- •Общие сведения. Основные определения
- •Классификация микропроцессоров
- •Мп классифицируются
- •8, 16, 32, 64 Разрядные, секционные.
- •Организация шин
- •Шинная структура связи
- •Принципы построения микропроцессорных систем
- •3. Принцип микропрограммного управления состоит в возможности осуществления элементарных операций микрокоманд (сдвигов, пересылок информации, логических операций).
- •Обобщенная структура микропроцессорной системы управления
- •Основные узлы бис микропроцессора
- •Режимы работы микропроцессорных систем
- •3) Прямой доступ к памяти
- •Архитектура микропроцессора
- •Упрощенная функциональная схема алу
- •Достоинства и недостатки архитектур мп
- •Обоснование выбора микропроцессора
- •Критерии выбора микропроцессора
- •Организация ввода/вывода
3) Прямой доступ к памяти
Обмен по системной шине идет без участия процессора. Внешнее устройство, требующее обслуживание, сигнализирует процессор о необходимости прямого доступа к памяти. Процессор заканчивает выполнение текущей программы и отключается от всех шин, сигнализируя о начале обмена ПДП.
Операция ПДП сводится к пересылке информации из устройства ввода/вывода в память, или наоборот. По окончании обмена процессор возвращается к прерванной программе, продолжая с места прерывания.
Как и в случае прерывания реакция на внешние события при прямом доступе к памяти медленнее, чем при программном режиме. В этом случае требуется введение в систему дополнительного устройства – контроллера ПДП, который будет осуществлять обмен по системной магистрали.
Контроллер ПДП – это специализированный процессор, отличается тем, что не участвует в обмене, может входить в состав устройств ввода/вывода, которым необходим режим ПДП.
Обмен с помощью ПДП может обеспечить более высокую скорость передачи информации, чем программный обмен, т. к. процессор передает данные медленнее, чем контроллер ПДП. Но скорость обмена в режиме ПДП обычно ограничена возможностями магистрали.
Архитектура микропроцессора
Она объединяет составные части микропроцессора, а также связи и взаимодействия между этими частями. Архитектура включает структурную схему микропроцессора, программную модель МП (описание функции регистров), информацию об организации памяти (способ адресации, емкость), описание процедур ввода/вывода.
Существует 2 основных типа архитектуры МП: Гарвардская и Фон-Неймовская (45).
По Фон-Неймовской архитектуре программа и данные находятся в общей памяти, доступ к которой осуществляется по одной шине данных и команд.
Особенностью Гарвардской архитектуры (двухшинная) является то, что память данных и память программ разделены и имеют отдельные шину данных и команд, что позволяет увеличить быстродействие системы.
Структурная схема обеих типов структур содержит процессорный элемент, память, интерфейсы ввода/вывода и устройства ввода/вывода.
Память и ИВВ могут быть для различных типов МП как внутренними (размещаются в одном кристалле), так и внешними. Процессорный элемент содержит АЛУ, УУ и выполняет функции обработки данных и управления процессами обмена информаций.
Память обеспечивает хранение данных и кодов команд программы. Интерфейсы ввода/вывода (ИВВ) предназначены для связи с устройствами ввода/вывода.
РАСШИРЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА С ПРОЦЕССОРОМ ФОН-НЕЙМОВСКОЙ АРХИТЕКТУРЫ
Схема содержит УУ, АЛУ, регистры, аккумулятор, указатель команд и стека. УУ вырабатывает управляющие сигналы для всех блоков микропроцессорной системы в соответствии с кодами команд, внешними управляющими сигналами и сигналами синхронизации, а также управляет обменом информацией между МП, памятью и устройством ввода/вывода.
УПРОЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА УУ
Рг. команд – запоминающий регистр, в котором хранятся код команды, код выполняемой операции и адреса операндов, участвующих в операции.
Дешифратор операций – логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим из регистра команд кода операции – один из множества имеющих у него выходов.
ПЗУ микропрограмм – хранит в своих ячейках управляющие сигналы, необходимые для выполнения операций обработки информации.
Импульс, по выбранному дешифратором операции, в соответствии с кодом операции считывает из ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов.
Узел формирования адреса – устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (Рг.) по данным, поступающим из регистра команд и регистров микропроцессора.
УУ реализует функции: начальная установка МП, синхронизация, прерывание, согласование быстродействия модулей микропроцессорной системы.
1. Функция начальной установки МП: внешний сигнал начальной установки МП (Reset) формируется при включении источника питания МП. При появлении этого сигнала УУ обеспечивает загрузку нулевого значения в указатель команд, который инициирует выборку из памяти байта команды с нулевым адресом. В конце выборки содержимое указателя команд увеличивается на 1 и выбирается байт команды со следующим адресом.
2. Функция синхронизации: в соответствии с внешними управляющими сигналами и сигналами синхронизации УУ синхронизирует работу всех блоков МП.
3. Функция прерываний: с поступлением сигнала прерывания УУ инициирует выполнение подпрограммы обработки соответствующего прерывания. Потребность в реализации функции прерываний возникает тогда, когда во время выполнения основной программы необходимо перевести МП на решение другой задачи (например, для обработки аварийной ситуации или работы с устройствами ввода/вывода).
4. Функция согласования быстродействия модулей микропроцессорной системы: во время обслуживания памяти и устройств ввода/вывода, быстродействие которых значительно меньше, чем у МП, согласование быстродействия реализуется генерацией тактов ожидания МП. Во время обслуживания устройств с более высоким быстродействием, чем у МП, используется режим прямого доступа к памяти.
АЛУ – представляет собой комбинационную схему на основе сумматора, которая сигналами с выходов УУ настраивается на выполнение определенной арифметической и логической операции.
АЛУ выполняет арифметические и логические операции над операндами, которые пересылаются из памяти или регистров МП.