- •Основы микропроцессорной техники
- •В.И. Енин
- •В.И. Енин
- •Введение
- •После изучения дисциплины необходимо знать
- •После изучения дисциплины необходимо уметь
- •В.1. Роль и место курса “Микропроцессорная техника” в учебном процессе
- •1. Микропрограммные автоматы
- •После изучения главы необходимо знать
- •1.1. Автомат без памяти
- •1.2. Микропрограммный автомат
- •1.2.1. Автомат с памятью
- •1.2.2. Микропрограммный автомат в системе управления
- •1.2.3. Структурный автомат
- •1.3. Схемная реализация микропрограммных автоматов
- •2. МикропрограмМируемые контроллеры и микропроцессоры
- •После изучения главы необходимо знать
- •2.1. Блок микропрограммного управления
- •2.2. Блок обработки цифровых данных.
- •3. Принципы организации эвм
- •После изучения главы необходимо знать
- •3.1. Выполнение команд в эвм
- •Система команд и методы адресации
- •Подпрограммы
- •3.2. Общие принципы организации ввода-вывода
- •3.2.1. Программный режим ввода-вывода
- •3.2.2. Обмен информацией в режиме прерывания программы
- •3.2.3. Прямой доступ к памяти
- •3.2.4. Подключение внешних устройств
- •4. Архитектура однокристального микропроцессора
- •После изучения главы необходимо знать
- •4.1. Архитектура микропроцессора к580ик80а
- •4.1.1. Формат команд микропроцессора к580ик80а
- •4.1.2. Методы адресации микропроцессора к580ик80а
- •4.1.3. Команды безусловной и условной передач управления
- •4.1.4. Примеры команд процессора к580ик80а
- •4.2. Организация обмена в однокристальных микроЭвм
- •4.2.1. Функционирование микропроцессора
- •4.2.2. Подключение озу и регистров внешних устройств
- •5. Системы счисления и арифметические операции над числами
- •После изучения главы необходимо знать
- •5.1. Системы счисления для представления чисел в эвм
- •5.2. Представление в эвм целых двоичных чисел без знака
- •5.3. Представление в эвм целых чисел со знаком
- •5.3.1. Представление чисел со знаком в прямом коде
- •5.3.2. Представление чисел со знаком в дополнительном коде
- •5.3.3. Особенности выполнения сложения двоичных чисел без знака и со знаком
- •1. Примеры сложения чисел без знака.
- •2. Примеры сложения чисел со знаком.
- •5.4. Двоично-десятичная система представления чисел
- •5.5. Представление чисел в формате с плавающей точкой
- •Примеры представления чисел типа single
- •Примеры представления чисел типа real
- •6. Семейство процессоров х86
- •После изучения главы необходимо знать
- •6.1. Архитектура процессора 8086
- •Регистры процессора
- •Инструкции процессора
- •Сегментация памяти
- •Методы адресации
- •Распределение памяти
- •Прерывания
- •Функционирование
- •6.2. Процессоры 80286
- •Реальный режим
- •Защищенный режим
- •Прерывания
- •Регистр состояния задачи
- •Некоторые особенности функционирования
- •Функциональная схема pc at
- •7. Шина isa и интерфейсы сопряжения с устройствами управления
- •После изучения главы необходимо знать
- •7.1. Конструкция шины isa
- •Выводы шины isa
- •Распределение адресов на системной плате ат
- •Циклы магистрали
- •Прямой доступ к памяти
- •Регенерация памяти
- •Основные электрические характеристики линий isa
- •7.2. Проектирование устройств сопряжения для шины isa
- •7.2.1. Селекторы (дешифраторы) адреса
- •7.2.2. Операционная часть интерфейса
- •7.2.3. Микросхемы для построения интерфейсов Условные графические обозначения элементов цифровой техники
- •7.2.4. Микросхемы приемопередатчиков сигналов магистрали
- •Микросхемы селекторов адреса выходных регистров
- •8. Интерфейс centronics
- •После изучения главы необходимо знать
- •8.1. Порядок обмена по интерфейсу Centronics
- •8.2. Программируемый параллельный интерфейс ( ппи)
- •9. Обмен данными по интерфейсу rs-232
- •После изучения главы необходимо знать
- •9.1. Назначение линий связи rs-232
- •9.2. Подключение модема к rs-232
- •9.3. Подключение терминалов к rs-232
- •9.4. Подключение удаленных объектов управления
- •9.5. Назначение портов rs-232
- •10. Отсчёт реального времени в эвм
- •После изучения главы необходимо знать
- •10.1. Программируемый таймер
- •10.1.1. Режимы работы таймера
- •10.1.2. Таймер на системной плате ibm pc
- •10.2. Программируемый контроллер прерываний
- •10.2.1. Режимы работы пкп
- •10.2.2. Программирование пкп
- •10.3. Прерывания в ibm pc
- •10.3.1. Векторы прерывания
- •10.3.2. Прерывания bios и dos
- •10.3.3. Написание собственных прерываний
- •10.4. Отсчёт реального времени в эвм
- •10.5. Процедуры и функции для работы с прерываниями
- •После изучения главы необходимо знать
- •11.1. Архитектура 32-разрядных процессоров
- •11.1.1. Регистры процессора
- •11.1.2. Организация памяти
- •11.1.3. Режимы адресации
- •11.1.4. Ввод и вывод
- •11.1.5. Прерывания и исключения
- •11.1.6. Процессоры Pentium
- •11.2. Страничное управление памятью
- •11.3. Кэширование памяти
- •Кэш прямого отображения
- •Ассоциативный кэш
- •12. Однокристальные микроконтроллеры
- •После изучения главы необходимо знать
- •12.1. Однокристальный микроконтроллер к1816
- •12.2. Avr микроконтроллеры
- •12.3. Процессоры обработки сигналов
- •12.3.1. Однокристальный цифровой процессор обработки
- •12.3.2. Цифровые процессоры обработки сигналов (цпос)
- •13. Промышленное оборудование для цифровых систем управления
- •После изучения главы необходимо знать
- •13.1. Оборудование для централизованных систем управления
- •13.1.1. Персональные компьютеры для целей управления
- •13.1.2. Промышленные рабочие станции
- •13.1.3. Шасси для ibm совместимых промышленных компьютеров
- •13.1.4. Модульные промышленные компьютеры mic-2000
- •13.1.5. Процессорные платы
- •13.1.6. Устройства для сбора данных и управления
- •13.2. Оборудование для распределенных систем сбора данных и управления
- •13.2.1. Модули удаленного сбора данных и управления adam-5000
- •13.2.2. Модули удаленного сбора данных и управления adam-4000
- •13.3. Прикладное программное обеспечение
- •Заключение
- •Список использованных источников
- •Оглавление
- •Системы счисления и арифметические
3.2.3. Прямой доступ к памяти
Обмен данными в режиме прямого доступа к памяти (ПДП) позволяет осуществлять быстрый обмен данными непосредственно между основной памятью ЭВМ и интерфейсом ввода-вывода без участия процессора, что экономит его временной ресурс. Обычно в таком режиме проводится обмен с внешними запоминающими устройствами, например, с накопителями на магнитных дисках. Обменом в режиме прямого доступа к памяти управляет не программа, выполняемая процессором, а устройство, называемом контроллером прямого доступа к памяти.
При необходимости осуществления сеанса прямого доступа к памяти контроллер ПДП посылает процессору сигнал "требование прямого доступа". Процессор, получив этот сигнал, завершает цикл обращения к каналу ЭВМ и приостанавливает выполнение очередной команды, не дожидаясь ее завершения. После этого выдает в контроллер ПДП сигнал "предоставление прямого доступа" и отключается от шин системного интерфейса. С этого момента все шины канала ЭВМ управляются контроллером ПДП. Таким образом, осуществляется захват управления шинами ЭВМ. Контроллер ПДП, используя адресную шину, шину данных и шину управления ЭВМ, самостоятельно формирует адрес соответствующей ячейки памяти и выполняет пересылку данных из ВУ в память или из ячейки памяти во ВУ, он также ведет подсчет числа переданных байтов или слов. После завершения обмена управление возвращается процессору ЭВМ.
Передача информации в режиме ПДП может вестись как большими блоками информации, так и малыми порциями, вписывая их в промежутки между циклами обращения процессора к каналу. Захват контроллером ПДП циклов управления шинами ЭВМ для работы с ее памятью, конечно, замедляет выполнение процессором основной программы, хотя при правильной организации работы процессора во время цикла ПДП он может не приостанавливать полностью свою работу, а выполнять операции, не связанные с обращением к памяти по шинам данных и адреса. Заметим, что в режиме прямого доступа к памяти контроллер ПДП должен обеспечить выполнение регенерации динамической памяти ОЗУ. Режим прямого доступа к памяти позволяет гораздо более эффективно использовать время процессора при обмене большими блоками информации.
3.2.4. Подключение внешних устройств
На основе микроЭВМ производится построение контрольно-измерительных систем, систем управления технологическими процессами, контроллеров периферийных устройств, бытовых приборов и игровых автоматов.
Подключение регистров внешних устройств в системе с раздельными шинами адреса и данных существенно проще и реализуется по следующей функциональной схеме представленной на рис. 3.4. Устройство сопряжения с объектом управления может содержать несколько параллельных регистров вывода для хранения выходных данных. Разряды выходных регистров подключаются к объектам управления для дискретного управления ИМ. Для формирования выходного аналогового сигнала на выходе регистра может быть установлен ЦАП.
Адрес регистра, к которому производится обращение, поступает на дешифратор адреса и сигналов управления. Дешифратор вырабатывает сигнал (строб) записи или строб чтения для конкретного регистра, если выставленный адрес совпадает с адресом (номером) регистра (устройства) и присутствует управляющий сигнал записи (вывод) или чтения (ввод) в шине управления. Строб записи поступает на вход записи (синхронизации) соответствующего регистра. Строб чтения поступает на управляющий вход (Е) микросхемы передатчика (ВД), разрешая передачу данных с входа передатчика в шину данных. Дешифратор формирует также сигналы квитирования, которые поступают в шину управления и информируют процессор о завершении цикла обмена
Вход данных каждого регистра подключен к шине данных. При записи данных в выходной регистр, процессор выставляет в шине адреса адрес регистра, в шине данных – данные, выводимые в регистр, и с задержкой - сигнал вывод (запись) в шине управления. Дешифратор при получении адреса и сигнала вывода вырабатывает строб записи. По стробу записи данные из шины данных заносятся в адресуемый регистр.
Входные данные от дискретных датчиков, как правило, не хранятся в регистрах и поступают непосредственно на вход передатчика (виртуальный входной регистр). При чтении процессор устанавливает адрес и с задержкой - сигнал "Ввод". Дешифратор вырабатывает сигнал (строб) включения передатчика. Данные поступают в шину данных и считываются процессором.
Для ввода аналоговых сигналов в устройство сопряжения с объектами (УСО) входит АЦП. Обычно используется один АЦП, выход которого подключен к своему передатчику. Для ввода нескольких аналоговых сигналов на входе АЦП устанавливается коммутатор аналоговых сигналов, управляемый от выходного регистра. Сигнал о готовности АЦП обычно подключают к одному из разрядов виртуального входного регистра состояния (передатчика), чтение которого позволяет процессору определить готовность АЦП к обмену. При вводе быстро меняющихся аналоговых сигналов между коммутатором и АЦП устанавливается управляемое от выходного регистра устройство выборки-хранения (УВХ), которое замораживает входной аналоговый сигнал на время преобразования в АЦП. Некоторые АЦП можно подключать непосредственно к шине данных. В этом случае оно должно иметь выход с 3 состояниями и вход управления передачей. Более сложные УСО позволяют управлять диапазонами входных и выходных аналоговых сигналов, для чего они имеют в своем составе управляемые делители сигналов.
В качестве регистров выходных данных и приемопередатчиков (виртуальных входных регистров) в устройствах (платах) сопряжения с объектами (УСО) целесообразно использовать микросхемы программируемого параллельного интерфейса (микросхемы ППИ).