Інтерфейси мікропроцесорних пристроїв і систем

Структура мікропроцесорних пристроїв та систем

Будь-яка МПС складається з МП, системи пам'яті, системи введення-виведення інформації та системи спряження з об'єктом керування чи контролю.

Мікропроцесор відіграє роль центрального пристрою керування і пристрою арифметико-логічних перетворень даних.

Пам'ять фізично реалізується у вигляді системи, що складається з кількох рівнів.

Постійні запам'ятовуючі пристрої (ПЗП) призначені для довгострокового зберігання попередньо записаних даних і використовуються тільки в режимі зчитування. Вони енергонезалежні

Оперативні запам'ятовуючі пристрої (ОЗП) працюють у режимах оперативного запису і зчитування даних із швидкодією, що наближається до швидкодії процесора. Вони енергозалежні.

Зовнішні запам'ятовуючі пристрої (ЗЗП) виконують функції зберігання великих обсягів інформації, містять накопичувачі на гнучких та жорстких магнітних дисках, компакт (лазерних) дисках та ін.

Пристрої введення даних (ПВв) призначені для передачі даних ззовні в регістри МП чи в пам'ять. Серед них — клавіатура, різноманітні пульти керування, магнітні й лазерні диски та ін.

Пристрої виведення даних (ПВив) призначені для сприймання даних, що передаються з регістрів МП чи комірок пам'яті. Це дисплеї, друкуючі пристрої, ЗЗП, пульти керування, плотери та ін.

Для спряження об'єкта керування чи контролю з МПП чи МПС до складу обладнання повинні входити датчики і виконуючі механізми. Для їх підключення до МПП чи МПС використовуються блоки спряження, які виконують функції узгодження інтерфейсів. Інколи ці блоки називають пристроями зв'язку з об'єктом (ПЗО).

Архітектурні можливості МПС значною мірою залежать від типу інтерфейсу.

Уніфікований інтерфейс — сукупність правил, що встановлюють єдині принципи взаємодії пристроїв МПС.

До складу інтерфейсу входять апаратні засоби з'єднання пристроїв (з'єднувачі, зв'язки), номенклатура і характер зв'язків, програмні засоби опису характеру сигналів інтерфейсу та їх почасової діаграми, а також опис електрофізичних параметрів сигналів.

Основне завдання інтерфейсу — на основі уніфікації забезпечити сумісність апаратних, програмних і конструктивних засобів, що зумовлюють задану якість автоматичної взаємодії різних функціональних елементів в єдиному процесі обробки інформації в МПС на етапах збирання, перетворення, зберігання та видачі результатів і керуючих дій.

Архітектура МПС визначається переважно трьома інтерфейсними рівнями: системним, міжмашинним та малим інтерфейсом (інтерфейсом периферійних пристроїв).

Системний інтерфейс забезпечує об'єднання основних модулів (блоків) МПС в єдину систему на рівні обміну інформацією з процесором і ОЗП.

Системні інтерфейси поділяють на зосереджені (інтерфейси ПЕОМ), локально-зосереджені (Q-bus) та локальні (Unibus).

Міжмашинний інтерфейс забезпечує побудову мультипроцесорних систем та локальних і розподілених систем та мереж.

Малі інтерфейси враховують відмінність фізичних принципів роботи груп периферійних пристроїв і ПЗО. Контролери малих інтерфейсів забезпечують вихід на системний інтерфейс. При цьому контролери периферійних пристроїв і ПЗО виходять на відповідний малий інтерфейс.

Керування роботою мікропроцесорних пристроїв (систем)

Почасове узгодження інформаційних сигналів в МПП здійснюється за допомогою спеціальних сигналів, які надходять з пристрою керування МП. МПП чи МПС функціонує синхронно з появою тактових сигналів. Найпростіша дія, яка виконується в МПП (МПС), називається станом. Він охоплює один період сигналу тактування — тактовий інтервал, чи такт. Певна кількість тактових інтервалів становить машинний цикл. Для одного звернення до пам'яті чи пристрою вводу/виводу необхідний один машинний цикл. За один цикл здійснюється вибірка команди чи даних, а також коду адреси (можливо, байта команди чи даних і байта коду адреси).

Машинний цикл — частина команди (інколи повністю команда). З початком кожного машинного циклу на виводі синхронізації МП виникає сигнал синхронізації. Він передається в запам'ятовуючий пристрій (ЗП) чи пристрій вводу/виводу (ПВВ) і «сповіщає» про початок нового машинного циклу, в результаті чого досягається узгодження в часі дії цих пристроїв з роботою МП.

Цикл команди — інтервал часу, необхідний для вибірки команди з пам'яті та її виконання. Він складається з одного або кількох машинних циклів. їх кількість, як правило, дорівнює кількості звернень МП до пам'яті чи одного з ПВВ. Структуру команди показано на рис.1.1.

Рис.1.1. Структура команди

Керуючий пристрій виконує функції керування і синхронізації, тобто керує зміною подій в необхідній послідовності, узгоджуючи їх із сигналами тактового генератора. Він складається з керуючого автомату, призначеного для керування процесами всередині МП, і схеми, яка, одержуючи сигнали ззовні, виробляє сигнали, що керують системою.

Код команди дешифрується, перетворюючись на двійкові сигнали, які діють на модулі та блоки МП, що беруть участь у виконанні цієї команди.

Цикл команди поділяється на дві фази: фаза вибірки і фаза виконання.

Фаза вибірки — автомат задає початок чергового циклу, надсилає сигнал, за яким число, що знаходиться в лічильнику команд, передається в буферний регістр адреси. Звідти через шину адреси код адреси команди спрямовується в пам'ять, де дешифрується. За сигналом «зчитування» з комірки пам'яті слово команди зчитується і передається шиною даних у буферний регістр даних, з якого пересилається в регістр команд, потім дешифрується.

Фаза виконання — пристрій керування генерує послідовність сигналів, необхідну для виконання команди. За цей час дані лічильника збільшуються на одиницю. Цим формується адреса наступної виконуваної команди.

Зчитування чи запис слова відбувається протягом певного інтервалу часу, який називають часом доступу. Інтервал часу, що витрачається на звернення до пам'яті та одержання від неї сигналу готовності, називається циклом очікування готовності. Він становить частину машинного циклу.

Обмін інформацією між МП, ЗП і ПВВ реалізується переважно в трьох режимах: програмно керованого обміну, обміну в режимі переривань, обміну в режимі прямого

ІІрограмнокерований обмін. В цьому режимі МП визначає, чи готовий ЗП або периферійний пристрій (ПП) до виконання операції вводу-виводу до того, коли почнеться програмна передача даних. ПВВ повинні мати апаратні засоби для вироблення інформації про їх внутрішній стан. МП зчитує цю інформацію і на підставі аналізу результату робить висновок про готовність пристрою до обміну інформацією. Надалі згідно з протоколом інтерфейсу відбувається обмін даними.

Режим переривання. Використовується за необхідності негайної передачі даних з ПВВ у МП, не передбаченої програмою (реакція на неочікування, виникнення зовнішньої умови). При цьому МП повинен перервати роботу за програмою і почати виконувати програму обробки зовнішньої умови. Такий режим називають перериванням. Переривання можливе тільки за команди, що дозволяє МП реагувати на запит на переривання.

Після приймання сигналу переривання МП завершує поточну операцію, передає на зберігання в пам'ять всю інформацію внутрішніх регістрів даних та керування і переходить до підпрограми обслуговування переривання. Після виконання обміну інформацією за перериванням відновлюється стан МП, який існував до початку переривання. Розрізняють три види переривань: просте, векторне та пріоритетне.

Просте переривання сповіщає про те, що єдиний пристрій вводу/виводу потребує обслуговування МП.

Векторне переривання дає змогу розпізнати переривання, якого вимагає будь-який з периферійних пристроїв. У векторі вказується конкретна адреса пристрою.

Пріоритетне переривання полягає в тому, що, крім розпізнавання переривання, визначається пріоритет в обслуговуванні одного пристрою порівняно з іншими.

Режим прямого доступу до пам'яті. Інколи виникає необхідність здійснити обмін інформацією поза МП. Це пов'язано зі зменшенням витрат часу для обміну масивами даними. У такому випадку до складу апаратної частини МПП чи МПС входить контролер прямого доступу до пам'яті, який керує передачею даних, звільняючи від цих функцій МП.

Пристрої прямого доступу до пам'яті підключаються паралельно процесорові. Розділення цих каналів здійснюється використанням тристабільного стану шин МПС. МП під час прямого доступу до пам'яті переводить свої вихідні схеми у високоімпедансний стан та ізолюється від системи, що аналогічно розриву інформаційного каналу. Стан внутрішніх регістрів зберігається таким, як на момент запиту каналу прямого доступу.

Існує кілька способів реалізації прямого доступу до пам'яті. Всі вони забезпечують вищу швидкість обміну даними порівняно з режимом програмно-керованого обміну. Найчастіше режим прямого доступу до пам'яті реалізується із зупиненням МП і захопленням циклу МП.

Метод зупинки заснований на тому, що в цьому стані МП відключається від системних шин на час передачі даних. Перед переходом у стан зупинки МП завершує виконання поточної команди і тому затримується на кілька тактів до того, як шини звільняться. За такої реалізації прямого доступу до пам'яті МП через його відключення від шин не реагує на переривання, що в деяких випадках може бути неприйнятним для МПС.

Метод захоплення полягає в послідовному обміні даними. Швидкодіючі ПВВ обмінюються даними по одному слову. їх запит на обслуговування задовольняється шляхом затримки виконання поточної команди на один машинний цикл, коли МП перебуває в стані переходу з одного машинного циклу до іншого. В цьому режимі прямий доступ до пам'яті МП призупиняється тільки на один машинний цикл при передачі кожного слова даних, після чого керування повертається МП.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Вибір мікропроцесорного комплекту для проектування обчислювальних пристроїв і систем	\|	Архітектура мікропроцесорів

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.012 сек.