2. Архитектура мп и микро-эвм

2.1 Общая архитектура мпс

Как указывалось во Введении, на основе выпускаемых МПК можно строить различные вычислительные и управляющие устройства. В литературе введено деление на микро-ЭВМ - устройство для организации вычислений, отладки программ, имеющую как правило развитое периферийное оборудование - дисплеи, накопители и т.д., и на контроллеры (или устройства управления объектами) - устройства для автоматизированного управления какими-либо промышленными объектами, которые не имеют такой развитой периферии, как микро-ЭВМ, но имеют устройства сопряжения с объектами управления и контроля. При этом эти два вида аппаратуры имеют много общего. На рис. 2.1 показана обобщенная структурная схема МПС, на которой штрих пунктирной линией обведены составные части, которые относятся к контроллерам, а пунктиром -которые относятся к микро-ЭВМ.

Рис. 2.1. Архитектура микропроцессорной системы (МПС)

Ведущим устройством всей МПС является центральный процессорный элемент (ЦПЭ), иногда называемый просто микропроцессором (МП). Как показано на рис. 2.1, ЦПЭ можно разделить на операционную часть (ОП), которая осуществляет обработку поступающих данных (в более узком смысле иногда ОП называют АЛУ - арифметическо-логическое устройство), и на управляющую часть (УП), которая управляет процессами в МПС. В ПЗУ или ОЗУ помещена программа работы МПС в виде набора команд, расположенных в ячейках памяти с определенным адресом. УП осуществляет считывание команд из памяти по ШД, их дешифрацию, инициализацию обработки необходимых данных в ОП и вывод полученного результата через ЩД на внешние устройства - ОЗУ, УВВ, УСО и т.д. ША служит для подачи сигнала выборки или записи информации по определенному адресу. Каждой ячейке памяти, каждому устройству ввода вывода или УСО присваивается определенный адрес, поэтому для работы с этими элементами МПС необходимо, чтобы УП выдавал на ШД информацию об адресе устройства, с которым в настоящий момент будет работать ЦПЭ. ШД служит для передачи данных либо к внешним устройствам МПС, либо к ЦПЭ от внешних устройств. Как правило, ШД является двунаправленной: В определенные моменты времени она работает для передачи сигналов в одну сторону, в определенные моменты - в другую. УП выдает также некоторые сигналы управления внешними устройствами, по которым происходит запись, считывание, выдача данных и т.п. Эти управляющие сигналы подаются по ШУ. Совокупность ША, ШД и ШУ называетсявнутренней магистралью МПС. Магистральный принцип построения системы очень развит в микропроцессорной технике. Он предусматривает подключение многочисленных устройств к общим шинам всей системы. От УВВ и УСО идут внешние магистрали, к которым подсоединяются другие периферийные модули. Эти магистрали могут быть построены различным образом, и об их особенностях говорится ниже.

ЦПЭ -центральный процессорный элемент; ОЗУ - оперативное запоминающее устройство; ПЗУ - постоянное запоминающее устройство; УВВ - устройство ввода-вывода; УСО - устройство связи с объектом; ША - шина адреса; ЩД - шина данных; ШУ - шина управления.

В динамике работа этой схемы происходит следующим образом:

1. Пусть начало работы МПС отсчитывается от момента отпускания кнопки RESET (СБРОС), которая сбрасывает процессор в исходное состояние. На первом этапе процессор выдает на ША адрес ячейки ПЗУ, в которой хранится первая команда для выполнения процессором. Как правило, это нулевой адрес, т.е. все нули на всех выводах ША.

2. Затем по ШУ выдается сигнал считывания из ПЗУ и по ШД код команды поступает в МП.

3. Теперь он дешифрируется процессором, т.е. определяется, какая команда поступила и затем начинается выполнение этой команды.

4. На этом этапе поведение системы зависит от вида выполняемой команды. Можно выделить два случая:

а) команда не требует обмена с внешними устройствами или памятью. В этом случае состояние шин МПС во время выполнения не меняется, а весь процесс выполнения происходит внутри МП.

б) команда требует обмена с внешними устройствами или с памятью. При этом на ША выдается адрес УВВ или ячейки памяти, с которыми МП должен обменяться информацией. Затем выдается по ШУ сигнал считывания или записи (в зависимости от типа команды) и по ШД происходит обмен между МП и периферийным блоком.

5. На ША выдается адрес следующей команды и весь процесс повторяется.