2.1.3. От микропроцессора к микро-эвм

В микропроцессоре все данные и сигналы управления передаются в виде кодов. Как упоминалось, необходимость кодирования данных связана с тем, что отдельные элементы интегральных схем хорошо умеют хранить данные в виде двух состояний («включено» или «выключено») или в двоичном коде («0» и «1»); n двоичных элементов способны хранить состояний, так что самым меньшим числом является «0», а самым большим - «».

Электронную схему, способную одновременно представлять данные во всех n двоичных разрядах, называют n-разрядным двоичным регистром. В регистрах запоминаются данные, временно хранимые в микропроцессоре.

Если данные по каждому разряду хранятся отдельно или передаются по отдельным проводам одновременно, говорят, что эти данные представлены в виде параллельного кода. Для этого обозначения на схемах используют широкие стрелки.

Сигналы управления также могут передаваться в виде кодов, однако в отличие от данных эти сигналы дополнительно изменяются во времени даже в пределах одной операции обработки данных. С помощью сигналов управления организуют четкую работу микропроцессора по тактам. Тактирование осуществляется внутренней схемой управления микропроцессора, которая снаружи получает только опорные сигналы тактовой частоты и код команды. Изменяя внешние электрические сигналы в определенной последовательности (или по определенной программе), можно изменять и характер действий, исполняемых микропроцессором на каждом шаге (рис. 2.3, а).

Рис. 2.3. От микропроцессора - к микроЭВМ

Очевидные преобразования этой схемы по мере ввода в рассмотрение необходимых дополнительных устройств (рис. 2.3, б - рис. 2.3, в) приводят к модульной схеме построения микроЭВМ с общей магистралью или шиной - набором параллельных проводов, подходящих ко всем узлам устройства (рис. 2.3, г). В шине имеются провода для всех сигналов, нужных любому из узлов, а каждый узел посылает на шину или принимает от нее только «свои» сигналы. Чтобы микропроцессор мог по такой общей шине обратиться к любому устройству, вводят общее распределение адресов (или адресного пространства).

В таком случае микропроцессор сначала выставляет на шину адрес того устройства, с которым необходим обмен, дожидается его опознания одним из устройств, подключенных к шине, а затем под управлением дополнительных сигналов производится сам обмен данными.

Заметим, что для запоминающего устройства такой способ обмена практически ничего не изменяет, а для других устройств (например, устройств ввода/вывода) появляется необходимость опознавать свой адрес на магистрали, отвечать на адресные запросы и т.п. Следовательно, схема подключения на рис. 2.3, г сложнее, чем на рис. 2.3,в, однако в целом вся схема стала «стройнее», четче виден модульный принцип ее построения. Без каких-либо изменений схемы ее легко расширить, введя новое устройство или новый модуль, подключаемый к общей схеме по общим правилам.

Схема на рис. 2.3, г отображает типичную структуру современных микро-ЭВМ, где центральную роль вычислителя, координатора, логического преобразователя данных выполняет микропроцессор.