Структура мп

(Архитектура микроЭВМ)

Наибольшее применение получили системы с магистрально-модульной структурой.

Данная структура характеризуется общей шиной к которой присоединяются все устройства, выполненные в виде модулей. Обмен между модулями происходит по общей шине. Обменом по шине управляет контроллер.

Основные блоки микроЭВМ (МП).

Устройство управления (УУ) вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по шинам во все блоки микроЭВМ.

Упрощенная схема УУ

КОП – код операций

Регистр команд – запоминающий регистр, в котором хранится код команды (код выполняемой операции коп. и адреса операндов, участвующих в операции).

РК расположен в интерфейсной части МП-ра в блоке РК.

Дешифратор операций – логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим из РК кодом операции один или множество имеющихся у него входов.

ПЗУ микропрограмм – хранит в своих ячейках управляющие сигналы и импульсы, необходимые, для выполнения в блоках ЭВМ операций обработки информации.

Импульс по выбранному дешифратору операций в соответствии с кодом операции считывает из ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов.

Узел формирования адреса – находится в интерфейсной части МП-ра. Это устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по данным, поступающим из РК и регистров МП-ра.

Кодовые шины Д., А., и Управления – это часть внутренней интерфейсной шины МП-ра.

УУ формирует управляющие сигналы для выполнения следующих процедур:

1) выборки из регистра адреса команды или адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда программы.

2) расшифровки кода операции и признаков выбранной команды.

3) запись результатов операций в память.

4) формирование адреса следующей программы (команды).

АЛУ (арифметически - логическое устройство)

- предназначен для выполнения арифметических и логических операций; преобразования информации.

Функционально АЛУ состоит из:

- 2-х регистров

- сумматора и

- схем управления (местного устройства управления)

Сумматор – это вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения поступающих на ее вход двоичных кодов. Имеет разрядность двойного машинного слова.

Регистры – быстродействующие ячейки памяти различной длины, 1ый имеет разряд двойного слова, а 2ой разряд одного слова.

При выполнении операций в Р1 помещается число (1ое), участвующее в операции, а по завершении операции – результат, в Р2 – 2ое число; по завершении операции результат не меняется.

Р1 принимает информацию с ШД и выдает на нее информацию, Р2 только получает информацию.

Схема управления – принимает по ШУ управляющие сигналы от УУ и преобразует их в сигналы для управления работы регистров и сумматоры АЛУ.

2.10.03

Микропроцессорная память – это память небольшой емкости, но высокого быстродействия. Предназначена для кратковременного хранения записи и выдачи информации состоящей из быстродействующих регистров с разрядностью не меньше машинного слова.

Регистры МП: РОН и специальные.

Специальные регистры применяются для хранения различных адресов (адреса команды), признаков результатов выполнения операции и режимов работы микроЭВМ (регистров флагов).

РОН являются универсальными и могут использоваться для хранения информации.

Для того, чтобы считать из памяти или сохранить в памяти ту или иную информацию, ЦП адресует слово памяти, которое ему необходимо. Большинство ЭВМ адресует память по байтам.

Способы адресации:

Прямая адресация. Второй и третий байты команды содержат прямой адрес операнда памяти (младший байт содержится во втором, старший в третьем байте команды).

Регистровая (неявная) адресация. Команда указывает на регистр или пару регистров, в которых записаны данные.

Регистровая (косвенная) адресация. Команда указывает на пару регистров, в которых записан адрес памяти.

Непосредственная адресация. Команда содержащая данные.

Стековая адресация. Адрес определяется указателем стека. Отличием от регистровой (косвенной) тем, что при обращении к памяти происходит запись или чтение 2-х байтов. А содержимое указателя стека автоматически соответственно увеличивается или уменьшается на 2. Информация в стеке хранится в том порядке, в котором туда поступает. Извлекается в обратном порядке.

Интерфейсная часть МП – предназначен для связи и согласования МП с системной шиной микроЭВМ, а также для приема предварительного анализа команд выполняемой программы и формирования полных адресов, операндов и команд.

Интерфейсная часть включает: узел формирования адреса, блок регистров команд, являющейся буфером команд в МП.

Внутреннюю интерфейсную шину МП-ра и схемы управления шиной и портами ввода/вывода. Порты ввода/вывода – это системный интерфейс, через который МП обменивается информацией с другими устройствами. Каждый порт имеет адрес, номер порта, соответствующий адресу ячейки памяти, являющийся частью устройства ввода/вывода, использующего этот порт.

Обоснование выбора МП

Для конкретной области применения МП-ров, можно сформулировать совокупность требований к аппаратуре, программному обеспечению (ПО) и к вспомогательным средствам.

Требования к МП как и к элементу системы определяется функциональным назначением всей системы.

В реальных системах можно выделить 4 сферы применения МП-ров:

1) встроенные системы управления. (ВСУ)

МП-ры во ВСУ выполняют функции, ориентированные на обработку потока входных и выходных сигналов. В этих системах процессоры выполняют роль предпроцессоров, т.е. процессора предварительной обработки данных, представленных в аналоговой форме.

Для таких МП очень важна надежность, способность быстрого выполнения арифметических и логических операций.

2) МП-ры, управляющие процессом или объектом в реальном масштабе времени (УРВ).

По сравнению с МП во ВСУ в данном случае МП должен обладать повышенной производительность и иметь системные средства защиты питания и автоматического перезапуска после сбоя.

3) МП-ры, предназначены для обработки связанных сигналов, т.е. управляющие процессом передачи / приема сообщений работают с нечисловой информацией (ППС).

МП-ры используются для передачи необработанных сообщений от одного терминала к другому.

(Терминал – оконченное устройство в составе вычислительной системы, предназначенная для ввода информации в систему и вывода информации из нее).

Сообщение состоит из набора символов, предаваемых к месту назначения минимальной обработкой.

Важны следующие факторы:

- Гибкость системы адресации;

- Быстродействие.

4) МП в системах предназначенных для научных технических расчетов (НТР)

Должны иметь развитые средства взаимодействия с пользователем, программное обеспечение с языками высокого уровня, развитую систему команд.

Критерии выбора	Область применения
	ВСУ	УРВ	ППС	НТР
1. Произведение		+		+
2. Разв. адреса			+	+
3. Многоуровневые прерывания	+	+
4. Развитый ввод-вывод	+	+
5. Наличие таймера	+	+
6. Канал прямого доступа			+
7. Защита питания		+
8. Высокая надежность	+	+
9. Автоматический перезапуск после сбоя		+
10. Программное обеспечение	+			+
11. Средства взаимодействия с пользователем				+
12. Обработка битов	+	+	+

Оценка качеств и выбор того или иного типа МП для конкретной области применения проводится ориентировочно (с помощью весовых коэффициентов, учитывающих важность того или иного параметра для потребителя.

Весовые коэффициенты определяющие важность первичных характеристик аппаратурных средств

Критерий выбора	Весовой коэф.,(%)	Диапазон параметров	Бал значимости
1. Размерность данных	20.0	4, 8 16 32 и >	1 2 4
2. Эффективность системных команд	15.0	малая средняя высокая	1 2 4
3. Число уровней приоритета прерывания	10.0	до 8 16-32 64 и >	1 2 4
4. Время реакции на прерывание	13.0	> 10 1-10 < 1	1 2 4
5. Анатомическое аппаратное расширение	10.0	отсутствует среднее обширное	1 2 4
6. Число индексных регистров	12.0	до 8 16-32 > 64	1 2 4
7. Емкость памяти (кБ)	10.0	до 16 16-64 > 64	1 2 4
8. Циклов памяти (мкс)	10.0	> 2 1-2 < 1	1 2 4

По данным таблицы можно получить числовую оценку, бал. Аппаратурных средств предполагаемой наиболее простой и наиболее сложно системы. От 100 до 400 баллов.

Все реальные системы могут быть оценены промежуточными значениями баллов, сопоставление числового значения этой оценки с граничными значениями, позволит выбрать совокупность параметров системы.