Организация (архитектура) мпс
Под организацией МПС понимают её конфигурацию, т.е. способ объединения входящих в неё основных компонент. Компонентами системы являются ЦП (микропроцессор), схемы синхронизации, память, подсистема ввода-вывода, подсистема прерываний, логика управления шиной и системная шина.
В основу построения МПС положен принцип трёх «М»: микропрограммируемость, модульность и магистральность.
Микропрограммное управление
Для секционных микропроцессоров – разработка МП с требуемой разрядностью и создание с помощью микропрограммного устройства управления (МПУУ) системы команд, адаптированной к классу решаемых задач.
Для однокристальных микропроцессоров с фиксированной разрядностью микропрограммирование реализовано при разработке МП в его системе команд.
Что касается модулей, входящих в МПК ИС, то, как правило, все они являются программируемыми. Это означает, что они могут быть запрограммированы на различные режимы работы путём записи в них в процессе инициализации соответствующих управляющих слов.
Модульная организация систем
Принцип модульной организации предполагает построение МПС на основе модулей, составляющих микропроцессорный набор интегральных схем. При решении вопроса о функциональном составе модулей сосуществуют две диалектические противоположности: многофункциональность и специализация модулей.
Повышение универсальности модулей рассматривается как средство, обеспечивающее сокращение номенклатуры, снижение затрат на проектирование и изготовление, высокую серийность, а, следовательно, и низкую стоимость.
Специализация модулей - как средство достижения высокой эффективности систем за счёт оптимального согласования структуры микропроцессорных средств и реализуемых ими алгоритмов и функций, а также уменьшения избыточности структуры модулей. Специализированные БИС реализуют, главным образом, функции обмена и связи с объектами управления
Оба этих подхода нашли сегодня практическое применение. Практика подтвердила целесообразность создания систем в виде совокупности многофункциональных и специализированных модулей, проблемно и функционально ориентированных в рамках определённых классов задач, алгоритмов, функций.
Магистральный способ обмена информацией
Можно выделить два принципа взаимосвязи элементов модулей и самих модулей в системе:
принцип произвольных связей, реализующий правило «каждый с каждым»;
принцип упорядоченных связей - магистральный, позволяющий минимизировать число связей.
Системная шина (магистраль)
Отдельные блоки МПС связаны друг с другом с помощью системной шины, или магистрали, включающей в себя адресную шину (АШ), шину данных (ШД) и шину управления (ШУ).
Системная шина представляет собой совокупность линий, с помощью которых организуется передача информации от любого из нескольких источников к любому из нескольких приемников. Основным назначением шины является минимизация числа взаимосвязей, необходимых для передачи информации между цифровыми устройствами. В каждый момент времени по шине может передаваться информация только между одной парой источник - приемник. Все другие источники и приемники информации, подключенные к шине, должны находиться в состоянии высокого выходного сопротивления (в третьем состоянии).
Шинная организация используется для передачи информации не только между блоками системы, но и внутри самих блоков МПС (например, внутренняя шина МП или внутренняя шина микроконтроллера).
Схемы для подключения устройств к системной шине называются интерфейсом. Логика управления шиной образует интерфейс ЦП. (Логика управления шиной частично размещается на кристалле ЦП).
Под интерфейсом понимается совокупность программных и аппаратных средств, с помощью которых компоненты системы объединяются для решения поставленной задачи.
Сложность интерфейса в значительной мере определяется степенью совместимости системной шины и периферийных устройств, т.е. сложностью необходимых преобразований.
Проектирование интерфейсов и логики управления шиной упрощается, как уже говорилось, благодаря наличию разнообразных интерфейсных схем и контроллеров, выполненных в виде БИС. У этих терминов нет чётких определений, и они иногда считаются синонимами.
Одно из основных различий между МПС состоит в различной организации системной шины или магистрали. Различают одномагистральные и многомагистральные структуры МПС.
В многомагистральных МПС устройства группами подключаются к своей информационной магистрали (системной шине). Это позволяет осуществить одновременную передачу информационных сигналов по нескольким (или всем) магистралям. Такая организация систем усложняет их конструкцию, однако увеличивает производительность.
В одномагистральных МПС все устройства имеют одинаковый интерфейс и подключены к единой информационной магистрали, по которой передаются коды данных, адресов и управляющих сигналов.