курсовой проект / Основной микропроцессор К1810ВМ86 имеет

Основной микропроцессор К1810ВМ86 имеет

следующие характеристики:

Тактовая частота – 5МГц

Корпус – 40 контактный

Разрядность

– 16

Диапазон адресации – до 1 Мб для памяти , 64 Кб для устройств ввода-вывода

Передача

данных и адреса – по одной физической линии с мультиплексированием по времени (данные

после адреса).

Микропроцессор К1810ВМ86 имеет два режима работы: минимальный и

максимальный. В минимальном режиме микропроцессор формирует управляющие сигналы

для памяти и устройств ввода-вывода, обеспечивая однопроцессорный режим работы.

В максимальном режиме сигналы управления памятью и устройствами ввода-вывода формируются

контроллером КР1810ВГ88 на основании информации о состоянии микропроцессора. Линии,

используемые в минимальном режиме для управления памятью и устройствами ввода-вывода,

в максимальном режиме обеспечивают аппаратную реализацию многопроцессорного режима

работы. Сопроцессор i8087 представляет собой 40 –контактную БИС и предназначен

для выполнения арифметических операций с плавающей запятой. При его отсутствии они

выполняются программно что существенно снижает производительность системы. Микропроцессор

ввода-вывода КМ1810ВМ89 обычно работает под управлением центрального процессора К1810ВМ86,

но может использоваться самостоятельно в контроллерах ввода-вывода. Он имеет два

независимых программно – управляемых канала ввода-вывода, которые осуществляют

обмен данными по прямому доступу в память со скоростью до 1,25 Мб/с. Сочетая высокую

скорость передачи информации с программируемой логикой, микропроцессор КМ1810ВМ89

повышает эффективность системы, освобождая центральный процессор от рутинных операций

по обработке информации устройств ввода-вывода.

Контроллер прерываний К1810ВИ59А

предназначен для обработки сигналов прерываний, поступающих от периферийных устройств,

и работает совместно с основным микропроцессором К1810ВМ86. Он принимает запросы

от восьми источников, при каскадном подключении дополнительных контроллеров ВИ59А

число источников можно увеличить до 64. Тактовый генератор К1810ГФ84 предназначен

для формирования сигналов частотой 5 МГц, синхронизирующих работу микропроцессора

К1810ВМ86, кроме того, формирует сигналы СБРОС и ГОТОВНОСТЬ. Буферные 8 разрядные

регистры КР580ИР82 и ИР83 используются при демультиплексирования магистрали адреса

– данных микропроцессора К1810ВМ86. Формирователи магистрали 8 – разрядные КР580ВА86

и ВА87 предназначены для обеспечения необходимой мощности интерфейсных сигналов,

выходящих за пределы платы, они представляют собой биполярные приемопередатчики с

трех стабильными выходами. Контроллер магистрали КР1810ВГ88 предназначен для декодирования

байта состояния микропроцессора КМ1810ВМ89 или ВМ86 (в максимальном режиме), осуществляет

генерацию во времени команд и управляющих сигналов для системной магистрали. Он также

выдает сигнал стробирования адреса в буферные регистры КР580ИР82 и ИР83 во время

демультиплексирования адреса – данных от микропроцессора К1810ВМ86. Арбитр шины КР1810ВБ89

предоставляет системную магистраль одному из нескольких задатчиков, которые выставили

запрос на захват магистрали для доступа к ресурсам системы, например общей памяти.

На рисунке показана типовая модульная структура системы, которую можно построить

на базе микропроцессорных наборов К580 и К1810. Как видно из рисунка, возможны

системные и локальные магистрали, объединяющие несколько процессоров. Микропроцессоры

всегда связаны с локальной магистралью, а запоминающие устройства, устройства ввода-вывода

и модули процессора – с системной магистралью. Локальная магистраль реализуется микропроцессором

К1810ВМ86 и координирует работу нескольких процессоров и сопроцессоров. Так в модуле

центрального процессора МЦП-16 микроЭВМ СМ 1810 локальная магистраль связывает

микропроцессор К1810ВМ86 и сопроцессор i8087. Системная магистраль состоит из пяти

наборов сигналов: адреса, данных, управления, прерывания арбитража. Интерфейс И41

– пример общей системной магистрали, которая позволяет координировать работу модулей,

выполняющих различные функции. Возможна также локальная системная магистраль, не

выходящая за пределы модуля процессора, но позволяющая присоединять дополнительные

устройства непосредственно к процессору. Она недоступна со стороны модулей системы,

объединенных общей системной магистралью. Локальная системная магистраль разгружает

общую и позволяет процессорному модулю осуществлять обмен информацией со своими устройствами,

освобождая общую системную магистраль для работы с другими модулями. Таким образом,

процессоры, узлы управления интерфейсами, объединенные локальной магистралью, и устройства,

объединенные локальной системной магистралью (в данном случае локальная память

и локальный ввод вывод), образуют модуль процессора. Простейший модуль состоит из

микропроцессора, узла управления локальным интерфейсом, объединяющим локальную

память и управления локальными устройствами ввода- вывода. Описанная структура построения

используется при проектировании одноплатных ЭВМ, не имеющих возможностей расширения.

На рис. Показан модуль процессора, предназначенный для работы в расширяемой модульной

многопроцессорной системе. Узлы управления общей системной магистралью обеспечивают

доступ модуля к общей памяти и обмен информацией с другими процессорными модулями.

Если в системе имеется несколько процессоров, то все запоминающие устройства и

устройства ввода-вывода, подсоединенные к общей системной магистрали, доступны процессорным

модулям. Арбитры магистрали КР1810ВБ89 в каждом модуле процессора обеспечивают

доступ модулей к общей системной магистрали, следовательно, к общей памяти и устройствам

ввода - вывода.

Архитектура микроЭВМ

Значительно чаще используется минимальный

режим работы с разделением магистрали адреса-данных. На рис. 2 показана схема реализации

этого режима. Два буферных регистра КР580ИР82/83 позволяют получить доступ к памяти

объемом 64 Кб. Добавив третий буферный регистр, объем можно увеличить до 1 Мб.

Этот режим работы позволяет эффективно использовать компоненты из микропроцессорного

набора К580. Формирователи КР580ВА86/87 могут объединять по схеме ИЛИ магистрали

данных от нескольких источников информации. Контроллер прерываний КР1810ВИ59А обеспечивает

реакцию процессора на любой из восьми возможных запросов на прерывание, при этом

не требуется опрашивать регистры состояний источников прерываний, так как контроллер

формирует код переданного микропроцессору источника прерывания. Минимальный режим

работы набора К1810 широко применяется при проектировании персональных ЭВМ.

Билет

№17 вопрос №1

Структура и компоновка ОЗУ основных моделей СМ ЭВМ.

Данный вопрос рассмотрим

на примере модулей памяти модели СМ 1810. Модуль оперативный запоминающий МОЗ 256

СМ. Он предназначен для приема, хранения и выдачи оперативной информации в качестве

встроенной оперативной памяти в составе микроЭВМ СМ 1810. Модуль имеет следующие

технические характеристики:

Объем – 256 Кб

Разрядность – 8 и 16 бит

Порядок обращения

– произвольный

Выполняемые операции – запись слова (ЗПС), чтение слова (ЧТС), запись

байта (ЗПБ), чтение байта (ЧТБ)

Цикл обращения – при операциях ЧТС, ЗПС, ЧТБ не более

0,7 мкс, при операции ЗПБ не более 1,4 мкс

Модуль обеспечивает коррекцию одинарной

и обнаружение двойной ошибки. На рис. показана структурная схема модуля. Узел приема

осуществляет формирование адреса обращения к требуемой ячейке памяти при обращении

к модулю со стороны интерфейса И41, узел обработки данных осуществляет прием и

выдачу данных на (из) интерфейса И41. В его состав входит корректор, обеспечивающий

при операциях записи формирование контрольных разрядов накопителя. При операциях

чтения корректор формирует признаки одинарной и двойной ошибки и в случае одинарной

ошибки производит коррекцию данных и выдачу их через соответствующий буферы на

интерфейс И41. Узел управления формирует сигналы управления другими узлами модуля

и соответствующую диаграмму. В его состав входит контроллер памяти КМ1810ВТ03,

осуществляющий формирование управляющих сигналов для динамических микросхем памяти,

прием и мультиплексирование адресов строки и столбца, а также формирует режим регенерации.

Узел

накопителя предназначен для записи, хранения и выдачи информации представляет собой

матрицу микросхем памяти К565РУ5 (64К х 1). Матрица содержит два ряда по 22 микросхемы.

Разряд данных включает в себя по одной микросхеме из каждого ряда; таким образом,

в матрице всего по 16 информационных и 6 контрольных разрядов. Полная емкость накопителя

128К х 22 бит, где К=1024бит

Узел портов диагностики осуществляет прием и выдачу

информации о диагностики модуля и состоит из портов ввода-вывода, в которых хранится

информация о работоспособности модуля.

В состав СМ1810 входит еще один модуль оперативной

памяти МОЗ 4М, который отличается от МОЗ256 большей емкостью (до 4 Мбайт). Остальные

параметры МОЗ 4М аналогичны МОЗ 256. МОЗ 4М состоит из пяти плат, которые устанавливаются

в соответствующие места 1810.40 и 1810.41. Из них одна плата выполняет функции

контороллера памяти, остальные четыре платы – функции накопителя. Платы накопителя

полностью взаимозаменяемы и служад для наращивания накопителя блоками по 1 Мбайт

до 4х. Минимальная емкость МОЗ 4М – 1 Мбайт.

Билет №3 вопрос №1

Общая характеристика

микропроцессора. Функции и структурная схема МП.

Развитие технологии и схемотехники

БИС привело к появлению в середине 70 – х годов нового типа интегрального электронного

прибора, представляющего собой функционально законченное устройство обработки цифровой

информации, управляемое хранимой в памяти программой и конструктивно выполненного

в виде одного или нескольких БИС и СБИС. Такой прибор получил название микропроцессора,

так как по своим логическим функциям и структуре напоминает упрощенный вариант

процессора обычных ЭВМ, а именно дешифрация и выполнения команд микропрограммы,

организация обращения к оперативной памяти, в нужных случаях инициирование работы

каналов и периферийных устройств, восприятие и обработка запросов, поступающих

из устройств машины и внешней среды. По выполняемым функциям микропроцессор является

центральной частью объекта, управляющим взаимодействием ее устройств. Отличия от

процессора можно сформулировать следующим образом: - меньшая разрядность обрабатываемых

данных, меньшая точность вычислений;

упрощенная система арифметико-логических команд;

меньшими

объемами прямоадресуемой памяти, выполнением операций адресной арифметики операций

по обмену данными с внешними устройствами с помощью одного и того же АЛУ, надо отменить,

что перспективные модели МП лишены этих отличий.

Структурная схема микропроцессора.

Основными

особенностями организации современных микропроцессоров и микро-ЭВМ является:

А) Модульная

структура, в которой модули являются функционально законченными устройствами

Б)

Магистральная организация связей между модулями, при которой общие шины используются

разными модулями

В) Микропрограммное управление

Г) Байтовая адресация памяти и

побайтовая обработка данных

Д) Использование внутренних сверхоперативных регистров,

см. Рис

В структуре можно выделить три основные части: центральный процессор, блок

управления и постоянная память микропрограмм. Центральный процессор содержит АЛУ,

сверхоперативную память в виде программно доступных общих регистров и функциональные

регистры – командный, индексный, адресный, указатель стека и программный счетчик.

АЛУ состоит из двоичного сумматора, сдвигающего регистра, двух регистров операндов

и регистра результата. Схемы АЛУ выполняют команды сложения, вычитания, логическое

И, ИЛИ, сложение по модулю 2 и сдвигов. Более сложные операции реализуются программно.

Блок микропрограммного управления содержит дешифратор кода операции, схему формирования

функций перехода к следующему адресу в микропрограмме и регистр адреса микрокоманды.

Система прерывания в микропроцессорах достаточно проста и предназначена только для

восприятия прерываний от внешних источников. Микропроцессоры имеют упрощенные схемы

управления ПУ. В значительной степени управление этими устройствами реализуется посредством

микропрограммного управления. Блок постоянной памяти микропрограмм, реализующих команды

микропроцессора, обычно выполняется в виде отдельной БИС. В микропроцессорах используют

косвенную, непосредственную, индексную адресации основной оперативной памяти и

прямую адресацию общих регистров. Сверхоперативная память на общих регистрах, позволяет

сократить количество обращений к внешней памяти и уменьшить необходимое количество

выводов корпуса за счет сокращения формата команды. Из-за ограниченного числа выводов

корпуса БИС не удается реализовать интерфейс микропроцессора с высокой пропускной

процессоров, работающей с общей ОП и управляется одной общей операционной системой.

Часто в МПС организуется общее поле внешней памяти. Под общим полем подразумевается

равнодоступность устройства. Для памяти это означает что все модули памяти, доступны

всем процессорам и каналам ввода вывода (или всем ПУ в случае наличия общего интерфейса).

В МПС по сравнению с ММС достигается более быстрый обмен информацией между процессорами

через общую ОП, и поэтому может быть получена более высокая производительность, более

быстрая реакция на ситуации, возникающими внутри системы и ее внешней среде, и более

высокую надежности и живучесть, так как система сохраняет работоспособность пока

работоспособны хотя бы по одному модулю каждого типа устройства. Однако построение

ММС из стандартно выпускаемых ЭВМ с их стандартными операционными системами, значительно

проще, чем построение МПС, требующих преодоления определенных трудностей, возникающих

при реализации общего поля ОП, и главное трудоемкой разработки специальной операционной

системы. В настоящее время данная проблема решена путем создания плат построенных

на чипсете фирмы INTEL PR440FX второе название Providence и операционной системы

Windows NT ( New Technology) .При их создании возникает множество проблем , среди

которых осуществление быстродействующих экономичных по аппаратурным затратам межмодульных

связей , снижение потерь производительности из-за конфликтов при попытке нескольких

процессоров использовать один и тот же ресурс. МПС и ММС сооздаваемые путем комплесирования

оборудования нескольких серийных ЭВМ , часто называют вычислительными комплексами

ВК, обычно управляющей каким – либо обьектом. На основе многопроцессорности и модульного

принципа построения других устройств системы возможно создание отказоустойчивых систем

или так назвыаемых систем повышенной живучести. ММС и МПС могут быть однородными

и неоднородными. Однородные системы содержат однотипные ЭВМ или процессоры. Неоднородные

ММС состоят из ЭВМ различного типа а в неоднородных МПС используются различные

специализированнные процессоры, например рпоцессоры для операций над числами с плавающей

точкой , для обработки десятичных чисел, процессор реализующий функции операционной

системы и др. МПС и ММС могут иметь одноуровневую и иерархическую структуру. В

первом случае машины (процессоры) системы образуют один общий уровень обработки

данных , а во втором система содержит отдельные машины (процессоры) для выполнения

различных уровней обработки информации . Обычно менее мощная машина (саттелит)

берет на себя ввод информации с различных терминалов и ее предварительныю обработку

, разгружая от этих сравнительно простых операций , основную, более мощную ЭВМ, чем

достигается увеличение общей пропускной способности комплекса. Обычно саттелит –

микроЭВМ. Важной структурной особенностью ВС является способ организации связи

между устройствами (модулями) системы. Он непосредственно влият на быстроту обмена

информацией между модулями системы, а следовательно и на производительность, быстроту

реакции на поступающие запросы , приспособленность к изменению конфигурации, и

, наконец, на размеры аппаратурных затрат на осуществление межмодульных связей.

В частности от организации межмодульных связей зависит частота возникновения конфликтов

при обращении процессора к одним и тем же ресурсам.и потери производительности

из-за конфликтов. Используются следующие способы организации межмодульных связей:

Многоуровневые

связи, соответствующие иерархии интерфейсов ЭВМ

Общая шина

Регулярные связи между

модулями

Коммутатор межмодульных связей

Принципы организации МПС и ММС существенно

отличаются в зависимости от их предназначения . Поэтому целесообразно различать :

ВС,

ориентированные на повышение надежности и живучести

ВС, ориентированные на достижение

сверхвысокой производительности.

Билет №14 вопрос №1

Управляющие микро-ЭВМ и промышленные

контроллеры

Под управлением понимают целенаправленное воздействие на объект, в

результате которого он переходит в требуемое состояние. Объектом будем называть

ту часть окружающей среды, на которую можно воздействовать с определенной целью. Состояние

Y объекта можно описать параметрами, характеризующими его в каждый момент времени.

Объект управления существует не просто сам по себе, а в окружающей его среде, которая

постоянно воздействует на его состояние. Эти воздействия окружающей среды можно разделить

на три группы 1) Объективно существующие и наблюдаемые (вход объекта Х). 2) управляющие

воздействия, с помощью которых происходит управление объектом (управляющий вход U

0

)

3) возмущения Е (не измеряемые параметры среды, и всякого рода случайные изменения

объекта). Управляющие воздействия обьекта U

0

подаются на объект с определенной

целью. Цель управления – это требуемое состояние или последовательность состояний

объекта во времени. Если цель сформулирована иначе, то ее надо перевести на язык

состояний объекта управления. Использование микроЭВМ в системах управления имеет

ряд особенностей по сравнении с использованием ее в качестве универсальной микроЭВМ.

Универсальные микроЭВМ, предназначенные для научно технических расчетов или обработки

информации, ориентированны в первую очередь на взаимодействие с пользователем.

Задача таких ЭВМ обрабатывать данные по запросу пользователя. Поэтому в универсальной

микроЭВМ через блоки сопряжения подключаются блоки ввода вывода информации. (примеры)

Основная же задача управляющей ЭВМ состоит в том, чтобы на основании информации,

получаемой от датчиков, вычислить и передать на исполнительные механизмы управляющие

воздействия. Как правило, управляющие микроЭВМ встраиваются в оборудование и настраиваются

на конкретную область применения. Поэтому работают они уже по готовым программам,

которые хранятся в ПЗУ. В состав управляющей микро ЭВМ обязательно входят контроллеры

для приема данных от датчиков состояния среды и объекта, а также для передачи управляющих

воздействий на исполнительные механизмы. В этих блоках данные преобразуются к форме,

которую понимает микроЭВМ. МикроЭВМ работает сданными в цифровом виде, датчики выдают

ее в аналоговом, следовательно, требуется двустороннее цифроаналоговое преобразование,

при котором каждому измеренному значению соответствует определенный цифровой код,

с которым и работает микроЭВМ. Отличительной особенностью работы управляющих микроЭВМ

является выполнение ими всех операций в реальном масштабе времени. Термин

реальное

время

используют в тех случаях, когда требуется оперативно реагировать на входные

сигналы, причем задержка реакций должна быть конечной и не превышать определенного

значения. В различных приложениях этот термин определяется по-разному. В управляющих

микроЭВМ вычисление управляющих воздействий за время, больше требуемого, приравнивается

к получению неправильного результата, так как ЭВМ должна оперативно управлять объектом.

При работе микроЭВМ в составе системы управления можно решать следующие задачи:

Принимать

информацию от датчиков о состоянии окружающей среды объекта.

Расчитывать в реальном

времени управляющие воздействия и передавать их на исполнительные механизмы

Отображать

информацию о текущем состоянии системы оператору на дисплее

Принимать и обрабатывать

команды оператора по изменению условий процесса управления.

Передавать и принимать

информацию от других микроЭВМ. Особенностью управляющих микроЭВМ можно считать

повышенное требование к надежности программного обеспечения, так как отказ может привести

к серьезным последствиям в работе реальных устройств.

Рассмотрим структуру микропроцессорной

системы управления. Устройство управления в данной системе включает в себя управляющую

микроЭВМ, но в общем случае может содержать вычислительную систему. Алгоритмы управления

реализованы в виде программ, хранящихся в памяти ЭВМ. Интерфейсные блоки предназначены

для связи с объектом управления (главными и вспомогательными приводами и электроавтоматикой

станка) и периферийным оборудованием; пульт оператора для выдачи команд в микроЭВМ

на специальном языке. Измерительные контроллеры преобразуют и выдают в микроЭВМ в

цифровом виде показания датчиков о состоянии объекта и среды. В состав интерфейсных

блоков связи и контроллеров могут входить микропроцессоры, в этом случае процессор

освобождается от рутинных функций по вводу/выводу и предварительной обработки информации.

При

построении систем управления сложными объектами такой объект разбивается на части

и строится система управления аналогичная этой, затем соединяется через центральную

ЭВМ.

Для управления внешними устройствами приходится выполнять на микроЭВМ сложную

последовательность действий, связанных с проверкой различных условий и передачей

данных. Задачи передачи данных требуют быстрого выполнения логических операций

в многократно выполняющихся алгоритмах, не меняющихся в процессе работы. Наиболее

эффективно в качестве аппаратной реализации таких алгоритмов использовать микроконтроллеры

– спец. управляющие микро ЭВМ, которые работают в реальном масштабе времени по

некоторым фиксированным рабочим программам, размешенных в ПЗУ. Использование микроконтроллеров

для управления внешними устройствами разгружает центральный процессор микроЭВМ

от излишне детального управления. Наиболее распространены микроконтроллеры трех

типов.1) Ориентированные на реализацию алгоритмов логического типа и предназначенные

для замены релейных и логических схем электроавтоматики командоппаратов. 2) ориентированные

на реализацию алгоритмов автоматического регулирования аналоговых и аналого-дискретных

технологических процессов и предназначенные для замены различных аналоговых и цифровых

регуляторов. 3) Ориентированные на реализацию спец. алгоритмов управления и предназнач.

для управления игровыми автоматами, светофорами и т.д.

Билет № 14 вопрос №2

Для не

резервированных ЭВМ (не содержащих дублированных устройств) последовательность

вычислений следующая. Сначала необходимо определить интенсивности отказов устройств

_____

каждого типа

l

0i,

i= 1, N

_

, где N - число устройств, входящих

в состав ЭВМ. Величины

l

0i

определяются по формуле

__

__

l

0i

=1/ Т

0i

,

__

где Т

0i

– среднее время

наработки на отказ устройства i – го типа. Значения Т

0i

берутся из эксплуатационной

документации на соответствующие устройства ЭВМ либо вычисляются по результатам

наблюдений за работой машины. Интенсивность отказов ЭВМ в целом (суммарная интенсивность

отказов ЭВМ) вычисляется по формуле

N

l

0

=

е

l

0i

k

i

,

i=1

где k

i

- коэффициент,

определяющий , насколько интенсивно используется устройство i - го типа при совместной

работе с другими устройствами в составе ЭВМ. Например:

Тип устройства: Коэффициент

использования:

Печатающие устройства … 0,1

ВЗУ 0,9

Графические устройства 0,05

УВВ

на ЭЛТ 0,1

При отсутствии устройства, какого – либо типа k

i

принимается равным

0. Зная

l

0

, вычисляем среднее значение наработки на отказ машины: ___

Т

о

=1/

l

0

__

Среднее время восстановления после отказа работоспособности

ЭВМ Т

в.о

вычисляется по формуле:

___ __ N __ __ ___

Т

в.о

= Т

о

е

(k

i

T

в.о.i

)/T

oi

где T

в.о.i

– среднее время восстановления i

– го устройства

i=1 __

после отказа . Интенсивность потока восстановлений

m

в.о

= 1/ Т

в.о

.

Билет №15 вопрос №2

Команды микропроцессора

Выполнение команды

состоит из отдельных машинных операций. В данном случае под операцией понимают

преобразование информации, выполняемое машиной под воздействием одной команды. Содержанием

машинной операции может быть запоминание, передача, арифметическое и логическое преобразование

некоторых машинных слов (операндов).

Команда

представляет собой код, содержащий

информацию, необходимую для управления машинной операцией. Команда должна указывать:

а) операцию, подлежащую выполнению; б) операнды, над которыми выполняется операция;

в) адрес, куда должен быть помещен результат операции; г) следующую команду (или

откуда она должна быть взята). Команда состоит из операционной и адресной частей.

Операционная часть содержит КОП, т.е. некоторое число, которое задает вид операции

(сложение, умножение, передача и т.д.). Адресная часть команды содержит информацию

об адресах операндов и результатах операции, а в некоторых случаях информацию об

адресе следующей команды. Количество двоичных разрядов, отведенных под код операции,

выбирается таким, чтобы можно было представить все выполняемые операции. Если ЭВМ