9. Таймер.
Большинство микроЭВМ содержит источник реального времени - часы и таймер. Таймер предназначен для деления машинного времени на временные интервалы для эффективного использования процессора при работе с периферийными устройствами. Он обеспечивает совместную работу ЦП и ПУ в реальном масштабе времени, осуществляя разбиения машинного времени на равные интервалы времени.
В качестве таймера можно использовать микросхему КР580ВИ53 предназначенную для организации работы микропроцессорной системы в режиме реального времени.
С помощью таймера можно задавать определённые промежутки времени, по истечении которых происходит прерывание. Особенное применение прерываний таймера основанное на независимости работы микросхемы от процессора - регенерация оперативных запоминающих устройств, т.е. например каждые ... мс таймер выдаёт запрос на прерывание наивысшего приоритета, по наступлении которого производится регенерация памяти
10. Клавиатура.
Клавиатура является одним из основных устройств ввода, обеспечивающих общение пользователя с ЭВМ. Она содержит контроллер клавиатуры, который воспринимает каждое нажатие на клавишу и выдает последовательный скан-код. Скан-код представляет собой идентификационный номер, присвоенный каждой клавише.
При поступлении скан-кода из порта вызывается прерывание клавиатуры, приоритетность которого выше всех остальных периферийных устройств. Процессор моментально прекращает обработку текущей операции и выполняет процедуру, анализирующую скан-код, который может содержать управляющий код, например: "Ctrl-Alt-Delete" (прерывание от клавиатуры должно обрабатываться на микро уровне).
Для того, чтобы ЦП успевал обрабатывать все нажатия клавиш, контроллер клавиатуры должен иметь буфер FIFO.
Рис. 8 Схема подключения клавиатуры.
11. Контроллер пдп.
Разработка функциональной схемы контроллера ПДП.
Контроллер ПДП, имеющий централизованную структуру, должен обеспечивать выполнение следующих функций:
1) Обнаружение запросов на ПДП от ПУ;
2) Возможность инициализации с шины данных начальными значениями: адреса и числа слов;
3) Распознавание характера обмена: чтение или запись в ОП;
4) Поддержание диалога с ПУ во время обмена с целью выяснить готовность ПУ к приёму или передаче данных;
5) Проверка возможности обращения к ОП;
6) Управление ОП во время обмена;
7) Информирование ЦП о завершении операции ввода-вывода.
Для построения контроллера целесообразно применить специализированную БИС 1804ВУ6, являющуюся генератором адреса ПДП (эта БИС имеет разрядность равную 8 бит, поэтому для получения 32-разрядного контроллера необходимо объединить 4-ре микросхемы), а в качестве УУ использовать 12-ти разрядный секвенсор 1804ВУ4.
Рис. 9 Структурная схема контроллера ПДП.
Микропрограммное устройство управления, входящее в состав контроллера можно выполнить с помощью секвенсора 1804ВУ4, используя конвейерную обработку микрокоманд (для сокращения длительности такта).
Сброс контроллера ПДП в исходное состояние при включении питания или в процессе работы будет производиться путём подачи на вход ОЕ микросхемы 1804ВУ4 сигнала RESET, имеющего активный низкий уровень, и если линии выходной шиныYэтой БИС будут подключены через отдельные резисторы к шине +5V, то после перехода линий шины Y в высокоомное состояние на входе МПП установится адрес "111 ....1".
Для уменьшения количества внешних связей контроллер ПДП будет иметь по одной линии:
1) Запрос от ПУ;
2) Подтверждение запроса;
3) Готовность ПУ (активный уровень - низкий);
4) "Готов принять данные";
5) Завершение обмена.
ПУ должны быть подключены по структуре с одной линией запроса и цепочкой последовательного прохождения сигнала подтверждения.
Рис. 10 Способ подключения ПУ к контроллеру ПДП.
Выполнение операции ввода-вывода с ПДП будет происходить следующим образом (на примере операции записи в ОП):
1) ЦП, получив команду ввода-вывода, записывает по адресу нужного ПУ параметры ввода-вывода и делает пометку в ОП что данное ПУ занято;
2) ПУ, получив параметры ввода-вывода выставляет запрос на ПДП;
3) В свободном режиме контроллер ПДП непрерывно опрашивает вход запроса, и выявив запрос на ПДП делает запрос на обращение к ОП (т.е. на захват шины);
4) Получив разрешение на захват шины, контроллер ПДП выставляет сигнал подтверждения запроса;
5) Наиболее приоритетное ПУ, из выставивших запрос, прерывает распространение сигнала подтверждения запроса, и по очереди выставляет на шину данных параметры ввода-вывода;
6) Получив последние, контроллер ПДП дешифрирует команду и начинает опрашивать вход "Готовность ПУ";
7) ПУ, подготовив данные выставляет активный уровень сигнала на линию "Готовность ПУ";
8) Контроллер ПДП, получив данный сигнал, делает запрос на обращение к ОП и, получив разрешение, выставляет начальный адрес ОП, сигнал "Готов к обмену" и сигналы управления памятью;
9) Получив последний сигнал, ПУ выставляет данные, и в этом же такте происходит запись В ОП;
10) Происходит инкрементация адреса и декрементация счётчика числа слов, проверка условия: "(Готовность ПУ) ИЛИ (DON)";
11) Если всё в порядке то продолжается обмен, до тех пор пока не будет определён конец обмена (встроенными средствами 1804ВУ6) или не кончится подготовленный ПУ блок данных;
12) Если условие "(Готовность ПУ) ИЛИ (DON)" даст отрицательный результат, то необходимо: установить сигнал "Готов к обмену" в пассивное состояние, освободить системную шину и выяснить причину такого результата:
a) ПУ не готово, обмен не завершен. Необходимо продолжить тестировать условие "(Готовность ПУ) ИЛИ (DON)" и по получении положительного результата продолжить работу. Если по прошествии определённого времени устройство всё ещё не готово, то необходимо выставить сигнал "Завершение обмена" и запрос прерывания ЦП.
b) Обмен завершен. Необходимо выставить сигнал "Завершение обмена" и запрос прерывания ЦП.
Программа-обработчик прерываний по вводу-выводу по меткам в ОП определяет самое приоритетное занятое ПУ, сбрасывает метку и читает регистр состояния этого ПУ (определение успешного или аварийного завершения операции).
Рис. 11 Функциональная схема контролера ПДП.
Рис. 12 Структурная схема ЭВМ.
Выводы:
В процессе проделанной работы были получены навыки разработки структуры микроЭВМ. Рассмотрено формат системных шин, взаимодействие между различными периферийными устройствами и ЦПУ: обработка прерываний, формирование физического адреса устройства. Также был разработан контроллер прямого доступа к памяти.
Список литературы.
1. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем:
Справочник. В 2 т. / В.- Б. Б. Абрайтис, Н. Н. Аверьянов, А. И. Белоус и др.; Под ред. В.А. Шахнова.-М.: Радио и связь, 1988.
2. Каган Б. М. Электронные вычислительные машины и системы: Учеб. пособие для вузов.-3-е изд., перераб.и доп.-М.: Энергоатомиздат, 1991.
3. Мик Дж., Брик. Дж. Проектирование микропроцессорных устройств с разрядно-модульной организацией: В 2-х книгах. Пер.с англ.-М.: Мир, 1984.
4. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. -М.: Радио и связь, 1993.