Мікропроцесорна система та її функціонування (стр. 1 из 2)

МIНIСТЕРСТВО ОСВIТИ I НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКIВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНIВЕРСИТЕТ

РАДIОЕЛЕКТРОНIКИ

Кафедра ЕН

КОНТРОЛЬНА РОБОТА

з дисципліни

"Електронні пристрої"

на тему

МІКРОПРОЦЕСОРНА СИСТЕМА ТА ЇЇ ФУНКЦІОНУВАННЯ

Харків 2010

Визначимо поняття та терміни, які використовуються в мікропроцесорній техніці:

Мікропроцесор (МП) - програмно-керований пристрій, що здійснює процес обробки цифрової інформації і управління ним; побудований на одній або декількох великих інтегральних схемах (ВІС).

Мікропроцесорна ВІС - інтегральна мікросхема, що виконує функцію МП або його частини (ВІС з процесорною організацією, розроблена для побудови мікропроцесорних систем).

Мікропроцесорна система - управляюча інформаційна або інша спеціалізована цифрова система, побудована на базі мікропроцесорних пристроїв.

Мікропроцесорна ЕОМ (мікро-ЕОМ) - це ЕОМ, що складається з мікропроцесора (мікропроцесорів), напівпровідникової пам'яті, засобів зв'язку з периферійними пристроями та джерела живлення, поєднаних загальною несучою конструкцією.

Мікропроцесорний комплект (МПК) - набір мікропроцесорних та інших інтегральних мікросхем, сумісних по конструктивно-технологічному виконанню та призначених для сумісного вживання при побудові мікро-ЕОМ і інших засобів обчислювальної техніки.

Все різноманіття МП зручно розділити на два типи:

- однокристальні МП з фіксованою розрядністю слова та фіксованою системою команд і, як правило, пристроєм управління зі "схемною" логікою;

- багатокристальні (секційні) мікропрограмовані МП із змінною розрядністю слова і з фіксованим набором мікрооперацій.

Мікрокомп'ютери першого типу мають типову структуру типову, яка нагадує організацію звичайних ЕОМ. В ній в явній формі знайшов віддзеркалення принцип обробки даних на основі виконання команд програми. Тому методи роботи з МП першого типу певною мірою подібні методам роботи малих ЕОМ.

Однокристальні МП виконуються з використанням різних МОП-технологій мікроелектроніки, що дозволяють розміщувати на одному кристалі велике число елементарних схем, МОП-транзисторів дякуючи їх унікально малим розмірам і невеликій потужності розсіювання. МОП-структури перших поколінь істотно поступалися в швидкодії біполярним структурам.

Біполярні ВІС (наприклад, з малопотужними ТТЛ-схемами з діодами Шотки) володіли в порівнянні з МОП-ВІС набагато більшою швидкодією, але значно меншою густиною упаковки компонентів на кристалі.

З'явився другий тип МП - багатокристальний біполярний МП, заснований на конструктивному принципі ФУНКЦІОНАЛЬНО-РОЗРЯДНОГО СЛОВА, що пропонує реалізацію на кристалі малорозрядної (2-4 розряди) мікропроцесорної секції (пошарові). В цьому випадку для забезпечення обробки слів заданої розрядності мікропроцесор складається з відповідної кількості однакових кристалів (мікропроцесорних секцій, "слів") об'єднаних мікропрограмним блоком управління, реалізованим на окремих кристалах.

Мікропрограмні багатокристальні МП забезпечують велику гнучкість в досягненні потрібних користувачі характеристик (в першу чергу потрібної швидкодії мікропроцесорного пристрою або мікропроцесорної системи, надаючи користувачу можливість задавати спеціалізовану систему команд, орієнтовану на певне використання. Проте при цьому проектувальник повинен розробляти мікропрограми, які реалізують ці команди, і записати їх в управляючу пам'ять МП.

Згодом різні варіанти поліпшеної МОП-технології дозволили не тільки збільшивши кількість елементів на кристалі, але і випередили по швидкодії МП на основі біполярної технології.

Для внутрішнього опису функціонування МП необхідно охарактеризувати:

- формат оброблюваних даних і команд;

- тип і гнучкість команд;

- способи адресації даних;

- кількість внутрішніх регістрів загального призначення;

- організацію і адресацію стека;

- параметри віртуальної пам'яті;

- інформаційний об’єм пам'яті.

МП також розрізняють:

- по числу ВІС в МП;

- по призначенню;

- по виду оброблюваних вхідних сигналів;

- по організації структури МП схем.

По характеру роботи в часі МП поділяють на синхронні і асинхронні.

Синхронні МП - це МП, в яких початок і кінець виконання операцій задається пристроєм управління ПУ.

Асинхронні МП дозволяють початок виконання кожної наступної операції визначити по сигналу фактичного закінчення виконання попередньої операції.

По організації структури МП системи розрізняють:

- одно магістральні мікро-ЕОМ;

- багато магістральні мікро-ЕОМ.

У одно магістральних мікро-ЕОМ всі пристрої мають однаковий інтерфейс і підключені до єдиної інформаційної магістралі, по якій передаються коди даних, адреси і управляючих сигналів.

У багато магістральних мікро-ЕОМ пристрої групами підключаються до своєї інформаційної магістралі.

По кількості виконуваних програм розрізняють: однопрограмні і багатопрограмні МП.

У однопрограмному МП перехід і виконання наступної програми відбувається після завершення поточної програми.

Багатопрограмний МП дозволяє виконувати одночасно декілька програм.

Основою будь-якої мікропроцесорної системи є МП.

Узагальнена логічна структура мікропроцесорної системи МПС наведена на мал. 3.

Мал.1. Узагальнена логічна структура МП – системи.

Скорочення: МП - мікропроцесор,

ОЗП- оперативний запам’ятовуючий пристрій,

ПЗП – постійний запам’ятовуючий пристрій,

ЗП – зовнішній пристрій,

КПД – контролер прямого доступу до пам’яті.

МП здійснює цифрову обробку даних, здійснює адресацію команд і операндів, що зберігаються в пам'яті за допомогою шин адреси, даних і управління.

В постійному запам’ятовуючому пристрої (ПЗП) зберігаються системні програми, необхідні для управління процесом обробки даних.

В оперативному запам’ятовуючому пристрої (ОЗП) зберігаються прикладні програми, дані і результати обчислень.

Робота МП синхронізується тактовими сигналами СLК, що поступають на його входи від генератора тактової частоти ( синхронізації).

Схема початкового скидання виробляє сигнал RESET (СКИДАННЯ) мікропроцесора на основі аналізу напруг на виході блоку живлення (включення живлення) або при примусовій зупинці роботи МПС з клавіатури.

Контролери — пристрої, що забезпечують обмін даними різних ЗП, мікропроцесором і ОП. Контролер переривань - якій аналізує сигнали (запити на переривання), які надходять до МПС від ЗП (зовнішні переривання) або мікропроцесора ( внутрішні переривання) та організує відгук ( або реакцію) МПС на переривання.

Контролер прямого доступу до пам'яті призначений для обміну даними між ЗП та ОП без участі мікропроцесора.

До складу МПС можуть входити:

- шинний контролер, призначений для сполучення пристроїв з системною шиною по паралельному інтерфейсу;

- послідовного інтерфейсу, призначений для побудови багатопроцесорних систем або сполучення джерел і приймачів сигналів, що не збільшують навантаження на системний інтерфейс;

- спеціалізований процесор арифметичної обробки сигналів (співпроцесор);

- ПЗП команд і констант;

- ОЗП операндів.

Для забезпечення роботи МПС до її системного інтерфейсу можна підключати пристрої для спеціалізованої обробки арифметичних алгоритмів (таких, як швидке перетворення Фур`є, десяткова корекція) і пристрої обробки аналогових сигналів.

Як пристрої для обробки аналогових сигналів використовують аналого-цифрові (АЦП) і цифроаналогові (ЦАП) перетворювачі, що забезпечують безпосереднє сполучення цифрового пристрою обробки з аналоговими сигналами датчиків і приймачів.

Існує три способи передачі інформації:

- програмно-управляюча передача даних, що ініціюється процесором;

- програмно-управляюча передача, що ініціюється запитами на переривання від зовнішнього пристрою;

- прямий доступ до пам'яті (ПДП).

Мал.4. Способи передачі цифрової інформації

При програмно-управляючій передачі, як це показано на мал. 4 а), передача слів відбувається через регістри процесора: слово даних через контролер зовнішнього пристрою надходить до внутрішнього регістра мікропроцесора (акумулятора) і в залежності від потреб подальшої обробки надходить до ОЗП.

При програмно-управляючій передачі даних МП на під час цієї операції відволікається від виконання основної програми, що веде до зниження продуктивності МП системи. Крім того, швидкість передачі даних через МП може виявитися недостатньою для роботи з високошвидкісними ЗП.

Відрізняються перший і другий спосіб передачі даних тільки ініціатором: при першому способі – це процесор ( наприклад, при виконанні команди програми, яка потребує дані з зовнішнього пристрою), при другому – це зовнішній пристрій, сигнал від якого має назву – переривання.

Прямим доступом до пам'яті називається обмін даними, що забезпечує автономну передачу даних між ОЗП і ЗП ( без участі мікропроцесора).

Прямий доступ до пам'яті збільшує граничну швидкість введення/виведення інформації і загальну продуктивність МПС, робить її більш пристосованою для роботи в системі реального часу.

Прямим доступом до пам'яті управляє контролер ПДП, що виконує наступні функції:

- управління передачею даних між ОЗП і ЗП, що ініціюється процесором або ЗП.

- визначення розміру блоку даних, що передаються та області пам'яті, куди записуються дані;

- визначення адреси чарунок ОЗП, що беруть участь в передачі;

- підрахунок кількості байт, що передані через інтерфейс та визначення моменту завершення операції введення/виведення.