Лекция-4 Структура микропроцессорной системы

Микропроцессор всегда работает совместно с системой памяти (микросхемы ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ), устройствами ввода-вывода (УВВ) информации (рис. 15). В памяти хранится программа решаемой зада­чи, исходные, промежуточные и окончательные результаты (данные), УВВ осуществляет ввод и вывод данных.

МП выполняет программу и управляет всеми перечисленными устройствами. Вычислительная система, представленная на рис. 15, называется микропроцессорной системой и реализуется на микропроцессорных БИС. Система построена по модульному принципу и имеет магистральную (шинную) организацию межмодульных связей.

Взаимодействие МП с памятью и УВВ требует выбора способа обращения к устройствам памяти и ввода-вывода, разработки системы адресации и внутреннего интерфейса МП-системы.

По способу организации взаимодействия устройств памяти и УВВ возможны два варианта организации системы:

• разделение адресов;

• выделение подсистемы.

При разделении адресов все элементы системы адресуются как ячейки памяти в том смысле, что для идентификации УВВ и устройств памяти не генерируется никаких специальных сигналов. Адрес, подаваемый на шину, дешифрируется памятью и системой ввода-вывода с целью определения его назначения, и в таких системах можно не использовать специальных команд ввода-вывода. Все поле адресов распределяется в этом случае между памятью и УВВ. Разделение адресов между памятью и УВВ достигается выделением одной (или нескольких) адресной линии для указания используемого устройства (память или ввод-вывод). Этот способ уменьшает в два (или более) раза емкость адресуемой памяти, поэтому может использоваться лишь в системах с небольшой емкостью памяти.

Использование одной (или более) адресной линии для идентификации устройств можно представить как перевод одной (или более) адресной линии в шину управления.

Р ис. 15. Обобщенная структура МПС:

ГТИ – генератор тактовых импульсов; ПЗУ, ППЗУ – перепрограммируемое запоминающее устройство; ЗУ – оперативное запоминающее

устройство; УВВ – устройство ввода-вывода

В небольших МП-системах в дополнение к простоте адресации этот метод обеспечивает преимущества в использовании команд обращения к памяти вместо команд ввода-вывода. По командам ввода в МП-системах осуществляется просто загрузка требуемых данных в аккумулятор микропроцессора. Команды с обращением к памяти имеют более гибкие возможности по обработке данных.

При выделении подсистем вся МП-система разделяется на ряд подсистем (память, ввод, вывод, стек). В рамках каждой подсистемы используется вся совокупность адресов. Разделение всей системы на подсистемы осуществляется с помощью управляющих сигналов, которые появляются на специальных выводах микропроцессора. Обычно эти сигналы поддерживаются на выводах МП или шине данных в течение ограниченного интервала времени (в течение такта, например). Если необходимо запомнить и хранить слово состояния или управляющие сигналы более длительное время, в состав МП-системы вводят специальный регистр – регистр состояния системы.

В архитектуре магистрального типа важное значение приобретает интерфейс. На рис. 15 показаны интерфейсы МП, системы памяти и системы ввода-вывода (ВВ). В узком смысле интерфейсом (от англ. Interfase – сопрягать, согласовать) называют устройство сопряжения; в широком смысле под интерфейсом понимают совокупность аппаратных, программных и конструктивных средств, обеспечивающих взаимодействие функциональных модулей системы.

Таким образом, для представленной на рис.15 микропроцессорной системы необходимым условием высокой эффективности использования является совместимость интерфейсов МП, системы памяти и системы ввода-вывода (ВВ). Работа рассматриваемой системы синхронизируется генератором тактовых импульсов (ГТИ).

Система работает с командами пересылки информации: МП – память, МП – УВВ, память – УВВ.

Для МП-системы разработано три основных режима ввода-вывода:

• программно-управляемый ввод-вывод,

• ввод-вывод по прерываниям,

• режим прямого доступа к памяти (ПДП).