PDF-лекции (1128548), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Если вывести транзистор изнасыщения и заставить его работать в линейном режиме, то быстродействие должновозрасти. В ТТЛ и CMOS логике выводить транзисторы из насыщенного режима плохопотому, что меняются уровни напряжения в открытом и закрытом состоянии, и ихпомехоустойчивость уменьшается.
В основе ЭСЛ лежит дифференциальный усилитель. Онусиливает не определенный сигнал, на вход этого усилителя подается два сигнала, и онусиливает разность этих сигналов. Можно сделать микросхему, использующую такойдифференциальный усилитель. Это по сути дела переключатель, находящийся в линейномрежиме с физическими уровнями логического нуля = -1,6V и логической единицы= - 0,2V(они не совпадают с уровнями логического нуля и логической единицы для ТТЛ и CMOSлогики (для ТТЛ и CMOS логики они близки)). При использовании такой микросхемывозрастает потребляемая мощность, зато выходное сопротивление мало. Поэтому местоэтих микросхем в интерфейсных схемах.
Если нужно передавать сигнал с высокойскоростью и на большие расстояния, то надо использовать линии типа витой пары, кабеля,которые характеризуются тем, что у них очень низкое волновое сопротивление. Для того,чтобы по линии сигнал шел не искажаясь, микросхема должна работать на сопротивление= волновому. Мощность, выделяемая на этом сопротивлении, = квадрат напряжения Uделенный на сопротивление R. Если U=5V как в ТТЛ. Получается довольно высокаямощность. С помощью этой логики не составить микросхем с большой степеньюинтеграции из-за того, что потребляемая мощность высока. Тем не менее, такиемикросхемы используются для обеспечения связи на большие расстояния.ПроцессорИмея простейшие микросхемы И, ИЛИ, НЕ можно реализовать любую логическуюфункцию.
Появились микросхемы: дешифраторы, сумматоры и т.д. – микросхемы, которыевыполняют вполне определенную логическую или арифметическую операцию.Следующий шаг – микросхемаФункция, которую она выполняет, зависит от того, какие управляющие сигналы мы подаемна нее. Таким образом, получена так называемая программируемая логика. По сути делаэто процессор потому, что значение управляющих сигналов можно рассматривать каккоманду, которую устройство выполняет над входными данными.Далее надо постараться уменьшить количество выводов.
х, у, F –логические входы.Если число х, у, F совпадает, то эти линии можно объединить в одну, назовем ее линиейданных.При передачи по линии всегда есть задержки. При передаче значений переменных хзадержки для разных х могут быть различны. Поэтому в обязательном порядке нуженнекий тактирующий сигнал CLOCK. Т.е. нас будет интересовать не то, как меняются х и у,а какие они принимают значения в определенные моменты времени.Должна быть память, из которой берутся значения x (данные) и F (команды) и вкоторую заносятся значения у.
Память содержит элементарные ячейки, которые хранятчисла определенной разрядности. Каждой ячейке присваивается свой адрес. Чтобыпользоваться памятью, кроме линии данных, нужна линия адреса. Разрядность линииадреса может совпадать с разрядностью линии данных. Часто (особенно на первыхкомпьютерах) пытались объединить линии данных и адреса. Передача адреса и данных поодной и той же линии возможна только в случае, если данные и адрес разделяются повремени - сначала передается адрес, а потом передаются данные.Схема реального процессора (8086)Линия данных – шестнадцатиразрядная, а линия адреса – двадцатиразрядная.
Разработчикиобъединили их в линию данных и адреса. По этой линии передаются и данные, и младшиеразряды адреса. Кроме этого имеется линия, по которой передаются старшие разрядыадреса.Для проведения вычислительных операций в процессоре есть АЛУ.Число должно сначала поступить в регистр данных процессора. Только после этогопроцессор производит операцию над ним.По линии АD передаются и адреса, и данные, поэтому они должны быть разделеныво времени.
Процессор должен выдавать определенные управляющие сигналы, чтобывнешнее устройство (память) могло понять, что ей передается – адрес или данные.Все изменения, которые должны происходить, должны происходить подуправлением тактового генератора. Устройство управления, в зависимости от того, какаякоманда, вырабатывает соответствующую последовательность тактовых импульсов,которые идут на все устройства процессора.
Т.е. его задача – сформировать в соответствиис командой последовательность импульсов.Чтобы этот процессор работал нужно задать адрес в памяти, прочитать из памятикоманду, в соответствии с этой командой найти операнды, прочитать их, выполнитьоперацию.Нужна память. При включении питания нужна начальная загрузка. Поэтому нужнапостоянная память c BIOS. В соответствии с BIOS происходит какая-то начальнаязагрузка.
Нужны внешние устройства: накопители, устройства отображения информации(монитор, принтер, …) и т.д.. Каждое из этих устройств имеет свои входы, свои выходы.Поэтому следующая задача – соединить все эти устройства. Можно соединить каждое скаждым. Но тогда при каждом нововведении (появление дополнительного устройства, …)надо перестраивать процессор. Это плохо. Поэтому была введена системная шина. К нейподсоединяются все устройства. Хотя каждое устройство по этой шине может заявить осебе, почти всегда все, что происходит на шине происходит под управлением процессора.Сигналы ЦП, и сигналы памяти, внешних устройств совершенно разные.
Поэтому нельзяпросто подсоединить к шине процессор и все остальные устройства. Реально каждоеустройство подсоединяется к шине через соответствующий контроллер. Контроллер –устройство, которое согласует соединяемые устройства по логическим, временным ифизическим свойствам (по количеству линий и т.д.).Для шины обязателен стандарт. Должен быть известен состав шины (что за сигналына этой шине есть), на шине должны быть заданы какие-то операции (чтения, записи,прямого доступа к памяти и т.д.), в обязательном порядке должен быть задан протоколшины (все временные последовательности сигналов).
Кроме этого все должно бытьфизически задано (геометрические размеры, количество контактов). Все должно бытьстандартизовано.Контроллер системной шины – устройство, которое обеспечивает стандарт шины.Сигналы на шине практически никогда не совпадают с сигналами шины. Контроллерформирует сигналы, характерные для этой шины.Первая шина – ISA.У ISA есть адресная линия А0-:-А19.Есть линия данных D0-:-D15.Заданы операция чтения из памяти и операция записи в память. Соответствующиесигналы – MRD (Memory Read), MWR (Memory Write).Есть еще 2 вида сигнала чтения и записи – из внешних устройств – I/ORD, I/OWR.Эти сигналы обеспечивают 2 самых важных процесса – чтения и записи данных.Кроме того на шине могут быть процессы прямого доступа к памяти.
Этоединственный процесс, когда шину захватывает не процессор, а внешнее устройство –контроллер прямого доступа к памяти. Соответствующие этому процессу управляющиесигналы - DRQ (Direct Request) и DACK (Direct Acknowledge). Внешнее устройство можетзатребовать прямой доступ к памяти. При этом в передаче данных участвует не процессор,а контроллер прямого доступа к памяти. Для того чтобы реализовать это внешнееустройство посылает сигнал – требование прямого доступа.
Этот сигнал поступает наконтроллер прямого доступа к памяти и на процессору. Процессор освобождает шину, иуправление шиной передается контроллеру прямого доступа к памяти. Суть этого процессав том, что производительность шины увеличивается в 2 раза потому, что под управлениемпроцессора на шине может происходить только один процесс – либо чтение, либо запись,одновременно идти 2 процесса не могут. При прямом доступе внешнее устройствопередает данные в память или память - во внешнее устройство. Поэтому одновременнодолжны происходить 2 процесса. Например, чтение из внешнего устройства и запись впамять, но они разделены – сначала происходит чтение и выдается соответствующийсигнал для записи. Поэтому за цикл, который необходим для той или иной операциипроисходит и чтение, и запись (но они разделены по времени).Есть еще процесс аппаратного прерывания. Соответствующие сигналы – IRQ(Interrupt Request), IACK (Interrupt Acknowledge).
Должен быть контроллер прерываний –некое внешнее устройство. Это нужно потому, что есть медленные внешние устройства.Когда такое устройство готово оно сообщает об этом контроллеру прерываний, онпосылает соответствующий сигнал требования прерывания процессору. Несколькоустройств могут поставлять контроллеру запросы на прерывание.
Каждый запрос можетиметь свой приоритет.С точки зрения процессора любое внешнее устройство представляет собой ячейкупамяти, которая имеет вполне определенный адрес. Из этой "ячейки" можно читатьданные, либо в нее записывать данные. Любое внешнее устройство имеет некоторыерегистры (по сути дела – ячейки памяти). Общение процессора с этим устройством –общение процессора с этими регистрами. Таким образом часть памяти программно недоступна потому, что она отводится под регистры внешних устройств.Пусть есть некоторое внешнее устройство. У него есть один или два регистра. Естьдвадцатиразрядный адрес. Процессор обращается к этому регистру внешнего устройства.Это означает, что на внешнее устройство подается 20 адресных сигналов, которые онодолжно дешифровать, и только потом происходит взаимодействие с внешним устройством.Дешифратор на 20 линий весьма сложен.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
