блоки ЭВМ выполнены в виде конструктивно законченных модулей, связь между которыми и центральным процессором осуществляется через единый канал обмена информацией при помощи стандартных циклов обращения к каналу. Все модули, подключенные к ЭВМ, используют одни и те же канальные связи. Такая организация ЭВМ позволяет непрерывно развивать и совершенствовать ее функциональные возможности путем модернизации, замены или разработки новых модулей, легко изменять конфигурацию вычислительной системы.

При этом пользователь может подключать к каналу микро-ЭВМ свои специализированные устройства через специальные интерфейсные платы (И-5).

На рис. 7.10 изображена ее структурная схема. Централь-

Рис. 7.10. Структурная схема микроЭВМ «Электроника-60»

ный процессор содержит встроенное ОЗУ емкостью 4К 16-разрядных слов. Объем ОЗУ может быть увеличен до 32К путем добавления необходимого числа запоминающих устройств. При необходимости вместо ОЗУ к микроЭВМ могут быть подключены перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства ППЗУ или обычные постоянные запоминающие устройства (ПЗУ). Для подключения к микроЭВМ устройств пользователя используется устройство параллельного обмена И2 и интерфейс пользователя И5. Устройство И2 предназначено для подсоединения к каналу ЭВМ внешних устройств, обменивающихся с ЭВМ в параллельном коде (в том числе в режиме прерывания). Для подключения к каналу микроЭВМ различных периферийных

устройств используется интерфейс пользователя И5. Он содержит адресный селектор на 4 канала, схему требования прерывания на два канала, приемопередатчики на линиях «данные — адрес» и свободные места для установки микросхем пользователя, в частности для стыковки с датчиками.

Устройство управления В1 служит для подключения к каналу микроЭВМ алфавитно-цифропечатающего устройства и фотосчитывателя. Перфоратор ПЛ-150 подключается к каналу машины через устройство управления В21. В состав микроЭВМ входит таймер с периодом 20 мс. Прерывание по таймеру обладает наиболее высоким приоритетом. Кроме указанных на структурной схеме устройств, имеются дополнительные устройства, обеспечивающие подключение устройств пользователя, работающих в режиме прямого доступа к памяти; устройств, способных обмениваться информацией в последовательном коде, при наличии устройства для подключения накопителей на гибких магнитных дисках (НГМД), накопителей на магнитной ленте типа ИЗОТ 5003.

Максимальное число подключаемых к каналу модулей (устройств) равно 17.

Связь между двумя устройствами, подключенными к каналу, осуществляется по принципу «управляющий — управляемый» (активный — пассивный). В любой момент времени только одно устройство является активным, оно управляет циклами обращения к каналу, если необходимо удовлетворяет требование прерывания от внешних устройств и представления прямого доступа к памяти.

Пассивное устройство является только исполнительным элементом, работающим под управлением активного устройства.

Примерами активных устройств являются центральный процессор и устройство прямого доступа к памяти (ПДП). Память всегда является пассивным устройством.

Связь через канал является асинхронной, что позволяет осуществлять обмен информацией с каждым устройством с максимально возможным для него быстродействием. МикроЭВМ «Электроника-60» дает возможность подключать к каналу устройства, работающие в режиме прерывания программ.

Приоритет обслуживания этих устройств определяется их расположением по отношению к центральному процессору

(ЦП).

В микроЭВМ «Электроника-60» используются три типа команд: безадресные, одноадресные и двухадресные. В безадресных командах содержится только код операции. В одноадресных и двухадресных командах содержатся код операции, номера регистров общего назначения (ΡΟΗ), используемых при выборе операндов, признак адресации.

Регистры общего назначения могут использоваться: для хранения обрабатываемых данных; как указатели адреса, содержимое которых изменяется автоматически с заданным шагом; как индексные регистры, как указатели стека. Формат одноадресной команды изображен на рис. 7.11, а. Разряды 6...15 содержат код операции КОП. Разряды 0...2 указывают номер РОИ, разряды 3...5 определяют способ адресации.

В двухадресной команде (рис. 7.11,6) код операции задается разрядами 12...15, разряды 0...5 задают первый операнд,

Рис. 7.11. Форматы команд микроЭВМ «Электроника-60»

разряды 6...11 — второй операнд. Коды в разрядах 3...5 и 9... 11 определяют способ адресации.

В командах условного и безусловного перехода (рис. 7.11, в) код операции задается 8...15 разрядами, а в разрядах 0...7 указывается число со знаком, определяющее смещение относительно текущего значения счетчика команд, измеренное в машинных словах.

Для управления ходом вычислительного процесса используется 8-разрядное слово состояния, состоящее из 5-разрядного регистра флажков и 3-разрядного регистра текущего приоритета.

Флажок Τ используется в режиме отладки программы. Слово состояния адресуется как ячейка памяти.

Программное обеспечение включает в себя операционную систему для редактирования, отладки и транслирования программ с языка «Ассемблер», библиотеку стандартных подпрограмм для общеиспользуемых вычислений, набор тестовых программ для проверки устройств машины. На базе этой микроЭВМ выпускается ряд модификаций ЭВМ с расширен-

ной оперативной памятью, которые снабжаются транслятором с языка «Бэйсик». МикроЭВМ, имеющие внешнюю память на гибких дисках, снабжаются транслятором с языка ФОРТРАН.

В микроЭВМ «Электроника-60» МП выполнен в виде набора БИС К.581. Совокупность МП, ОЗУ и других блоков, размещенных на одной плате, названа центральным процессором. Пультовые операции осуществляются через терминал при помощи микропрограмм ПЗУ, которое входит в состав МП.

Эта микроЭВМ широко используется в системах управления технологическими процессорами и агрегатами.

В различных системах автоматики используются одноплатные микроЭВМ «Электроника МС 1201.01» и др. модификации, которые обладают высокой надежностью, использованием микросхем высокой степени итерации, с широкими функциональными возможностями, развитым программным обеспечением, совместимым с рядом отечественных и зарубежных мини- и микроЭВМ.

Семейство микроЭВМ «Электроника-С5». Это 16-разрядные микроЭВМ С5-01, С5-02, С5-11, С5-12 с быстродействием 10 тыс. оп/с, отличающиеся друг от друга объемом ПЗУ, ОЗУ и другими характеристиками. Быстродействие моделей С5-21 180 тыс. оп/с. В моделях C5-I1, С5-12, С5-21 МП, память, каналы ввода-вывода размещаются на одной плате и часто используются в качестве встроенных в агрегаты микроЭВМ для замены устройств автоматики с жесткой структурой. Отсутствие программной совместимости этого семейства с другими микроЭВМ усложняет его широкое применение. Для устранения этого недостатка состав семейства пополнился новой моделью «Электроника С5-41», архитектура которой совпадает с архитектурой микроЭВМ «Электроника-60».

Семейство микроЭВМ «Электроника-НЦ». Состоит из 5 моделей, технические характеристики которых приведены ниже.

	03Т	03д	31	04Т	8001
Разрядность слова, бит ..........	16	16	16	16	16/32
Быстродействие, тыс. оп/с ........	100	100	130	200	550/200
Объем ОЗУ/ПЗУ, К ..........	8	16	8/32	32	56/8
Число основных команд .........	190	188	280	328	120

«Электроника-НЦ-31» является специализированной микро-ЭВМ для систем числового программного управления (ЧПУ) оборудованием. Архитектура, программно-доступные регистры, система команд микроЭВМ «Электроника-60» нашли воплощение в одноплатной микроЭВМ «Электроника НЦ-8001», на основе набора БИС серии К1801. В состав этой микроЭВМ входят однокристальный МП на основе микросхемы К1801ВМ1, системное ПЗУ емкостью 8 Кбайт, ОЗУ 56 Кбайт, интерфейсный блок байтового параллельного ввода-вывода данных и контрол-

лер для накопителя на гибких магнитных дисках (НГДМ), алфавитно-цифровой дисплей 15ИЭ-00-013, алфавитно-цифровое печатающее устройство АЦПУ DZM-180 или термопечатающее устройство 15ВВП-80-002. На основе этой микроЭВМ разработано семейство диалоговых вычислительных комплексов (ДВК), которые комплектуются различными внешними устройствами, включая НГМД и графопостроитель.

МикроЭВМ СМ-1800. Так же, как и микроЭВМ «Электро-ника-60», используется в различных системах автоматизации. МикроЭВМ СМ-1800 программно совместима с микроЭВМ, построенными на основе известного МП 8080 фирмы «Intel». Элементной базой микроЭВМ СМ-1800 служат БИС серий К580 и К589.