21.8. Минимальные система
Микро-ЭВМ, которая имеет память программ объемом 2 Кбайт, ОЗУ объемом 128 байт и устройство ввода-вывода, представляет собой очень мощное устройство, которое способно заменить множеств различных аппаратных переключающих схем. Поэтому при решении специфических задач часто отказываются от модульного расширения и благодаря этому добиваются значительного уменьшения аппаратурных затрат. Поясним этот принцип построения более подробно.
21.8.1. ПОСТРОЕНИЕ ПРОСТОЙ МИКРО-ЭВМ
Если заранее известно, что ЭВМ, которую нужно разработать, должна иметь наименьший объем аппаратурных затрат, то в качестве первого упрощения можно отказаться от всех шинных формирователей, Второе упрощение состоит в том, что вместо подпой дешифрации адресов достаточно использовать частичную дешифрацию. так как используется лишь незначительная часть памяти. Эту возможность частичной дешифрации продемонстрируем на примере. Допустим, что в качестве памяти программ используется ППЗУ объемом 3К байт, а в качестве памяти данных-ОЗУ объемом 128 байт. Дополнительно необходимо предусмотреть также адаптер интерфейса периферийных устройств для ввода-вывода.
Рис. 21.38. Временная диаграмма управляющего сигнала в процессе считывания.
Следовательно, общий объем памяти составляет
2048 + 128 + 4 = 2180.
Для адресации такого объема памяти необходимо 12 разрядов адреса, которые будут дешифрироваться согласно рис. 21,39. Обозначенные буквой М3 линии адреса а0...а10 подключены прямо к ППЗУ. Линия а11 характеризует область памяти программ. Она подключается ко входу выбора кристалла ППЗУ.
Область ввода-вывода соответствует комбинации 01, записанной в битах адреса а11 и а10. Внутренние регистры адаптера интерфейса периферийных устройств отличаются битами адреса а0 и а1.
Область ОЗУ обозначается с помощью комбинации 00 в битах адреса а11 и а10. 128 ячеек различаются с помощью бит адреса а0...a6(M1). Путем дополнительной дешифрации битов a7...а9 можно расширить область ОЗУ на 1 Кбайт без изменения первоначальной дешифрации.
Поскольку при использовании частичной дешифрации биты адреса a12...a15 не опрашиваются, то каждую ячейку можно адресовать с помощью 16 различных бит адреса. Таким образом, верхнюю границу 4-разрядного шестнадцатеричного числа
Рис. 21.39. Распределение и дешифрация адресов для минимальной системы.
можно выбрать произвольно. Однако рекомендуется так выбирать адреса в программе, как будто она полностью дешифруется. Для этой цели программу в отладочной ЭВМ также обрабатывают с полной дешифрацией адреса.
На рис. 21.40 показана схема устройства, реализующего указанное распределение адресов. В качестве центрального блока выбран микропроцессор МС 6802, который содержит ОЗУ объемом 128 байт.
21.8.2. ОДНОКРИСТАЛЬНАЯ МИКРО-ЭВМ
Современная технология производства больших интегральных схем позволяет разместить в кристалле процессора не только ОЗУ, но и ПЗУ, а также ряд периферийных устройств. На этом основано создание однокристальных микропроцессоров для однокристальных микро-ЭВМ. В качестве примера на рис. 21.41 представлена блок-схема однокристальной микроЭВМ типа МС 6801. Она содержит программируемое с помощью маски ПЗУ объемом 2 К байт. Разновидность БИС этого типа МС 68701 включает также РПЗУ объемом 2Кбайт.
В качестве ЦПЭ используется улучшенный микропроцессор типа 6800. Он отличается от стандартного варианта тем, что некоторые его команды требуют меньше машинных циклов. Кроме того, имеется несколько довольно эффективных дополнительных команд, например
PSHX-загрузка в индексный регистр,
PULX-извлечение из индексного регистра,
MUL-умножение 8х8 бит (за 10 циклов).
Рис. 21.41. Внутренняя структура однокристальной микро-ЭВМ типа МС 6801.
Для операций с 16-разрядными числами аккумуляторы А и В могут использоваться совместно как единый 16-разрядный регистр.
Наряду с программируемыми счетчиками имеются также три параллельных интерфейса, а также последовательный интерфейс для передачи данных по стандарту V.24. Кроме этого, есть генератор скорости передачи двоичных сигналов. Распределение адресов в памяти показано на рис. 21.42. ОЗУ области ввода-вывода адресуются с помощью укороченного способа адресации. ПЗУ расположено у верхней границы зоны адресов. При этом возможен прямой доступ к адресам повторного пуска и прерывания.
Рис. 21.42- Распределение памяти в микро-ЭВМ типа МС 6801.
В табл. 21.17 приведены характеристики важнейших типов таких микро-ЭВМ.