Базова структура мікропроцесорної системи
Основні вузли мікропроцесорної системи (МПС) показані на рисунку
1.2.
Рисунок
1.2 – Структура мікропроцесорної системи
На пристрій керування (ПК) покладається завдання виконання всіх програмних дій, необхідних відповідно до алгоритму роботи пристрою. Арифметично-логічний пристрій (АЛП) виконує арифметичні і логічні операції над кодами. У блоці пам'яті (ЗП) зберігаються команди програми функціонування процесора, а також значення констант і змінних величин,
що беруть участь в обчисленнях. Блок введення/виводу (ВВ) виконує функцію сполучення мікропроцесорної системи з об'єктом керування. ПК об’єднаний з АЛП називають центральним процесорним елементом (ЦПЕ), або просто центральним процесором (ЦП). ЦП зчитує з пам'яті команди, які складають програму й дешифрує їх. Відповідно до результату дешифрування команд він здійснює вибірку даних з пам'яті або пристроїв уведення, обробляє їх і пересилає назад до пам’яті або пристроїв виводу. Існує також можливість введення/виводу даних з пам'яті на зовнішні пристрої й назад, минаючи ЦП. Зв'язок між процесором й іншими пристроями МПС може здійснюватися за принципами радіальних зв'язків, загальної шини або комбінованим способом. На рисунку 1 показана структура з радіальними зв'язками. Усі блоки безпосередньо зв'язані один з одним. Перевагою цієї структури є максимальна швидкодія, тому що всі блоки можуть обмінюватися даними одночасно. До недоліків такої структури варто віднести велику кількість міжблокових зв'язків і складність розширення такої МПС. Для усунення недоліків була розроблена структура із загальними шинами (рис. 1.3), але недоліки усунуті за рахунок втрати швидкодії. У сучасних МПС структура із загальними шинами найбільш поширена.
ЦП
ЗП
ВВ
ШД
ША ШК
Рисунок 1.3 – Структура МПС із загальними шинами
Усі вузли мікропроцесорної системи з'єднані між собою за допомогою трьох основних шин:
ШД – шина даних (DATA bus),
ША – шина адреси (ADDR bus),
ШК – шина керування (CONTROL bus). Усі разом вони утворять системну шину.
Шина даних. Ця шина призначена для передачі даних від мікропроцесора до периферійних пристроїв, а так само у зворотному напрямку. Розрядність шини даних визначається типом застосовуваного
процесора. У простих мікропроцесорах шина даних звичайно має 8 розрядів. Сучасні процесори можуть мати шину даних у 16, 32, 64 розрядів.
Шина адреси. Як і шина даних, шина адреси являє собою набір провідників, якими проходить передача двійкових чисел в електронній формі. Однак, на відміну від шини даних, двійкові числа, передані шиною адреси, мають інший зміст і призначення. Вони являють собою адресу комірки пам'яті або порту уведення виводу, до якого в цей момент звертається процесор. Кількість розрядів адресної шини відрізняється більшою розмаїтістю. Від кількості розрядів шини адреси залежить те, яку кількість комірок пам'яті може адресувати процесор. Процесор, що має шістнадцятирозрядну шину адреси, може звертатися до 216 (тобто до 65536) комірок пам'яті. Це число називається обсягом пам'яті, що адресується. Для адресації портів уведення/виводу так само потрібна шина адреси. В обох випадках у цій ролі виступає та сама шина. Але ні одній мікропроцесорній системі ніколи не може знадобитися така сама велика кількість портів уведення/виводу, скільки звичайно буває комірок пам’яті. Тому у процесі обміну з портами уведення/виводу процесор використовує
тільки вісім (рідше 16) молодших розрядів шини адреси.
Шина керування. Ця шина не має такої ж чіткої структури, як шина даних або шина адреси. У шину керування умовно поєднують набір ліній, що передають різні керуючі сигнали від процесора на всі периферійні пристрої й назад. У будь-якій шині керування обов'язково присутні лінії, що передають наступні сигнали:
RD (Read) – сигнал читання,
WR (Write) – сигнал запису,
MREQ – сигнал, ініціалізації пристроїв пам'яті (ОЗП або ПЗП),
IORQ – сигнал ініціалізації портів уведення/виводу. Крім того до сигналів шини керування відносяться: READY – сигнал готовності,
RESET – сигнал скидання,
І ще кілька спеціальних сигналів, про які йтиметься пізніше.