Курс лекций СПУ(тема 1-15) (1252160), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Регистры общего назначения (ОН), или сверхоперативной памяти, служат для переадресации при обработке данных с целью повышения быстродействия. Число регистров ОН определяет вычислительные возможности МП. Чем их больше, тем меньше требуется обращений к ОЗУ при выполнении программы.
Число регистров общего назначения (РОН) обычно варьируется от 4 до 64, причем конкретное их число определяет вычислительную мощность микропроцессора. РОН используют как внутреннюю сверхоперативную память, что позволяет реже обращаться к внешней памяти через интерфейс, т.е. увеличивает общее быстродействие.
Функции специализированных регистров обширны. Счетчик команд содержит адрес выполняемой в данное время команды. Регистр адреса хранит адрес слова, к которому происходит обращение. Накопительный регистр (аккумулятор) предназначен для хранения промежуточных результатов операций АЛУ. Чаще всего ввод и вывод всех данных АЛУ производится через аккумулятор. Регистр команд сохраняет на время дешифрации и исполнения код команды, адрес которой был определен счетчиком команд. Содержимое разрядов регистра состояния позволяет судить о результате вычислений (нулевой, положительный, переполнение и др.) с тем, чтобы организовать программные переходы по заданным признакам или условиям. Стековая память используется для хранения состояний внутренних регистров при обработке прерываний, для запоминания адреса возврата при выходе из под программы. Индексные регистры служат для формирования адресов.
Устройство управления на основании кода операции команды формирует внутренние сигналы управления, привлекая отдельные части микропроцессора. Так, сигналы управления, используя адресную часть команды, организуют пересылки данных. Используя специализированные регистры и счетчик команд, устройство управления выбирает очередную команду из памяти.
Одним из основных узлов МП являются каналы связи, через которые осуществляется обмен информацией между МП, ЗУ и внешними устройствами. В общем случае канал связи имеет информационную шину DB (data bus), адресную AB (address bus) и шину управления CB (control bus). Работа шин управления осуществляет МП.
Разрядность внутренней шины данных т.е. количество передаваемых по ней одновременно (параллельно) битов числа соответствует разрядности слов, которыми оперирует МП. Очевидно, что разрядность внутренней шин данных должна быть одной и той же. У восьмиразрядного МП внутренняя шина данных состоит из восьми линий, по которым можно передавать последовательно восьмиразрядные слова – байты. Следует иметь ввиду, что по шине данных передаются не только обрабатываемые АЛУ слова, но и командная информация. Следовательно недостаточно высокая разрядность шины данных может ограничить состав (сложность) команд и их число. Поэтому разрядность шины данных относят к важным характеристикам микропроцессора – она в большей мере определяет его структуру (числа разрядов указаны на рисунке в скобках рядом с названиями блоков).
Шина данных МП работает в режиме двунаправленной передачи, т.е. по ней можно передавать слова в обоих направлениях, но не одновременно. В этом случае требуется применение специальных буферных схем и мультиплексного режима обмена данных между МП и внешне памятью. Мультиплексный режим (от английского слова multiple – многократный, множественный), иногда называемый многоточечным,- режим одновременного использования канала передачи большим числом абонентов с разделением во времени средств управления обменом.
С помощью интерфейса отдельные устройства микропроцессора соединяются между собой (внутренний интерфейс), а также с памятью и внешними устройствами (внешний интерфейс). Внутренний интерфейс микропроцессора внутренними шинами данных, разрядность которых совпадает или не совпадает с разрядность внешних шин. Если число внешних выводов кристалла микропроцессора ограничено, внешняя шина может передавать информацию последовательно частями через двунаправленный буфер – мультиплексор. К внешнему интерфейсу микропроцессора относятся шины данных, адресная, управления. Внешние шины – адресная и шина данных – могут быть совмещены, и в этом случае адреса и данные передаются поочередно.
Над командными словами выполняются такие операции: содержимое счетчика команд передается в регистр адреса памяти; адрес передается в память и дешифруется с тем, чтобы найти в памяти нужную команду; команды через шину данных памяти поступает в регистр данных памяти, а затем в регистр команд микропроцессора; команда дешифруется дешифратором команд; команда выполняется; содержимое счетчика команд увеличивается на единицу или в счетчик заносится адрес перехода; далее цикл повторяется.
Процесс обработки информационных слов сильно зависит от конкретного микропроцессора, а упрощенно выглядит так. Данные в АЛУ поступают из регистров микропроцессора, из памяти, с внешних устройств. Во многих микропроцессорах данные поступают через аккумулятор, туда же передаются и результаты операций АЛУ. После завершения операции информационные слова пересылаются во внутренние регистры, в память или к внешним устройствам.
Некоторые МП могут включать в себя таймеры, которые служат для отсчета времени и временных интервалов, а также для синхронизации работы УУ. Скорость выполнения команд задается тактовой частотой таймера.
15.2. Микро-ЭВМ, их назначение, структура построения.
На базе микропроцессоров строятся микро-ЭВМ и программируемые логические контроллеры (ПК).
Добавление к микропроцессору функциональных блоков памяти (ОЗУ и ПЗУ), а также блоков ввода-вывода информации превращает его в микро-ЭВМ (рис. 15.3).
При работе микро-ЭВМ в составе системы управления решает следующие задачи:
-принимает информацию от датчиков о состоянии окружающей среды и объекта;
-рассчитывает в реальном времени управляющие воздействия и передает их на исполнительные механизмы;
-отображает информацию о текущем состоянии системы оператору на дисплее;
-принимает и обрабатывает команды оператора по изменению условий процесса управления;
-передает или принимает информацию от других микро-ЭВМ.
Отличительной особенностью работы управляющих микро-ЭВМ является выполнение ими всех операций в реальном масштабе времени.
В ПЗУ записывается программное обеспечение (ПО) – комплекс программ по реализации заданного алгоритма функционирования УЧПУ, а в ОЗУ управляющие программы и другая информация.
В состав управляющей микро-ЭВМ (рис. 15.4) обязательно входят контроллеры для приема данных от датчиков состояния среды и станка, а также для передачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы станка. В этих блоках данные преобразуются к форме, которую понимает микро-ЭВМ. Микро-ЭВМ работает с данными в цифровом виде. Датчики состояния среды и станка могут выдавать информацию в аналоговом виде. Поэтому в контроллере для приема данных от датчиков и исполнительных механизмов станка происходит аналого-цифровое преобразование данных, при котором каждому измеряемому аналоговому сигналу датчика ставится в соответствие определенный цифровой код, с которым работает микро-ЭВМ. А в контроллере для передачи информации на исполнительные механизмы станка управляющее воздействие из цифрового кода переводится в цифро-аналоговом преобразователе в аналоговый сигнал, который подается непосредственно на исполнительные механизмы станка.
Микро-ЭВМ строятся по принципу соединения блоков через общую системную магистраль. Системная магистраль представляет набор шин (проводников), по которым передаются данные, места нахождения этих данных (адреса) и управляющие сигналы. Блоки микро-ЭВМ соединены шинами общей системной магистрали и используют ее для обмена информацией.
Важную функцию в управляющей микро-ЭВМ выполняют системные часы – специальный блок, построенный на базе тактового генератора. Программа, обслуживающая системные часы, записывает текущее время в выделенную ячейку ОЗУ.
На рис. 15.5 в качестве примера показана структурная схема системы ЧПУ «Электроника НЦ 80-31», которая является многомашинной микропроцессорной системой. В состав данной системы ЧПУ входит три микро-ЭВМ, каждая из которых имеет свой микропроцессор, блоки оперативной и постоянной памяти. ЭВМ 1 – управляет работой всей системы, обеспечивает связь с оператором, а также ввод и хранение управляющих программ. ЭВМ 2 – обеспечивает отработку заданных перемещений рабочими органами станка. ЭВМ 3 – управляет работой электрооборудованием станка. Информация между разными микро-ЭВМ передается по последовательным каналам связи.
Внешнее запоминающее устройство на цилиндрических магнитных доменах содержит библиотеку управляющих программ.
В обобщенном виде функционирование процессора может быть представлено как циклическое чередование двух этапов: а) выборки (чтения) команд из памяти и их дешифрации, и б) выполнения команд.
Выборка (чтение) команд является автоматическим процессом, происходящим под воздействием импульсов от генератора тактовых импульсов, и не зависит от программиста в смысле механизма реализации, который жестко определяется аппаратной структурой процессора.
Дешифрация команды представляет собой процесс формирования последовательности управляющих сигналов для всех узлов процессора и других блоков вычислителя на основе информации (т.е. кода), содержащегося в команде.
Фаза выборки начинается по сигналу начала цикла команды. При этом содержимое счётчика команд (содержит адрес ячейки памяти, в которой помещены байты выполняемой команды) УП указывает на её адрес в УП. Как только сигнал по шине адресов поступит в УП, содержимое счётчика команд изменится и укажет адрес следующей команды. Из УП по шине данных команда поступает в регистр команд (принимает и хранит код очередной команды, адрес которой находится в счетчике команд, по сигналу УУ в него передается из регистра хранимая там информация) УП микропроцессора.
Фаза выполнения начинается с расшифровки полученной команды. Например, код операции предписывает АЛУ сложить содержимое, находящееся по адресу источника, хранимому в регистре R0, с содержимым, размещенным по адресу приёмника R1. Результат операции, выполненной в АЛУ, заносится в один из регистров или пересылается в память (в зависимости от кода команды).В регистре признаков автоматически формируются признаки, характеризующие этот результат. На этом кончается фаза исполнения данной команды и микропроцессор готов к выполнению следующей команды, указанной в счётчике команд.
Функционирование процессора всегда синхронизируется от внешнего генератора тактовых импульсов.
Выполнение команды всегда занимает некоторое количество периодов тактовой частоты и состоит из последовательности элементарных действий процессора (выборка команды, чтение операнда, вычисление в АЛУ). Эти элементарные действия называют машинными циклами (МЦ). В течение каждого МЦ происходит генерация строго определенной комбинации управляющих сигналов для соответствующих узлов процессора и всей вычислительной системы.
Программируемые логические контроллеры (ПК) в своем составе не имеют интерфейса для человека, типа клавиатура и дисплея. Их программирование, диагностика и обслуживание производится подключаемыми для этой цели программаторами — специальными устройствами или устройствами на базе более современных технологий — персонального компьютера или ноутбука, со специальными интерфейсами и со специальным программным обеспечением.
15.3. Запоминающие устройства, используемые в устройствах ЧПУ.
Вид и емкость запоминающих устройств определяется объемом задач, решаемых УЧПУ на каждом уровне управления станком.
В первую очередь следует определить объем задач верхнего уровня, т.е. задач преобразования входной информации в информацию, необходимую для непосредственного управления рабочими органами станка, определить объем задач электроавтоматики станка, выбрать способ решения задач интерполяции и управления приводами подач.
Устройство ЧПУ имеет следующие запоминающие устройства:
1.Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) с высоким быстродействием, допускающим считывание и запись информации в режиме реального времени (RAM – random access memory). Предназначена для временного хранения данных (УП, различных видов коррекции радиуса и длинны режущих инструментов и др.). Эта память свободного доступа. Управляющие программы, находящиеся в этой памяти могут редактироваться (добавляются и стираются любые данные). Желательно, чтобы ОЗУ сохраняло информацию при отключении питания.
2.Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – только для считывания информации, не меняющее содержание в ходе нормальной работы УЧПУ и сохраняющее информацию при отключении электропитания (ROM – read only memory). Сюда записывается основной программного обеспечение (ПО), обеспечивающее выполнение заданного алгоритма функционирования станка. Пользователь УЧПУ сюда доступа не имеет. Это ноу-хау фирмы, изготавливающей УЧПУ. В этой памяти хранится также технологическое ПО и др. информация.
3.Разновидность памяти – PROM (ППЗУ) – память, в которую пользователь УЧПУ может один раз записать ПО. Это programmable read only memory.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
