Электротехника и электроника (стр. 24 )

Микропроцессорный комплект обычно состоит из четырех групп интегральных схем:

микропроцессора или центрального микропроцессорного элемента; интегральных схем запоминающих устройств, образующих систему памяти (микросхемы оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ППЗУ), перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ); интегральных микросхем осуществляющих связь между микропроцессором и устройствами ввода-вывода; интегральных микросхем, предназначенных для связи с объектом (цифро-аналоговые преобразователи, аналого-цифровые преобразователи, компараторы-преобразователи и тому подобное.

Большую часть интегральных микросхем третьей и четвертой групп составляют контроллеры.

Определение. Контроллером называется устройство, обеспечивающее логический контроль состояния устройства и управление этим состоянием, выполненное на основе одной или нескольких микропроцессорных БИС.

В зависимости от количества микропроцессорных БИС в комплекте различают однокристальные, многокристальные и секционные многокристальные микропроцессоры.

Однокристальные микропроцессоры создаются реализацией всех аппаратных средств процессора на одном кристалле в виде одной БИС. Возможности однокристальных микропроцессоров ограничены ресурсом кристалла и корпуса БИС. Примером отечественных однокристальных микропроцессоров могут служить КР580ВМ80 и КР1810ВМ86.

В многокристальном микропроцессоре отдельные БИС предназначены для выполнения строго определенного набора функций и могут работать автономно, а совместное их использование обеспечивает построение микропроцессора. Такой подход к построению микропроцессоров позволяет создать более сложные в функциональном отношении отдельные узлы микропроцессора по сравнению с однокристальной реализацией микропроцессора. Типичным примером отечественного микропроцессорного комплекта БИС является серия К581.

Секционные многокристальные микропроцессоры состоят из БИС, которые предназначены для обработки нескольких рядов данных или выполнения определенных управляющих операций. Секционность БИС обеспечивает возможность наращивания разрядности обрабатываемых данных или усложнения устройств управления микропроцессором при параллельном включении БИС. Пример БИС К589ВМ02.

13.4.2. Архитектура микропроцессорных комплектов БИС

Архитектура микропроцессорных комплектов БИС представлена набором модулей взаимодействующих между собой при помощи шин адреса, данных и управления.

Функционирование микроЭВМ сводится к следующей последовательности действий:

получение данных от различных периферийных устройств (с клавиатуры, из каналов связи, внешних запоминающих устройств); обработка данных и выдача результата обработки на периферийные устройства.

При этом данные от периферийного устройства, подлежащие обработке, могут поступать и в процессе обработки.

Для выполнения этих процессов в микроЭВМ, кроме микропроцессора, предусматриваются следующие устройства:

- оперативная память, предназначенная для хранения и выдачи по запросам команд программ, определяющих работу микропроцессора, различных данных (исходных данных, промежуточных и конечных результатов обработки данных в микропроцессоре);

- контроллеры.

Рассмотрим принцип работы микропроцессорного комплекта БИС по структурной схеме, изображенной на рисунке.

Рисунок Структурная схема микропроцессорной системы

В ходе работы микропроцессор выдает на шину адреса номер (адрес) ячейки в оперативной памяти, в которой хранится очередная команда, и из шины управления в оперативную память поступают сигналы, обеспечивающие чтение содержимого указываемой шины адреса ячейки памяти. Запрошенная команда оперативной памятью выдается на шину данных, откуда она принимается в микропроцессор. Здесь команда расшифровывается. Если данные, действия над которыми предусматривает команда, находятся в регистрах микропроцессора, то микропроцессор приступает к выполнению указанной в команде операции. Если же при расшифровке команды выясняется, что участвующие в операции данные находятся в оперативной памяти, то микропроцессор выставляет на шину адреса адрес ячейки, хранящей эти данные, и после их выдачи из оперативной памяти принимает их через шину данных. Затем выполняется операция над данными. После завершения выполнения текущей команды на шину адреса выдается адрес следующей команды и описываемый процесс повторяется.

В процессе функционирования микроЭВМ может потребоваться выдача результата на периферийное устройство (для управления объектом отображения на индикаторе тактической обстановке или на индикаторе на лобовом стекле), либо прием данных от периферийного устройства (например, данных полученных по командной радиолинии управления). Такой обмен данными может осуществляться следующим образом.

Группа периферийных устройств подключается к шине данных микро ЭВМ через контроллер обмена (устройство сопряжения), управляющего процессом обмена данными. До начала непосредственного обмена данными с периферийным устройством микропроцессор через шину данных должен выдать в контроллер информацию о режимах, используемых при передаче, направлениях передачи данных (от микропроцессора к периферийному устройству, либо наоборот). Затем в момент, когда потребуется, например, передать в оперативную память выдаваемые из периферийного устройства данные, микропроцессор, выполняя команду ввода, подает на контроллер соответствующие управляющие сигналы. Данные из периферийного устройства принимаются в регистр контроллера, откуда они затем контроллером выдаются на шину данных. Далее эти данные с шины данных принимаются в микропроцессор, после чего в процессе выполнения соответствующе команды они передаются в оперативную память.

Аналогично происходит обмен данными в обратном направлении от оперативной памяти к периферийному устройству. По соответствующей команде программы осуществляется прием из оперативной памяти в микропроцессор данных, подлежащих передаче, после чего по одной из следующих команд эти данные выдаются на шину данных и через контроллер обмена передаются на периферийное устройство.

Описанный обмен данными предполагает, что моменты обмена данными известны заранее уже на этапе программирования. Поэтому в программе предусматриваются в определенных местах соответствующие команды, обеспечивающие обмен. моменты обмена могут определятся и самим периферийным устройством. Тогда эти моменты оказываются неизвестными. В этих случаях периферийное устройство, подавая в микропроцессор определенные сигналы, переводит его в состояние так называемого прерывания. В этом состоянии микропроцессор прекращает выполнение основной программы и переходит к выполнению команд другой хранящийся в оперативной памяти программы (прерывающей программы), обеспечивающей обмен данными, требуемый периферийным устройством. После окончания такой прерывающее программы микропроцессор возвращается к выполнению основной программы.

Описанный выше способ применяется только при обмене данными с низкоскоростными периферийными устройствами. При работе с высокоскоростными периферийными устройствами такими как запоминающее устройство или накопитель на жестких дисках используется так называемый режим прямого доступа к памяти. В этом режиме микропроцессор отключается от шины адреса и данных и предоставляет их в распоряжение периферийного устройства для непосредственного обмена данными с оперативной памятью. Обмен при этом организуется специальным контроллером прямого доступа к памяти.

В режиме прямого доступа к памяти периферийное устройство обменивается с оперативной памятью не одиночными данными, а большими блоками данных. Перед началом обмена микропроцессор предварительно помещает в контроллер прямого доступа к памяти информацию необходимую для обмена (адрес ячейки оперативной памяти, куда помещается или откуда считывается первое подлежащие  обмену слово, количество слов в блоке и так далее). В процессе обмена контроллер прямого доступа к памяти выдает на шину адреса адрес ячейки оперативной памяти, после окончания передачи слова между оперативной памятью и периферийным запоминающим устройством через шину данных контроле прямого доступа к памяти увеличивает на единицу значение адреса, выдаваемого на шину адреса. После завершения передачи заданного количества информации микропроцессор восстанавливает связь с шинами адреса и данных и продолжает выполнение программы.

Выводы:

1. Микропроцессор — это программно-управляемое устройство, предназначенное для обработки информации.

2. Однокристальные микропроцессы изготовляются на базе одного кристалла и имеют при этом ограниченные возможности.

3. Многокристальные и секционные микропроцессоры состоят из набора интегральных схем и позволяют создавать более сложные и «гибкие» устройства.