Мікропроцесорна система та її функціонування (стр. 2 из 2)

Функціонування МПС – це процес, якій складається з виконання команд та обміну даними.

Процес функціонування МПС зводиться до наступної послідовності дій:

отримання даних від різних зовнішніх пристроїв (з клавіатури, від дисплеїв, з каналів зв'язку, від різного типу зовнішніх запам’ятовуючих пристроїв (дискети, флеш-карти, вінчестери)),

обробка даних і

видача результатів обробки на зовнішні пристрої (ЗП).

При цьому дані від ЗП, що підлягають обробці, можуть поступати і в процесі їх обробки.

Оперативна пам'ять (ОЗП) зберігає і видає по запитах команди програми, яку виконує мікропроцесор, різні дані (початкові, проміжні та кінцеві результати обробки);

Мікропроцесор видає на шину адреси номер (адресу) чарунки ОП, в якій записана чергова команда, і по шині управління в ОП поступають сигнали, що забезпечують читання вмісту цієї чарунки. Чергова команда через шину даних передається в мікропроцесор. Тут команда розшифровується.

Якщо дані, які необхідні для виконання цієї команди, знаходяться в регістрах мікропроцесора, то мікропроцесор приступає до виконання вказаною в команді операції.

Якщо при розшифровці команди з'ясується, що дані, що беруть участь в операції, знаходяться в ОП, то мікропроцесор виставляє на шину адреси адресу чарунки, де зберігаються ці дані; після видачі даних з ОП мікропроцесор приймає їх через шину даних, потім виконується операція над даними.

Після завершення поточної команди на шину адреси видається адреса наступної команди, і описаний процес повторюється.

Обмін даними з ЗП може здійснюється таким чином.

Мікропроцесор, виконуючи команду введення, подає на контролер відповідні керівні сигнали; дані з ЗП приймаються в регістр контролера, потім вони контролером видаються на шину даних. Далі ці дані з шини даних приймаються в мікропроцесор. Потім в процесі виконання відповідної команди вони передаються в ОП.

Аналогічно відбувається обмін даними у зворотному напрямі — від ОП до ЗП. По відповідній команді програми здійснюється прийом з ОП в мікропроцесор даних, що підлягають передачі на ЗП, після чого по одній з наступних команд ці дані видаються на шину даних і через контролер обміну передаються на ЗП.

Описаний процес обміну припускає, що моменти обміну даними відомі наперед вже на етапі програмування, і в програмі передбачаються в певних місцях відповідні команди.

Моменти обміну можуть визначатися і самим ЗП. В таких випадках ЗП подає в мікропроцесор певні сигнали і переводить його в стан переривання. Перебуваючи в стані переривання мікропроцесор припиняє виконання основної програми і переходить до виконання команд іншої програми (перериваючої програми), зберігається в ОП. Після закінчення перериваючої програми мікропроцесор повертається до виконання основної програми.

Описані способи забезпечують низьку швидкість обміну, і застосовувати їх доцільно при обміні даними з низькошвидкісними ЗП.

При роботі з високошвидкісними ЗП (такими, як що запам'ятовують пристрої на дисках і ін.) використовується так званий метод прямого доступу до пам'яті (ПДП). В цьому режимі мікропроцесор відключається від шин адреси і даних, надаючи їх в розпорядження ЗП для безпосереднього обміну даними з ОП (без участі мікропроцесора). Обмін при цьому організовується спеціальним контролером ПДП.

У режимі ПДП ЗП обмінюється з ОП не битами або байтами даними, а великими блоками даних. В контролер ПДП мікропроцесор заздалегідь поміщає інформацію, необхідну для управління обміном (адреса чарунки ОП, куди записується або звідки прочитується перше належне обміну слово, кількість слів в блоці і ін.). В процесі обміну контролер ПДП видає на шину адреси адресу чарунки ОП, після закінчення передачі слова між ОП і ЗП через шину даних контролер ПДП збільшує на одиницю значення адреси, видаваної на шину адреси. Після завершення передачі заданої кількості слів контролер ПДП припиняє обмін, інформуючи про це мікропроцесор. Останній відновлює зв'язок з шинами адреси і даних і продовжує виконання програми.

Під організацією мікро-ЕОМ розуміють склад її програмно-апаратних засобів, зв'язки між ними і їх функціональні характеристики. Мікросистеми мають багаторівневу ієрархічну організацію з багатьма складовими компонентами на кожному рівні. З нижнім рівнем функціонального опису МПС і її складових пов'язано поняття фізичної організації мікро-ЕОМ - її функціональна схема. Термін "логічна організація" відноситься до більш високих рівнів опису мікро-ЕОМ. Так, логічна організація на рівні апаратури - це склад, функціональні зв'язки і характеристики взаємодії апаратних модулів в процесі виконання різних задач, які звичайно називають структурною схемою або структурою. Про логічну організацію на рівні програмного забезпечення (ПО) говорять як про обчислювальне середовище і її особливості.

Кінцева мета проектування МПС - створення працездатного і оптимального виробу на базі одного або декількох МП. Можливість її досягнення визначається в першу чергу вибором раціонального співвідношення між програмними і апаратними засобами. Для цього вводиться поняття архітектури.

Мікросистемам, побудованим па основі мікропроцесорних комплектів (МПК) молодшого покоління, властива більш проста архітектура, що було важливе для інтегральної технології минулого десятиріччя. Проте обчислювальні можливості і швидкодія цих систем, як правило, були низькі. Удосконалення технологічних прийомів дозволило збільшити ступінь інтеграції апаратури і перейти до складної 16-розрядної архітектури з віртуальною пам'яттю, що забезпечує паралельну обробку багатьох задач в реальному масштабі часу.

Мікросистема (МС) складається з побудованого на базі МПК центрального процесора (ЦП), основної пам'яті для зберігання програм і даних, а також підсистеми уведення-виведення для зв'язку МПС із зовнішньою апаратурою. Задача управління МС покладається на ЦП, який пов'язаний з пам'яттю і підсистемою ВВ через канали пам'яті і ВВ відповідно. Центральний процесор прочитує з пам'яті МС команди, які утворюють програму, і декодує їх. Відповідно до результату декодування команд він здійснює вибірку даних з пам'яті МС і портів введення, обробляє їх і пересилає назад в пам'ять або порти виводу підсистеми ВВ. Існує також можливість ВВ даних з пам'яті на зовнішні пристрої і назад, минаючи ЦП. В такому випадку обмін даними виконується через канал прямого доступу до пам'яті (ПДП), управління яким покладається на підсистему ВВ. Іноді виділяються ресурси підтримки режиму реального часу, в найпростішому випадку що розділяються процесором і підсистемою ВВ.

Мал.5 Базова організація мікро-ЕОМ

Кожний рівень організації мікро-ЕОМ і будь-яка її складова частина мають достатньо складну внутрішню структуру, деталізація якої приводить до появи різних типів структур і обчислювальних середовищ. Відповідно до принципу програмного управління, що використовується в МС, їх організація в значній мірі визначається методологією побудови великих обчислювальних систем. Проте через особливості виробництва МПК БІС і їх вживання організація МС придбала ряд рис, не властивих великим ЕОМ.