ЦУи МП (1086959), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Принцип модульной организации предполагает построение вычислительной системы на основе набора конструктивно, функционально и электрически законченных модулей, которые позволяют самостоятельно решать некоторый круг вычислительных задач или задач управления, а также взаимодействовать с другими модулями.

Модульных подход при проектировании микро - ЭВМ способствует стандартизации элементов уже не на уровне интегральных микросхем, а всё более на высоком уровне, приводит к сокращению трудовых и интеллектуальных затрат на проектирование систем, а также упрощает наращивание и реконфигурацию системы.

1.1.2. Магистральный способ обмена информацией

Среди способов организации связи элементов внутри модулей и между модулями в системе можно выделить два основных: с помощью произвольных связей, реализующий принцип "каждый с каждым", и с помощью упорядоченных связей (магистральный ), позволяющий минимизировать число связей.

Магистральный способ обеспечивает обмен информацией между функциональными и конструктивными модулями различного уровня с помощью магистралей, объединяющих входные и выходные шины.

Различают одно-, двух-, трех- и многомагистральные связи. В микропроцессорных системах обычно выделяются следующие магистрали:

• шины адреса;

• шины данных;

• шины управления.

1.1.1. Модульная организация системы

Принцип модульной организации предполагает построение вычислительной системы на основе набора конструктивно, функционально и электрически законченных модулей, которые позволяют самостоятельно решать некоторый круг вычислительных задач или задач управления, а также взаимодействовать с другими модулями.

Модульных подход при проектировании микро - ЭВМ способствует стандартизации элементов уже не на уровне интегральных микросхем, а всё более на высоком уровне, приводит к сокращению трудовых и интеллектуальных затрат на проектирование систем, а также упрощает наращивание и реконфигурацию системы.

1.1.2. Магистральный способ обмена информацией

Среди способов организации связи элементов внутри модулей и между модулями в системе можно выделить два основных: с помощью произвольных связей, реализующий принцип "каждый с каждым", и с помощью упорядоченных связей (магистральный ), позволяющий минимизировать число связей.

Магистральный способ обеспечивает обмен информацией между функциональными и конструктивными модулями различного уровня с помощью магистралей, объединяющих входные и выходные шины.

Различают одно-, двух-, трех- и многомагистральные связи. В микропроцессорных системах обычно выделяются следующие магистрали:

• шины адреса;

• шины данных;

• шины управления.

Шины адреса и шины данных обычно бывают восьми или шестнадцати разрядные. Использование магистральной организации обмена информацией является одним из способов обеспечения регулярности связей между конструктивными модулями микропроцессорных систем. Магистральный способ обмена позволяет минимизировать количество связей между блоками, повысить регулярность операционного устройства и устройства управления, обеспечить стандартизацию интерфейсов, сократить число выводов БИС. Необходимо отметить взаимосвязь схемотехнических и структурных решений, которая проявляется при реализации данного способа обмена в виде создания специальных двунаправленных буферных каскадов с тремя устойчивыми состояниями и при использовании временного мультиплексирования каналов обмена.

1.1.3. Микропрограммная организация управления

Микропрограммное управление обеспечивает наибольшую гибкость при организации многофункциональных микропроцессорных модулей и позволяет осуществить проблемную ориентацию микропроцессорной системы.

Микропрограммное управление за счёт возможности смены микропрограмм повышает гибкость устройства, увеличивает их регулярность, за счёт расредоточенности управления и распределённости памяти обеспечивает параллелизм решения задач, за счёт применения серийно освоенных БИС повышает надёжность системы, и за счёт регулярности структуры упрощает контроль функционирования устройства. Передача управляющих слов в виде зашифрованных кодовых последовательностей соответствует условиям минимизации числа выводов БИС и снижению числа меж соединений в модулях.

1.1.4. Регулярность структуры

Принцип peгулярности предполагает закономерную повторяемость элементов структуры и связей между ними. Регулярность системы следует рассматривать на различных уровнях ее организации.

Применение данного принципа позволяет повысить эффективность интегрального исполнения устройств вследствие увеличения интегральной плотности, уменьшения длин связей, упрощения и сокращения времени топологического и схемотехнического проектирования, упрощения процедур контроля топологии (за счёт возможности визуального контроля нарушения повторяемости элементов), уменьшения числа пересечений, сокращения числа типов функциональных и конструктивных элементов, повышения серийности и снижения стоимости средств.

Основными способами увеличения регулярности структуры систем обработки информации является широкое использование структур и устройств памяти (ОЗУ, ПЗУ, программируемых логических матриц и т.д. ), применение регистровых структур, выполнение регистров общего назначения в виде ячеек ОЗУ, использование магистрального способа обмена, стандартизация интерфейсов, развитие микропроцессорных параллельных систем.

1.2. Шинная организация микро – ЭВМ

1.2.1. Понятие шинной организации

В любой цифровой системе, как правило, информация передаётся от одного узла вычислительной системе к другому в виде двоичных сигналов. Такие сигналы имеют только два допустимых состояния или уровня напряжения. Если информация передаётся из одного блока в другой по одной линии путем представления логических уровней в виде последовательных рядов, то под таким видом связи подразумевают последовательную передачу информации. Достоинством такого способа является минимизация числа линий связи, но для передачи слова из N бит потребуется N тактов синхронизации. При другом виде передачи каждый из N бит посылается по отдельной линии, а сами линии упорядочиваются в соответствии с двоичными весами. В результате получается параллельная передача. Под шиной, в этом случае, подразумевают совокупность линий, по которым передаётся информация [5].

Информация передаётся по шине параллельно битами и последовательно словами, причём передача каждою слова длится всего один такт синхронизации. Каждый элемент данных считывается с шины синхронно с системой синхронизации.

Работа микро - ЭВМ сопровождается интенсивным обменом информации между микропроцессором, постоянными и оперативными запоминающими устройствами и устройствами ввода - вывода. В процессе выполнения программы микропроцессор принимает команды из ЗУ команд, расшифровывает и\, периодически обращается к ЗУ данных и к блокам УВВ.

Для достижения высокой скорости передачи данных в микропроцессорных системах используются шины. Конечно, система с шинной структурой усложняет компоненты системы, но это компенсируйся повышением её производительности.

1.2.2. Двухшинная организация

В такой организации системы (рис. 1.2.1 ) различают две шины: шина управления ( СВ ) и совмещённая шина адрес - данные (ADB). По шине управления передаются служебные управляющие сигналы, такие как синхронизация, чтение, запись, запросы на прерывание, подтверждение адреса и др. По совмещённой шине адрес - данные происходит передача микропроцессором адреса и приём данных из ОЗУ, ПЗУ или от УВВ. Адрес и данные физически передаются по одним и тем же линиям связи, разделяясь между собой лишь во времени посредством четко спланированной системе синхронизации. Такая организация вычислительной системы позволяет сократить число выводов БИС, что является достоинством данной структуры. Плата за такое преимущество - уменьшение быстродействия системы.

1.2.3. Трех шинная организация

Раздельные шины данных и адреса ( рис. 1.2.2.) характерны для большинства микро-ЭВМ. Выделение отдельно шин для всех управляющих сигналов (СВ), адресной информации ( АВ ) и данных (DB ) упрощает организацию обмена информацией между отдельными компонентами и уменьшает время выполнения команд в микро-ЭВМ.

1.3. Организация вычислительной системы с магистральной структурой

1.3.1. Основные положения проектирования СВУ на магистральной структуре

В основу вычислительных систем, построенных на магистральной основе, положен принцип связи между устройствами с помощью одной общей магистрали. Для каждого устройства, подсоединённого к этой общей магистрали, вид связи одинаков. Процессор использует один и тот же набор сигналов как для связи с ячейками запоминающих устройств, гак и для связи с периферийными устройствами. Каждой ячейке памяти ОЗУ, ПЗУ, регистрам процессора и регистрам периферийных устройств аппаратным образом присваивается определённый уникальный адрес на магистрали. Благодаря такой структуре все команды для данных, хранящихся в оперативной памяти, в равной мере могут использоваться и для данных в регистрах периферийных устройств. Этот принцип - важная особенность микро - ЭВМ с общей магистралью, гак как одно и го же множество команд можно применять как для вычислений, так и для управления вводом - выводом. Специальные команды для обеспечения ввода - вывода становятся ненужными, и ввод - вывод информации и её обработка могут быть совмещены.

Эффективность решения задач в микро - ЭВМ в значительной степени определяется структурой связи между микропроцессором, памятью и УВВ, а также организацией обмена между ними.

Система шин, вспомогательной аппаратуры и алгоритмов, реализованных на этом оборудовании, предназначенная для организации обмена между микропроцессором, памятью и УВВ, называется интерфейсом. В функции интерфейса входит дешифрация адреса устройств, синхронизация обмена информацией, согласование форматов слов, дешифрация кода команды, связанной с обращением к памяти или УВВ, электрическое согласование сигналов и некоторые другие операции

Сложность задач, возлагаемых на интерфейс, а также недостаточная мощность буферных схем, входящих в состав БИС микропроцессора, привели к распределению средств интерфейса между различными устройствами:

•устройством управления памятью и вводом - выводом, входящим в состав микропроцессора;

• непосредственно интерфейсным устройством, являющимся промежуточным звеном между микропроцессором, с одной стороны, и памятью и УВВ, с другой;

• специализированными устройствами управления (контроллерами) УВВ, предназначенными для реализации алгоритмов управления специфических для различных УВВ.

Организация обмена между микропроцессором и памятью или УВВ в простейших случаях возможна на основе средств, содержащихся только в микропроцессоре. Недостающие функции в таких случаях реализуются программно.

Более сложные ЗУ и УВВ соединяются с микропроцессором обязательно через дополнительные интерфейсные устройства, выполненные в виде специальных БИС. Разработка БИС обуславливается значительной сложностью функций интерфейсных устройств.

Наконец, существуют сложные ЗУ и УВВ со специфическими алгоритмами управления (магнитные диски, электронно-лучевые трубки и т.д.), реализация которых возможна лишь специальными контроллерами.

Различают три способа организации связи между МП и УВВ:

• программно - управляемая передача данных;

• использование прерываний;

• прямой доступ к памяти (ПДП).

1.3.2. Программный режим обмена данными

Программно - управляющий режим передачи данных - наиболее простым и быстродействующим. Отличительной особенностью этого способа обмена данными является использование одной или нескольких специфических команд, инициирующих этот обмен. По инициативе и под управлением программы между задающим и приёмным устройством могут пересылаться полные 16-разрядные слова или 8-разрядные байты информации. Информацией могут быть команды, адреса или данные.

Характеристики

Список файлов лекций