Тема 1.2 Принцип централизации управления мпс. Шинная связь

Вопросы темы:

1.2.1 Суть принципа централизации управления. Подключение устройств с помощью шин.

1.2.2 Принцип адресного управления. Пример схемы дешифратора адреса.

1.2.3 Вычисление объема адресного пространства МПС. Понятие формата адресного слова. Карта распределения адресов

1.2.1 Суть принципа централизации управления. Подключение устройств с помощью шин.

Основными узлами МПС являются МП, память, устройства ввода-вывода информации, связывающие МП с внешними устройствами системы. Из всех устройств системы только МП способен извлекать команды из памяти и их расшифровывать. Суть принципа централизации управления МПС заключается в том, что все устройства должны быть подключены к МП и работать под его управлением.

Для подключения к МП других устройств используется специальное архитектурное решение, называемое шинной связью. Традиционный способ подключения устройств к МП по типу «каждый с каждым» (рисунок 1) не годится, так как, во-первых, он требует значительного увеличения количества выводов МП, что противоречит требованию миниатюризации электронных устройств, во-вторых, подключение новых устройств, требует добавления новых выводов МП.

Рисунок 1- Традиционный способ подключения устройств к МП

Шинная связь позволяет подключать к МП множество устройств, не увеличивая количества выводов МП.

Шина представляет собой группу параллельных проводников, к которым все устройства МПС подключены параллельно.

Рисунок 2 – Связь устройств с помощью шины

Состав шины неоднороден, в нее входят линии для передачи данных – шина данных, линии для передачи адресов – шина адреса и шина управления для передачи управляющих сигналов.

Шина данных – это основная шина, количество линий в шине данных, то есть ее разрядность, определяет скорость обмена и эффективность работы всей системы. Количество линий в ШД колеблется от 8 до 256. Обычно шина данных имеет 8, 16, линий или 32, 64 линии. Шина данных – двунаправленная шина. По шине данных передаются данные и коды команд. Чтобы повысить быстродействие системы, увеличивают разрядность ШД и повышают ее тактовую частоту.

Шина адреса используется для передачи адреса устройства, к которому МП обращается в процессе выполнения команды.

По шине управления передаются управляющие сигналы, главными из которых являются сигналы, задающие направления передачи данных:

а) запись (Write, Вывод) – МП передает данные в устройство (память или порты);

б) чтение (Read, Ввод) – МП принимает данные от адресуемого устройства.

Шины бывают одно- и двунаправленными. Шина адреса – однонаправленная шина, по которой адреса передаются в направлении от МП к устройствам. Шина данных двунаправленная. Шина управления может быть как одно- так и двунаправленной.

Основной характеристикой шины является разрядность – количество линий в шине.

1.2.2 Принцип адресного управления. Пример схемы дешифратора адреса.

Каждому устройству в МПС назначается адрес. Адрес – это двоичный номер, который МП передает при обращении к устройству. Все устройства, подключенные к шине, принимают адрес, но только одно из них - то, которому принадлежит адрес, идентифицирует его и продолжает обмен с МП, все остальные отключаются от шины электрически (переводят свои выходы в Z-состояние). Чтобы обеспечить идентификацию адреса в схему устройства вводят дешифратор адреса. Предположим, что МП имеет трехразрядную шину адреса (рисунок 3), что позволяет подключить к нему 8 устройств.

Рисунок 3 – МП с трехразрядной ША

Адреса передаются в двоичном коде, каждой линии соответствует разряд двоичного кода, причем по линии с младшим номером передается самый младший разряд. Всего по трехразрядной шине можно передать 8 адресов от 000 до 111.

ША 02	ША 01	ША 00
«4»	«2»	«1»
0	0	0
0	0	1
0	1	0
0	1	1
1	0	0
1	0	1
1	1	0
1	1	1

Чтобы выполнить идентификацию адреса, поступившего от МП, каждое устройство имеет селектор (дешифратор) адреса. Селектор настраивается на адрес устройства. Задача селектора – сравнить адрес, поступивший в шину от МП, с адресом, назначенным устройство. Если коды совпадают, на выходе селектора появляется сигнал.

На рисунке 4 изображена схема простейшего селектора, выполненного на основе дешифратора 3→8. Настройка устройства на адрес производится путем установки перемычки в определенное положение (Е1-Е8).

Рисунок 4- Адресный дешифратор

Таблица 1- Адресная установка дешифратора.

Адрес в двоичном коде	Перемычки
	Е8	Е7	Е6	Е5	Е4	Е3	Е2	Е1
000	-	-	-	-	-	-	-	+
001	-	-	-	-	-	-	+	-
010	-	-	-	-	-	+	-	-
011	-	-	-	-	+	-	-	-
100	-	-	-	+	-	-	-	-
101	-	-	+	-	-	-	-	-
110	-	+	-	-	-	-	-	-
111	+	-	-	-	-	-	-	-

Урок 4 Продолжение темы 1.2 .

1.2.3 Вычисление объема адресного пространства МПС. Понятие формата адресного слова. Карта распределения памяти

Количество линий в шине адреса определяет общее количество адресов, то есть объем адресного пространства МПС.

Количество адресов N, передаваемое по ША, определяется по формуле:

N=2ⁿ, (1)

где n – разрядность ША.

Как правило, устройства, подключенные к шине, имеют не один, а несколько или даже множество адресов, например, у памяти каждая ячейка имеет свой адрес, а количество ячеек в памяти достигает сотен тысяч.

Часто адресное пространство МП распределяется не между отдельными адресами, а между массивами, «банками» адресов. На рисунке 5 условно показано адресное пространство, разбитое на 8 банков по 4К=4096 адресов.

Рисунок 5 – Адресное пространство разбито на 8 банков

Не всегда банки имеют одинаковый размер. Знать адреса банков необходимо для того, чтобы настроить селекторы адреса, корректно использовать адреса памяти в программах. Распределить шину адреса между банками и определить адресную установку каждого банка помогает формат адресного слова.

Формат адресного слова показывает, как распределяются отдельные линии ША между всеми банками системы.

Пример 1.

Разбить адресное пространство 16-разрядной шины адреса на 4 банка.

В шине адреса МП 16 линий, следовательно, общий объем адресного пространства 2¹⁶=65 536 =64К, где К=1024. Все адресное пространство разбито на 4 банка по 16К адресов каждый. Чтобы задать 16К адресов, достаточно 14 адресных линий (2¹⁴=16К), оставшиеся 2 линии используются для выбора банка.

Формат адресного слова показывает распределение каждого бита адреса.

Рисунок 6 - Пример формата адресного слова для 16-разрядной шины

Распределение адресов шины по банкам:

0 банк: (000000000000000-0011111111111111)B= (0000-3FFF)H

1 банк: (0100000000000000-0111111111111111)B=(4000-7FFF)H

2 банк: (1000000000000000-1011111111111111)B= (8000-BFFF)H

3 банк: (1100000000000000-1111111111111111)B= (C000-FFFF)H

Каждый банк имеет свой дешифратор, настроенный таким образом, чтобы идентифицировать любой из 16К адресов банка.

Рисунок 7

№ банка	Е4	Е3	Е2	Е1
0	-	-	-	+
1	-	-	+	-
2	-	+	-	-
3	+	-	-	-

В микропроцессорной технике существует такое понятие, как карта распределения адресов или карта памяти. Карты памяти в графическом виде отображают структуру памяти, на ней указываются адреса каждой области. На рисунке 8 приведена карта адресов для шины адреса, приведенной в примере 1.

Рисунок 8- Карта распределения адресов

Контрольные вопросы и задания

1 В чем суть принципа централизации управления МПС?

2 Как принцип централизации повлиял на структуру МПС?

3 Назовите основные шины МПС

4 В чем заключается принцип адресного обращения?

5 Как определяется объем адресного пространства МПС?

6 Определите объем адресного пространства МПС, имеющей в ША:

а)16 линий, б) 20 линий, в) 36 линий

7 Определите адреса устройств, карты которых приведены на рисунках

8 На рисунке показано распределение адресов между банками. Какому банку принадлежат следующие адреса: 700h, 2fdh, 5a9h, c00h?

10 Объясните, как сформировались адреса таблицы векторов (рисунок 10)

Рекомендуемая литература:

Ю.В. Новиков, П.К. Скоробогатов. Основы микропроцессорной техники. Курс лекций. М.: Интернет-Университет информационных технологий, 2003.-440с.

с.23-28