Обобщенная структура мп-ного вычислительного устройства.
При создании современного радио электронной аппаратуры (РЭА) используются 3 подхода реализации дискретных устройств:
Аппаратный (При данном подходе получают дискретные устройства с традиционно жесткой логикой, что обеспечивает наибольшее быстродействие устройств, но требует трудоемкой разработки индивидуальной структуры дискретных устройств).
Программный (В данной случае дискретные устройства реализуются в виде программы для универсальной ЭВМ, в качестве которых может быть использованные микроЭВМ, предназначенные для встраивания в разрабатываемые блоки).
Аппаратно-программный (Такой подход предполагает разработку как программ, так и аппаратных средств: Построение устройств на основе МП).
В качестве основных элементов МП-ного вычислительного устройства используются центральный процессорный элемент (ЦПЭ), включающий следующие узлы:
- Устройства управления (УУ)
- АЛУ
- Аккумулятор
- Регистры общего назначений (РОН).
МП-ное вычислительное устройство минимальной конфигурации содержит блоки:
- ЦПЭ
- ПЗУ
- ОЗУ
- блок интерфейса через который осуществляется связь с внешними устройствами.
- генератор тактовых импульсов.
Пусть МПВУ представляет собой специализированное устройство и используется в аппаратуре для обработки некоторого заданного алгоритма или их совокупности.
В этом случае основная программа записывается в ПЗУ, служащее также для хранения различных подпрограмм, констант, таблиц и других данных.
ОЗУ используется для хранения данных, поступивших из внешнего устройства или подготовленных для выдачи во внешнее устройства, а также для хранения промежуточных результатов вычисления и некоторой адресной информации.
Блок генератора тактовых импульсов (ГТИ), выполняемый на основе кварцевого генератора, предназначен для выработки серии тактовых импульсов и некоторых вспомогательных сигналов, необходимых для работы ЦПЭ, а также для синхронизации других блоков системы.
Блок интерфейса служит для сопряжения МПВС с внешними устройствами по электрическим и временным параметрам, а также в некоторых случаях для преобразования данных и управления обменом.
Основные узлы ЦПЭ:
Устройство управления с регистром команд и дешифратором команд.
А – основной рабочий регистр.
РОН – регистр общего назначения.
СК – счетчик команд.
Связь между блоками МПВУ осуществляется с помощью шин: адреса, данных, управления, команд.
Возможны различные варианты организации шин (может быть использована одна двунаправленная шина данных или две однонаправленных), одна из которых является входной другая выходной.
ШК может совмещаться с ШД при обеспечении условия временного разделения сигнала.
Процесс выполнения команды в МПВУ можно разбить на 2 фазы.
- фаза выборки кода команды
- фаза исполнения команды
Ф.В.К.К. состоит из 3-х шагов:
1 – адрес команды из СК выставляется на ША
2 – считывание (выборка) кода команды из ПЗУ и передача его через ШК или ШД в Рг.К. ЦПЭ
3 – дешифрация кода команды.
В соответствии с кодом команды УУ вырабатывает последовательность управляющих сигналов, необходимых для выполнения этой команды.
Ф.И.К. состоит из 2-х шагов:
1 – подготовка операндов, т.е. определение их места положения.
2 – исполнение заданной операции.
В зависимости от требований реального применения МПВУ в его структуру могут быть введены контроллер приоритетных прерываний (КПП) (БПП), контроллер прямого доступа к памяти (КПДП), программируемый параллельный интерфейс (ППИ), универсальный синхронный / асинхронный приемник / передатчик (УСАПП), программируемый таймер (ПТ).
КПП – способствует организации работы МП-ного устройства, дает возможность осуществлять временное прекращение работы текущей программы, для выполнения обслуживания внешнего устройства, вызывавшего это прерывание.
КПДП –позволяет ускорить обмен массивами данных между внешними и ЗУ за счет исключения ЦПЭ из цепи передачи информации.
ППИ- и УСПП– позволяют организовать обмен между ЦП и внешними устройствами информацией, предоставляемой соответственно в параллельно и последовательном кодах.
БПТ –служит для выработки временной задержки программируемой длительностью.
Кроме перечисленных типовых блоков в состав МПУ могут вводиться нестандартные блоки, специально разработанные для конкретных задач.
В качестве внешних устройств для работы схем МПВУ могут использоваться стандартные внешние устройства, предназначенные для работы в составе микроЭВМ (видеоконтроллер, печатающие устройства и др).
Однако при использовании МПВУ для реализации алгоритмов обработки информации непосредственно в блоках РЭА, роль внешнего устройства (ВУ) выполняют те узлы аппаратуры, которые непосредственно связаны с МПВУ (устройство ввода информации – это преобразователи аналогового сигнала в цифровой; устройство предварительной обработки информации и т. д.; устройствами вывода могут являться специализированные индикаторы, различные исполнительные устройства, а также блоки осуществляющие концентрацию, передачу и дальнейшую обработку информации).
18.09.03