Дж.Хиллбурн, П.Джулич Микро-ЭВМ и микропроцессоры (1979) (1092080), страница 14
Текст из файла (страница 14)
МикроЭВМ могут относиться к любому из этих двух указанных классов. Все микро-ЭВМ состоят из четырех основных частей, к которым относятся устройства ввода (вышеуказанный компонент 1), запоминающие устройства (компонент 2), микропроцессор (компоненты 3 и 4) и устройства вывода (компонент 5).
Устройства ввода преобразуют входные сигналы в соответствующую двоичную форму, пригодную для обработки данных микропроцессором. Типичными устройствами такого рода являются аналого-цифровые преобразователи (АЦП), телетайпы, лентопротяжные механизмы. Архитектура микро-ВВМ 93 Егина данных а аману и влада -дыдада Ркс. 4Л, Общая структурная схема макро-ЭВМ.
Для представления входных данных в нужной цифровой форме, как правило, необходим интерфейс. В памяти хранятся двоичные числа, подробно описывающие команды, выполняемые машиной. Там же размещаются данные (в двоичной форме), которыми оперирует ЭВМ, и выходная информация. В состав микропроцессора входит центральный процессор (ЦП), который состоит из схем, обеспечивающих выборку из памяти, дешифрирование команд, а также их выполнение. Центральный процессор содержит арифметическо-логическое устройство (АЛУ), которое представляет собой совокупность схем, реализующих арифметические и логические операции над данными; устройство управления (управляет выполнением операций); различные регистры, служащие для временного хранения и преобразования данных и команд.
Микропроцессоры выпускают в нескольких (от одного до десяти) корпусах БИС [2]. Длина слова микропроцессоров различна; от 4 до 16 бит [3!. 94 Глава 4 Адресная шина Рис. 4,2. Структурная схема микро.ЭВМ с одной шиной данных. Устройства вывода преобразуют выходные данные в форму, удобную для пользователя. В качестве примера таких устройств можно назвать печатающие усрройства, ленточные перфораторы, дисплеи, цифра-аналоговые преобразователи (ЦАП) и т. п.
Отдельные функциональные блоки микро-ЭВМ соединяются между собой группами линий (по одной линии на каждый бит передаваемого слова), которые называются шинами. Упрощенная структурная схема микро-ЭВМ ~представлена на рис. 4.1. На этой схеме устройства ввода и ~вывода (УВВ) используют одну н ту же шину. Часто в микропроцессорах одна шина используется не только устройствами ввода.
вывода, но и памятью. В этом случае микропроцессор обращается к УВВ как к элементу памяти 14). Пример такой системы приведен на рис. 4.2. Вычислительная машина функционирует синхронно с генератором тактовых импульсов. Для реализации одной команды требует. ся несколько периодов тактовых импульсов.
Время выполнения команды называют циклом команды; обычно последний включает один или несколько машинных циклов. Машинный цикл в свою очередь состоит из следующих циклов: 1, Цикл выборки. Аркитектури микро-ЭВ7И 95 Машинный иинл иелолнител~нош иинл О.инл дыдорни Сна тыкание команды ие лам еши дылолнение лемонда Поеылно а дрели д ламлшо Ганшоде|е имнрлоеы дреме — ы- Ркс. 4.3. Типичный машинный цикл. Егина адраеи ламиити а) ЦП получает адрес команды в памяти при помощи регистра адреса памяти. б) Полученный адрес дешифрируется, и команда считывается из памяти в регистр данных памяти ЦП. 2.
Исполнительный цикл. Команда дешифрируется, и требуемая операция выполняется. Рис. 4.3. иллюстрирует типичную временную последовательность выполнения этих циклов. поток комдндных слов В течение цикла команды обрабатываются два типа слов— командные и информационные слова 15!. Рассмотрим вначале операции иад командными словами, путь прохождения которых показан на,рис.
4.4. За время машинного цикла над командными словами выполняются следующие операции: 1. В начале цикла содержимое счетчика команд пересылается в регистр адреса памяти (РАП). ! ! ! ! ! ! ! Ркс. 4.4. Процесс обработки командного слова. 96 Глава 4 2. Содержимое РАП передается в память н дешифрируется, чтобы определить местоположение соответствующего слова. 3. Команда считывается из памяти через шину данных памяти н регистр данных памяти (РДП).
4. Команда пересылается в регистр команд (РК) центрального процессора. 5. Команда дешифрируется дешифратором команд. б. Команда выполняется. 7. Содержимое счетчика команд увеличивается на единицу либо в счетчик заносится адрес перехода в зависимости от характера выполняемой команды. ПОТОК ИНФОРМАЦИОННЫХ СЛОВ Выполнение команды часто требует произведения некоторой операции над данными. Процесс обработки информационных слов показан на рис. 4.5. Данные поступают из памяти либо с внешних устройств. Во многих микро-ЭВМ входные данные поступают в ЦП через регистр, называемый аккумулятором (А). В аккумулятор также поступают результаты операций, выполненных АЛУ.
После завершения операций информационные слова пересылаются в память либо в УВВ через шину ввода-вывода. Устройство управления (равд. 4.4) осуществляет управление всеми операциями в соответствии с содержанием команды. Все операции над информационными словами производятся в течение исполнительного цикла (рис. 4.3). отава Рис. 4.5. Процесс обработки информационного слона.
Архитектура микро-ЭВМ 97 Описанная структура обработки данных не ориентирована на какую-либо конкретную микро-ЭВМ, а является упрощенной, что обусловлено причинами методического характера. Различные микро-ЭВМ имеют свою' организацию, сочетающую или расширяющую отдельные черты описанного процесса. Однако все машины тем или иным образом реализуют рассмотренные основные опера.
ции. В гл. 7 будут изучены, конкретные микро-ЭВМ и их специфические характеристики. ПАМЯТЬ Команды и данные необходимо хранить и выбирать по мере надобности в процессе работы ЭВМ. Для этой цели применяют запоминающие устройства (ЗУ). Запоминающие устройства можно разделить на два типа — постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) и оперативные запоминающие устройства (ОЗУ). ПЗУ используются для хранения команд и констант. Запись в ПЗУ сложна и занимает много времени, поэтому этот тип памяти применяется в ситуациях, когда не требуется изменять записанную однажды информацию, например в специализированных системах.
Поскольку микро-ЭВМ в основном используются в подобных системах, в большинстве таких ЭВМ для хранения программ применяется ПЗУ, а в некоторых микро-ЭВМ для хранения команд применяется только ПЗУ. Оперативные запоминающие устройства используются для хранения данных, изменяющихся в процессе работы системы, например результатов вычислений или программ, которые часто меняются. Однако ~в функцию любого из рассмотренных типов памяти входят хранение данных и команд и обеспечение их выборки в процессе реализации программы.
В последующих разделах подробно рассматриваются постоянные и оперативные запоминающие устройства и микропроцессор. 4.2. ПОСТОЯННЫЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА Для большинства микро-ЭВМ основным используемым типом памяти являются постоянные запоминающие устройства (6]. Данный тип памяти называют также мертвой, фиксированной или долговременной памятью. Постоянное запоминающее устройство функционирует,как матрица памяти, для которой однажды полученное заполнение постоянно и не может быть изменено микропроцессором, использующим эту память. Выключение электропитания или сбой ЭВМ не меняет содержимого ПЗУ. Большинство ПЗУ относится к устройствам памяти с произвольным доступом, в которых время доступа одинаково для всех элементов памяти.
То есть, говоря более строго, для устрой- 98 Глава 4 Рт раородод дыгодоого глода доо оа одого аг Лгдгодод р дгодод Ьт=д',арро Рнс. 4.6. Структурная схема ПЗУ. ства с произвольным доступом время доступа не зависит от адреса,,по которому производится обращение. Вследствие последних достижений в области технологии ИС наметилось несколько вариантов исполнения ПЗУ.
Удобным средством классификации данных устройств является способ их программирования, позволяющий поделить все ПЗУ на три класса. К первому классу следует отнести ПЗУ, программируемые изготовителем по заказу пользователя. Такие устройства называют иногда ПЗУ с масочным программированием. В ПЗУ данного класса не допускается внесения изменений после их поставки. Во второй класс входят ПЗУ, программируемые непосредственно пользователем.
Подобные устройства часто называют программируемыми ПЗУ либо ПЗУ с программируемым полем [8) и сокращенно обозначают как ППЗУ. Обычно в ППЗУ используются плавкие связи, которые могут быть модифицированы пользователем. Однако, после того как устройство запрограммировано, содержимое его памяти остается постоянным, как и в ПЗУ первого класса. К третьему классу относятся ПЗУ, которые можно програ~ммировать повторно [9); такие устройства называют перепрограммируемыми или полупостоянными.
Перепрограммирование ПЗУ данного класса производится автономно с использованием электрических, оптических и других устройств. Структурная схема типичного постоянного запоминающего устройства приведена на рис. 4.6. Здесь дешифратором адреса памяти является комбинационная схема, которая по требуемому одному из й' возможных адресов открывает доступ к соответствующему М-разрядному слову в матрице памяти размером МХгч'. Содержимое этих М разрядов передается затем в выходной буферный усилитель для последующего использования в системе.
При генерировании У возможных входных комбинаций (адресов) дешифратор адреса памяти должен иметь р входных зажимов (Ф=2н), т. е. необходим р-разрядный вход. Матрица памяти МХУ содержит постоянно хранимую комбинацию двоичных знаков. Выходной буферный усилитель формирует М разрядный выход. Общую схему рис. 4.6 можно реализовать при помощи двух схем адресации, называемых линейной выборкой и выборкой по принципу совпадения токов [10). Схема линейной выборки, как Архитектура микро-ЭВМ 99 более простая, в основном используется в ПЗУ небольшого объема (например, в преобразователях кодов), тогда как в ПЗУ большого объема применяют схему выборки по принципу совпадения токов. АДРЕСАЦИЯ ПО ПРИНЦИПУ ЛИНЕИНОН ВЪ|БОРКИ р дходод (й'=д Я адресод) М раерядад дыходяоео следа ртаатрииа ламяыи ртхм Ат числодыл линий Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
