Микропроцессоры Токхайм / 4.1. АРХИТЕКТУРА ПРОСТОЙ МИКРО-ЭВМ

Глава 4

ОСНОВЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ

Когда программист воспринимает информацию о новом типе МП, он должен выяснить следующие вопросы: архи­тектура МП; система команд; простейшие системы, ис­пользующие данный МП; сигналы управления; назначение выводов.

Понятие архитектуры относится к организации регист­ров центрального устройства, числа бит шин адресов, дан­ных и т. д.

Система команд — это список операций, которые МП может выполнить. Она включает в себя передачу данных, арифметические и логические операции, команды тестиро­вания данных и ветвлений, операции ввода/вывода (ВВ). В то же время команды используют различные способы адресации.

Схема, представляющая простую информационную си­стему, показывает, как соединены различные устройства с МП. Простая система может содержать МП, генератор тактовых импульсов (ГТИ), ОЗУ, ПЗУ, порты ВВ, дешиф­ратор адресов и источник питания. Иногда эти функции выполняются ИС или различными прочими составляющи­ми; однако многие микропроцессорные устройства содер­жат большинство названных элементов.

Сигналы управления являются выходными и управля­ют другими ИС (ОЗУ, ПЗУ и портами ВВ). Некоторые сигналы могут управлять операциями чтения/записи в па­мяти или чтения/записи в устройствах ВВ (УВВ).

Наконец, изучение выводов каждой ИС обеспечивает дополнительную информацию о специальных входах и вы­ходах МП. Среди прочих выводов мы найдем выводы пи­тания, ГТИ, ввода-вывода последовательных данных, вхо­дов прерываний и управления шинами.

4.1. АРХИТЕКТУРА ПРОСТОЙ МИКРО-ЭВМ

На рис. 4.1 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.

Архитектура, представленная на рис. 4.1, различает два типа полупроводниковой памяти, используемой системой. Постоянное запоминающее устройство ПЗУ представляет собой постоянную память, которая содержит программу-монитор системы. 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.

Архитектура на рис. 4.1 содержит ОЗУ, т.е. устройство временного размещения данных. В него входят адресные входы, а также входы выбора кристалла и активизации чтения/записи. Это ОЗУ имеет восемь выходов с тремя со­стояниями, подсоединенных к шине данных. Здесь показан также источник питания.

Приведенная система микро-ЭВМ использует клавиш­ное устройство ввода. На этой схеме показаны цепи пита­ния, а также соответствующие линии данных, связанные со специальными ИС — интерфейсом ввода с клавиатуры. В задачу интерфейса входит размещение данных и управ­ление их вводом с клавиатуры. В нужный момент интер­фейс клавиатуры прерывает МП по специальной линии прерывания. Сигнал прерывания заставляет МП: 1) закон­чить выполнение текущей команды; 2) поддерживать свою нормальную работоспособность; 3) 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. Активизированное один раз устройство интерфейса с клавиатурой передает дан­ные, поступающие с клавишного устройства на шину дан­ных, микропроцессор их принимает. Если тристабильные. выходы интерфейса не активизированы, они возвращаются в свое состояние высокого сопротивления.

Приведенная на рис. 4.1 микро-ЭВМ имеет в качестве выхода группу семисегментных индикаторов. Индикаторы запитаны от источника, показанного на схеме справа. Си­стема или специальная ИС интерфейса вывода на индика­торы служит для размещения данных и управления состо­янием индикаторов. При активизации этого интерфейса по адресной шине, линиям выбора кристалла и активизации он принимает данные, поступающие с шины данных, и раз­мещает их, а также управляет индикатором, на котором размещенные данные высвечиваются.

Адресная линия содержит 65 536 различных сочетаний О 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. Комбинационной логикой дешифратора адреса активизируется линия выбора соот­ветствующего кристалла, активизируя, таким образом, выбранное устройство. Заметим, что для упрощения схемы все 16 линий адресной шины не показываются.

Упражнения

Все упражнения этого раздела связаны с рис. 4.1. На­стоятельно рекомендуем обращаться к нему постоянно.

Центром всех операций управления микро-ЭВМ является _____ (МП, ОЗУ, ПЗУ).

Шина _____ (адреса, данных) является однона­правленной.

Посредством 16 линий адресной шины можно по­лучить доступ к ______ (16 384, 65 536) ячейкам памяти

и портам ВВ.

Назвать по меньшей мере три типа выходов МП.

Назвать по меньшей мере четыре типа входов МП.

4.6. Обычно ПЗУ содержит программу ______ (монитора, изменяемую).

Назвать по меньшей мере четыре входа ПЗУ.

Назвать выходы ПЗУ.

Назвать по меньшей мере четыре типа входов ОЗУ.

4.10. Назвать выходы ОЗУ.

Назвать по меньшей мере пять типов входов спе­циального элемента интерфейса клавиатуры.

Назвать по меньшей мере два типа выходов эле­мента интерфейса клавиатуры.

Какова роль выхода прерываний элемента интер­фейса клавиатуры?

Какие действия предпринимаются МП, когда ли­ния прерываний активизируется клавишным устройством?

Назвать по меньшей мере пять типов входов спе­циального элемента интерфейса индикатора.

Назвать выходы интерфейса индикатора.

Какова роль дешифратора адреса?

Решения

4.1. МП, однако работой микро-ЭВМ управляют команды, содержа­щиеся в ПЗУ и/или в ОЗУ. 4.2. Адреса. 4.3. 65 536. 4.4. Выводы адрес­ной шины (16 линий), шины данных (восемь линий) и шины управления. 4.5. Входы питания, ГТИ, прерываний и шины данных (восемь линий).

4.6. Монитора. 4.7. Входы питания, адресов (адресная шина), выбора кристалла (1) и активизации чтения (1). 4.8. Выходы шины данных (во­семь линий) с тремя состояниями. 4.9. Входы питания, адресов (адрес­ная шина), выбора кристалла (1), активизации чтения/записи (шина управления) и шина данных (8). 4.10. Выходы данных на тристабильную шину (8). 4.11. Входы питания, адреса (с адресной шины), выбора кри­сталла (1), управления (с управляющей шины) и данных (с клавишно­го устройства). 4.12. Входы прерывания и тристабильной шины данных (8). 4.13. Активизация линии прерываний, когда интерфейс готов к пере­даче данных, поступающих в МП с клавишного устройства. 4.14. а) МП завершает выполнение текущей команды; б) МП прерывает свою после­довательную работу; в) МП обращается к специальной группе команд, управляющих вводом данных с клавишного устройства. 4.15. Входы пи­тания, адреса (адресная шина), данных (шина данных), управления (шина управления). 4.16. Выводы данных для возбуждения индикатора. 4.17. Он выбирает и активизирует единственное требуемое устройство (интерфейс с клавиатурой ПЗУ, ОЗУ или интерфейс индикатора).