Konspekt_lektsy_MPT
.pdf
2.2.3. Доступ с помощью сегментных регистров
Суть этого способа доступа заключается в том, что диспетчер памяти имеет регистры, определяющие адрес, с которого начинается проекция логического адресного пространства на физическое. Каждый из регистров, как показано на рисунке 2.8, дает собственную проекцию. Проекции, даваемые с помощью различных регистров, независимы, в том числе – могут совпадать.
Рис 2.8. Доступ с помощью сегментных регистров
Механизм вычисления адреса проекции на примере содержащего логический адрес регистра BX и сегментного регистра DS показан на рисунке 2.9.
31
Рис 2.9. Вычисление физического адреса с помощью сегментного регистра
Из примера, приведенного на рисунке 2.9 можно сделать ряд выводов, касающихся особенностей этого метода.
Во-первых, поскольку перенос при сложении не учитывается, то физическое адресное пространство оказывается «склеено» в кольцо. То есть, если проекция начинается меньше чем за 64 Кб от верхнего адреса – 0FFFFFh, то она будет продолжена с адреса 0.
Во-вторых, поскольку к младшей тетраде логического адреса прибавляется значение, равное нулю, то проекция может начинаться только с физического адреса, кратного 16.
32
Раздел 3. Структурная схема МПУ.
Структурная схема используется для того, чтобы показать, какие устройства входят в данное конкретное МПУ и как они взаимодействуют (через какие шины, интерфейсы и т.д.). Пример структурной схемы, включающей в себя типовые компоненты, показан на рисунке 3.1.
Рис 3.1. Пример структурной схемы МПУ
Рассмотрим назначение устройств, показанных на этой структурной схеме.
Центральный процессорный блок (ЦП) – включает в себя как ядро системы, так и вспомогательные узлы, обеспечивающие функционирование МПТ в целом, как системы. К ним могут быть отнесены микросхемы обрамления (приёмопередатчики и т.п.), генераторы сетки частот, формирователи временных последовательностей и т.д.
Память МПУ (ОЗУ и ПЗУ) – узлы и устройства памяти, обеспечивающие постоянное или временное хранение программы и данных. Эти элементы присутствуют на структурной схеме вне
33
зависимости от применяемой архитектуры. Сравнение их относительных ёмкостей помогает понять, чем – ЭВМ общего назначения или встраиваемым устройством является данное МПУ.
ЭВМ общего назначения хранит программы и данные в ОЗУ, а ПЗУ необходимо только для начального тестирования и загрузки операционной системы. Следовательно, в этом случае ёмкость ОЗУ существенно превосходит ёмкость ПЗУ.
Встраиваемая МПУ поставляется заказчику уже укомплектованная рабочими программами, которые записаны, естественно, в ПЗУ. ОЗУ же в этом случае необходимо только для хранения переменных и, следовательно, ёмкость его должна быть существенно меньше, чем ёмкость ПЗУ. Однако, по ряду причин, чаще всего оказывается выгоднее поставить ОЗУ ёмкостью, соизмеримой с ёмкостью ПЗУ – микросхему ОЗУ на требуемые, скажем, 64 байта найти сложнее и дороже, чем выпускаемую огромными партиями ОЗУ 32Кх8. То, что реально будет использоваться незначительная часть ёмкости микросхемы, оправдывается существенно более низкой ценой.
Контроллеры ввода/вывода (КВУ) служат для логического и временного согласования шины внешнего устройства с шиной МПУ. Их устройство, схемотехника и работа рассматриваются в курсе «Схемотехника ЭВМ».
Устройство управления (УУ) – характерная особенность устройств, работающих без постоянного участия оператора. Задача этого устройства – обнаружить, что МПУ перешло в нештатный режим и подать сигнал системного сброса. Автоматизированные системы, не использующие оператора-человека, тоже подвержены ошибкам, зависаниям и другим сбоям (в том числе аппаратным).
Использование сторожевых таймеров в качестве УУ увеличивает стабильность работы — нет необходимости ручного
34
сброса. Поэтому наиболее частое использование таких устройств — встроенные системы различного назначения.
Сторожевой таймер (контрольный таймер, англ. Watchdog timer, WDT) — аппаратно реализованная схема контроля за зависанием системы. Представляет собой таймер, который периодически сбрасывается контролируемой системой. Если сброса не произошло в течение некоторого интервала времени, происходит принудительная перезагрузка системы.
Физически УУ может быть:
•Самостоятельным устройством.
•Компонентом устройства, например, микросхемой на материнской плате.
•Частью кристалла микросхемы SoC.
Блок питания (БП) микропроцессорной системы – специфический узел, к которому предъявляются специальные требования. Более подробно блок питания будет рассмотрен ниже.
Структурные схемы реальных устройств значительно сложнее, чем приведённая на рисунке 3.1. Для сравнения, на рисунках 3.2, 3.3 и 3.4. приведены структурные схемы реально существующих устройств.
Рис 3.2. Пример структурной схемы ОЭВМ MSP430
35
Рис 3.3. Пример структурной схемы ОЭВМ архитектуры MCS-51
36
Рис 3.4. Пример структурной схемы ПСНК 8051F020
37
Раздел 4. Блоки питания МПУ
4.1.Общие требования
Кблокам питания МПУ и ЭВМ предъявляются следующие специфические требования:
- выдача напряжений при включении должно проводится в строгом соответствии с протоколом;
- снятие напряжений при выключении должно проводится в строгом соответствии с протоколом;
- при наличии лежащего в допуске напряжения на входе блока питания он должен выдавать в шину высокий уровень сигнала ПИТ
(ACLO) (см. рис. 3.1);
- при наличии заданного запаса энергии в конденсаторах
блока питания, он должен выдавать в шину высокий уровень сигнала ПОСТ (DCLO).
При включении питания протокол появления сигналов ПИТ и ПОСТ следующий: при достижении напряжением на входе блока питания номинального значения сигнал ПИТ становится высоким. После того, как блок питания выдал все выходные напряжения, высоким становится сигнал ПОСТ.
Рис 4.1. Пример протокола включения и выключения блока питания
38
При выключении питания первым в низкий уровень должен перейти сигнал ПИТ. Его пропадание запускает механизм запроса прерывания по нарушению питания (если такое прерывание заложено в системе). Таким образом, пропадание сигнала ПИТ запускает программную подготовку к выключению питания.
Подпрограмма прерывания по нарушению питания должна успеть отработать до того момента, пока энергия, запасенная в конденсаторах блока питания не достигнет предельно допустимой границы. После этого в низкий уровень должен перейти сигнал ПОСТ.
Пропадание сигнала ПОСТ запускает аппаратную подготовку к выключению питания.
Протокол включения и выключения блока питания показан на рис. 4.1.
В некоторых современных блоках питания, предназначенных для бытовых компьютеров, сигналы ПИТ и ПОСТ объединены в один сигнал PG (Power Good). Этот сигнал должен появляться вместе с ПОСТ, а пропадать – вместе с ПИТ. К сожалению, это правило соблюдается не во всех экземплярах таких блоков питания…
4.2. Общие вопросы электропитания и заземления
Рассмотрим правила подключения к питающей сети с точки зрения безопасности как человека, так и компьютера.
Практически каждый блок питания компьютера или периферийного устройства имеет сетевой фильтр (рис. 4.2). Конденсаторы этого фильтра предназначены для шунтирования высокочастотных помех питающей сети на землю через провод защитного заземления и соответствующие трехполюсные вилку и розетку. «Земляной» провод соединяют с контуром заземления, но допустимо его соединять и с «нулем» силовой сети (разница
39
ощущается только в особо тяжелых условиях эксплуатации). При занулении необходимо быть уверенным в том, что «нуль» не станет фазой, если кто-нибудь вдруг перевернет вилку питания. Если же «земляной» провод устройства никуда не подключать, на корпусе устройства появится напряжение порядка 110 В переменного тока: конденсаторы фильтра работают как емкостной делителе напряжения, и поскольку их емкость одинакова, 220 В делится пополам.
Рис 4.2. Типовая схема сетевого фильтра блока питания
Конечно, мощность этого «источника» ограничена — ток короткого замыкания IКЗ на землю составляет от единиц до десятков миллиампер, причем чем мощнее блок питания, тем больше емкость конденсаторов фильтра:
IКЗ = UПИТ 2π FC
Здесь UПИТ=220 В, F=50 Гц — частота питающей сети, С — емкость конденсатора фильтра. При емкости конденсатора С=0,01 мкФ этот ток будет около 0,7 мА. Для высокочастотных (импульсных) помех, приходящих как по сети, так и от входного преобразователя блока питания, те же конденсаторы представляют собой гораздо меньшее сопротивление, и ток короткого замыкания может возрастать во много раз.
40