29. Архитектура и принцип действия обычной микро-эвм.

Архитектура обычной микро-ЭВМ состоит из четырех основных элементов: устройства ввода, микропроцессора, памяти и устройства вывода.

Устройство ввода информации предназначено для подключения микроЭВМ к внешним устройствам с целью ввода информации от клавиатуры, датчиков и других источников.

Конструктивно устройство ввода информации выполнено на основе восьми параллельно включенных триггеров D-типа.

В задачу интерфейса работы с клавиатурой входит размещение данных и управление их вводом с клавиатуры. В нужный момент интерфейс с клавиатуры прерывает МП по специальной линии.

Сигнал прерывания заставляет МП:

-закончить выполнение текущей команды;

-перейти к выполнению специальной группы команд в своем мониторе, по которым ведется управление вводом данных, исходящих с клавишного устройства. Система интерфейса с клавиатурой снабжена адресными входами, линиями выбора кристалла и команд активизации устройства. Устройство интерфейса с клавиатурой передает данные, поступающие с клавишного устройства, на шину данных и МП их принимает.

Микропроцессор - это программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управления. Микропроцессор контролирует все системы и управляет ими посредством линий управления.

Память микроЭВМ делится на две части. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

ПЗУ предназначено для постоянного хранения специальной программы, обеспечивающей запуск и работу отдельных элементов микроЭВМ. Информация в ПЗУ записывается на заводе-изготовителе и используется в течение всего срока работы микроЭВМ. Оно содержит адресные входы, а также входы активизации только чтения и выбора кристалла, а также тристабильные выходы, подсоединяемые на шины. Очевидно, ПЗУ имеет также подсоединение питания, которое на схемах обычно не показывается.

ОЗУ предназначено для хранения текущих программ и данных пользователей микроЭВМ. После отключения питания микроЭВМ информация в ОЗУ теряется. В него входят адресные входы, а также входы выбора кристалла и активизации чтение/запись. ОЗУ имеет восемь выходов с тремя состояниями, подсоединенных к шине данных.

Адресная шина (16 проводников) - выбирает ячейку памяти данных, порты ввода или вывода данных. Шина данных (8 проводников) является двунаправленной и служит для передачи данных в центральное устройство обработки информации или из него. Важно отметить, что ЦП может пересылать данные в память или получать их из нее посредством шины данных.

На рис.1 приведена архитектура простой микро-ЭВМ. Микропроцессор является центром всех операций. Ему необходимы питание и тактовые импульсы. Генератор тактовых импульсов может быть отдельным устройством или входить в состав кристалла МП. Типовой МП может содержать 16 адресных линий, которые составляют однонаправленную шину адресов, а также обычно восемь линий, которые составляют двунаправленную шину данных.

Адресная шина содержит 65536 сочетаний 0 и 1 (2¹⁶). Линии адресной шины могут быть подсоединены ко многим устройствам таким, как ОЗУ, ПЗУ, другие интерфейсы. Для того чтобы активизировать (включить в работу) требуемое устройство, дешифратор адреса считывает данные с адресной шины. Дешифратор адреса активизирует линию выбора соответствующего кристалла, подключая выбранное устройство к микро-ЭВМ.

Принцип действия простой микро-ЭВМ.

Рассмотрим как работают узлы микро-ЭВМ при выполнении типичной процедуры: ввода – размещение – вывод информации.

П режде всего, внимательно рассмотрим содержимое программной памяти. Заметим, что команды предварительно были загружены в шесть первых ячеек памяти. Согласно алгоритму текущими командами в программной памяти являются:

1.Ввести данные через порт ввода 1.

2.Разместить данные, поступающие из порта 1, в ячейку памяти данных (ОЗУ) 8500.

3.Вывести данные через порт вывода 10.

Заметим, что приведенная программа содержит только три команды. Однако в ОЗУ имеется шесть команд. Это обусловлено тем, что обычно команды делятся на две части. Первая часть команды 1 была “Ввести данные”, вторая указывает нам откуда (порт 1). Первая часть представляет собой действие и называется ОПЕРАЦИЕЙ, а вторая ОПЕРАНДОМ.

МП является центром всех преобразований данных и операций. В нем находятся два специальных регистра - аккумулятор и регистр команд.

Этап 1.	Микропроцессор устанавливает адрес 8200 на адресную шину. Линия управления признает ввод считывания из ПЗУ (считывать данные означает копировать информацию из ячейки памяти). Этот этап обозначен 1.
Этап 2.	Программная память первую команду на шину данных (ввести данные), а МП принимает эту кодированную информацию. Это послание помещается в специальное пространство памяти МП, называемое регистром команд. Оно декодируется МП, этой команде нужен операнд.
Этап 3.	МП на адресную шину адрес 8201. Линией управления активизируется вход считывания из программной памяти.
Этап 4.	Программная память помещает операнд (из порта 1) на шину данных. Этот операнд находится в ячейке памяти 8201. Кодированное послание (адрес порта 1) взято на шине данных и помещено в регистр команд. Теперь МП декодирует полную команду (ввести данные, поступающие из порта 1).
Этап 5.	Микропроцессор побуждает открыть порт 1 посредством адресной шины и линии управления устройством ввода. Кодированная форма А передается в аккумулятор, где и размещается.
Важно отметить, что МП все время действует в последовательности - извлечение - декодирование - выполнение. Он извлекает сначала из программной памяти команду, затем расшифровывает ее и, наконец, выполняет.
Этап 6.	Микропроцессор выставляет на адресную шину адрес ячейки памяти 8202 и активизирует вход считывания из программной памяти посредством управляющих линий.
Этап 7.	Код команды “Поместить данные” считывается с шины данных, принимается МП и помещается в регистр команд.
Этап 8.	МК декодирует эту команду и определяет, что нужен операнд. Он выставляет на шину адреса следующий адрес 8203 и активизирует вход считывания из программной памяти.
Этап 9.	Код операнда “В ячейку памяти 8500” из памяти (программы) помещен на шину данных, МП принимает операнд и помещает его в регистр команд. Команда ПОМЕСТИТЬ данные в ячейку 8500, полностью извлечена и декодирована.
Этап 10		Теперь начинается процесс выполнения. МП выставляет на адресную шину адрес 8500 и активизирует вход записи в память.
Этап 11.		МП выдает помещенную в аккумуляторе информацию на шину данных. А - записывается в память. Таким образом выполнена вторая команда.
Этап 12.		Теперь МП должен извлечь следующую команду. Он адресует ячейку памяти программ 8204 и активизирует вход считывания из памяти.
Этап 13.		Команда ВЫВЕСТИ данные помещена на шину данных, МП принимает ее и помещает в регистр команд. Микропроцессор декодирует послание и определяет, что нужен операнд.
Этап 14.		МП помещает адрес 8205 на адресную шину и активизирует вход считывания из памяти.
Этап 15		Память помещает код операнда в ПОРТ 10 на шину данных. Этот код принимает МП, который помещает его в регистр команд.
Этап 16.		МП декодирует команду ВЫВЕСТИ данные в порт 10 полностью активизирует порт 10 посредством адресной шины и управляющей линии устройства вывода. Он помещает код А на шину данных. Наконец А передается портом 10 на видеотерминал.

Большинство микро-ЭВМ передает информацию описанным сейчас способом. Важно отметить, что МП является центром всех операций и полностью ими управляет. Он следует последовательности - извлечение - декодирование- выполнение. Выполняемые операции, напротив, диктуются командами, помещенными в памяти.