ТЕМА 1.1: «Базовая терминология микропроцессорной техники»

Основные понятия и определения в области микропроцессорной технике?

Микропроцессор (МП) - это программно управляемое устройство, которое предназначено для обработки цифровой информации и управления, процессом этой обработки, и выполнена в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС).

Микропроцессорная систем (МПС) - представляет собой функционально законченное изделие, состоящее из одного или нескольких устройств, основу которого составляет МП.

Если одна микросхема содержит не только сам процессор, но и сопутствующие ему элементы. То, такая микросхема называется микроконтроллером.

По своей архитектуре микропроцессоры разделяются на несколько типов:

1) Универсальные — это микропроцессоры общего назначения, которые решают широкий класс задач вычисления, обработки и управления, их принято разделять на ЦИСК и РИСК.

ЦИСК — микропроцессоры имеют в своем составе весь классический набор команд с широко развитыми режимами адресации операндов, в то же время РИСК МП используют меньшее количество команд и режимов адресации.

2) Однокристальные микроконтроллеры — применяют в промышленной и бытовой автоматики.

3) Секционированные микропроцессоры — в одной БИС реализуется лишь некоторая функциональная часть процессора, секционность БИС МП обуславливает значительную гибкость возможность наращивания разрядности данных и создание специфических технологических команд.

Процессоры цифровой обработки сигналов — предназначены для решения задач звуковых сигналов и Т.Д.

Электронная система — это любой электронный узел блок прибор или комплекс обработки информации.

 

------------пропущенная тема---------------

ТЕМА 1.2:

«Шинная структура связи и режимы работы МПС»

-- Составьте типовой МПС.

Основными функциями процессора является обработка данных и управления, обработка включает пересылку данных от одного узла к другому и выполнение операций над ними, а управление определяет, как обрабатывать данные. Для того что бы процессор выполнял свои функции необходимы дополнительные устройства:

а) для хранения команд программы и констант необходимых при вычислениях

б) дополнительные регистры в которых можно было бы размещать промежуточные результаты и другой размещаемый результат; устройства ввода в процессор и вывода результатов обработки.

Память — специализированное электронное устройство, предназначенное для хранения и выдачи информации, представленной в виде цифровых кодов.

Порты ввода-вывода — специализированные микросхемы при помощи которых МПС может общаться с внешним миром.

Порт ввода - это специальное электронное устройство на которое из вне поступают какие-либо электрические сигналы для управления МПС.

Порт вывода выполняет обратную функцию в них процессор записывает различные числа которые затем поступают на внешнее устройство в виде электрических сигналов для управления этими устройствами. Все три части МПС связаны между собой шинами.

Организация шин.

Шина — информационный канал который объединяет все информационные обмен данных в две двоичных чисел.

В конструктивно представляет собой n проводников и один общий проводник (земля).

В параллельной шине n бит информации передается по отдельным линиям одновременно, а в последовательной шине одновременно в одной линии последовательного времени. Параллельные шины выполняют в виде плоского кабеля, а последовательные в виде

коаксиального (на расстояние до ста метров) или волокно-оптического (на большие расстояния).

Все основные блоки МПС соединены с единой параллельной шиной которая называется системной шиной (системной магистралью)

системная магистраль (SB system bus) включает в себя 4 основные шины высшего уровня:

- address bus (ША)

- Data bus (ШД)

- control bus (ШУ)

- Power bus (ШП)

Шина адреса - служит для определение адреса (номера) устройства с которым процессор обменивается информацией в данный момент. Каждому устройству, кроме процессора каждой ячейки памяти в МПС присваивается собственный адрес.

Когда код какого-то адреса выставляется процессором на шине адреса устройство, к которому этот адрес приписан понимает, что ему предстоит обмен информацией.

Шина адреса может быть одно направленной или двух направленной.

Шина данных — это основная шина которая используется для передачи информационных входов между всеми устройствами между МПС.

Обычно в пересылке информации участвует процессор который передает код данных в какое-то устройство или ячейку памяти или же принимает код данных из какого-то устройства или из ячейки памяти, но возможно так же передача информации между устройствами без участия процессора, шина данных всегда двунаправленная.

Шина управления — предназначен для передачи управляющих сигналов. Хотя направление управляющих сигналов может быть разным, но шина управления не является двунаправленной т.к. Для сигнала разного направления используются отдельные линии.

Шина питания — предназначена для питания системы, она состоит из линий питания и общего провода. МПС может быть один или несколько источников питания, каждому напряжению питания, соответствует своя линия связи, все устройства подключены к этим линиям параллельно.

Режимы работы МПС.

Практически любая развитая МПС, поддерживает 3 основных режима обмена по магистрали:

1) Программный обмен — в это режиме процессор является единоличным хозяином, системной магистрали, все операции обмена информацией в данном случае инициируются только процессором, все они выполняются строго в порядке предписано исполняемой программой ни на какие внешние события, не связанные с программой, процессор не реагирует.

2) Обмен по прерываниям — используется тогда, когда необходима реакция МПС на какое-то внешнее событие. Внешним событием может быть нажатие на клавишу клавиатуры или приход по локальной сети пакета данных. Компьютер должен реагировать на это соответственно выводом символа на экран или же чтением или обработкой принятого по сети пакета.

Организовать реакцию на внешние события можно с помощью прерывания т.е. Насильственного перевода процессора с выполнения текущей программы на выполнение экстренно необходимой программы. После выполнения экстренно необходимой программы процессор вновь возвращается к прерванной программе продолжая ее с той точки где его прервали.

3) Прямой доступ памяти — это режим при котором обмен по системной шине идет без участия процессора. –-пропуск--- в ответ на это процессор заканчивает выполнение текущей команды и отключается от всех шин сигнализируя запросившему устройству что обмен в режиме ПДП можно начинать. В этом случае требуется введение в систему дополнительного устройства (контроллера ПДП), которая буде осуществлять полноценный обмен по системной магистрали без всякого участия процессора, причем процессор предварительно должен сообщить контроллеру ПДП откуда ему следует брать информацию и куда ее следует помещать. Когда пересылка информации будет закончена процессор вновь подключается к шинам.

ТЕМА 1.3: «Архитектура МП»

МП — состоит из 3 основных блоков: АЛУ, блок внутренних регистров и УУ.

Для передачи данных между этими блоками используется внутренняя шина данных.

АЛУ выполняет одну из главных функций МП — обработка данных. Операции выполняемые АЛУ большинства МП следующие: сложение,

--вычитание

и или, исключающие или, инверсия, сдвиг вправо, сдвиг влево, приращения, положительное и отрицательное.

Важная и составная часть МП - регистры. Каждый регистр можно использовать для временного хранения одного слова данных, некоторые регистры имеют специальное назначение другие — многоцелевое, они называются регистрами общего назначения (РОН) и могут использоваться программистом по его назначению. Количество и назначение регистров в МП зависит от его архитектуры.

Аккумулятор — это главный регистр МП при различных манипуляций с данными. Большинство арифметических и логических осуществляется путем использования АЛУ и аккумулятора. МП может выполнять некоторые действия над данными непосредственно в аккумуляторе. Данные поступают в аккумулятор с внутренней шины МП в свою очередь аккумулятор может посылать данные на эту шину.

Количество разрядов аккумулятора соответствует длине слова МП, но некоторые МП имеют аккумуляторы двойной длинны в дополнительные разряды, появляющиеся при выполнение некоторых арифметических операций. Буферный регистр предназначен для временного хранения (буферирования данных) это набор регистров, используемых в качестве запоминающих устройств так как АЛУ может совершать операции с содержимым РОН без выхода на внешнюю магистраль адресов и данных то они происходят гораздо быстрее чем операции с внешней памятью. Регистр состояния предназначен для хранения результатов некоторых проверок, осуществляемых в процессе выполнения программы.

Указатель стека предназначен для хранения адреса последнего во времени поступления элемента стека.

Стек — набор ячеек памяти, откуда данные или адреса выбираются сверху по принципу:

1 - поступивший последним.

Счетчик команд — обеспечивает формирование адреса очередной команды, записанной в памяти перед выполнением программы, счетчик команд необходимо загрузить адресом памяти, указывающим на первую команду программы. Этот адрес посылается по адресной шине к схемам управления памятью, в результате чего считывается ее содержимое по указанному адресу, далее эта командам передается в специальный регистр МП называемый регистром команд.

После извлечения команды из памяти МП автоматически дает приращение содержимому счетчика команд, это приращение счетчик команд получает в тот момент, когда МП начинает выполнять команду только что извлеченную из памяти => с этого момента счетчик команд содержит адрес следующей команды регистр команд содержит команду в процессе его дешифрирования и выполнения, входные данные поступают в регистр из памяти по мере последовательной выборки команд.

УУ поддерживает требуемую последовательность функционирования всех остальных его звеньев. по сигналам УУ очередная команда извлекается из регистра команд, при этом определяется что необходимо делать с данными, а затем обеспечивается последовательность действий при выполнении поставленной задачи.

Дешифратор команд осуществляет декодирование команды находящийся в регистре команд и вырабатывает сигналы необходимые для ее выполнения.

УУ принимает решение, когда и в какой последовательности другие устройства могут пользоваться внутренней шиной данных.

Регистр адреса памяти при каждом обращении к памяти МПС указывает адрес области памяти подлежащей использованию МП выход этого регистра называется адресной шиной и используется для выбора области памяти или регистра устройства ввода-вывода (порта).

В течении выборки команды из памяти регистр адреса памяти и счетчик команд имеют одинаковое содержимое. В процессе выполнения команды содержимое регистра адреса памяти зависит от выполняемой команды если в соответствии командой МП должен произвести еще одно обращение к памяти, то регистр адреса памяти подлежит вторичному использованию в процессе обработки этой команды.

Система шин позволяет организовать связь с внешней средой — устройством ввода-вывода и ЗУ.

 

Архитектура МПС

понятие архитектуры МПС определяет ее составные связи и взаимодействие.

Существует два основных

особенностью фоннеймавской архитектуры является то является то что программа и данные находятся в общей памяти осуществляется по одной шине данных и команд

отличительные черты

1) архитектура процессора проще т.к. не требует от него одновременного обслуживания шин, контроля обмена по 2 шинам сразу

2) гибкое распределение памяти.

3) память имеет большой объём, что позволяет решать сложные задачи

4) невысокое быстродействие (пересылка команд и данных по магистрали одновременно происходить не может, она должна производится по очереди)

Гарвардская архитектура:

память данных и память программ разделена и имеют отдельную шину данных и шину команд что позволяет повысит быстродействие МПС.

Отличительные черты:

1)...Валера по двум шинам одновременно

2) нет гибкого распределения памяти между данными и командами, что ограничивает круг решаемых задач

3) память данных и память команд имеет малый объем

4) высокое быстродействие за счет одновременной передачи команд и данных по разным шинам.