Микропроцессорные системы - Александров Е.К.
ISBN 5-7325-0516-4
Скачать (прямая ссылка):
подразделяются на отдельные шины - адреса А, данных D и управления С.
Шина А служит для передачи адреса, который формируется микропроцессором и
позволяет выбрать необходимую ячейку памяти ОЗУ (ПЗУ) или требуемое ИУ
при обращении к внешнему устройству. Шина D служит для выборки команд,
поступающих из ОЗУ или ПЗУ в УУ микропроцессора, и для пересылки
обрабатываемых данных (операндов) между микропроцессором и ОЗУ или ИУ
(внешним устройством). По шине С передаются разнообразные управляющие
сигналы, определяющие режимы работы памяти (запись или считывание),
интерфейсных устройств (ввод или вывод информации) и микропроцессора
(запуск, запросы внешних устройств на обслуживание, информация о текущем
режиме работы и другие сигналы).
Микропроцессор
V
УУ ОУ РЗУ
7\----------------7\
ПЗУ
ОЗУ
К внешним устройствам
ИУ1
Л Л Л
ИУ п
Общая
шина
ЗИЦГ "Я
Контроллер Запросы Контроллер
прерываний прямого доступа к
устро иств * памяти
Рис. 1.4. Типовая структура микропроцессорной системы
ОБЩАЯ СТРУКТУРА И ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ
Разрядность шины данных обычно соответствует разрядности операндов,
обрабатываемых микропроцессором. Поэтому чаще всего шина D содержит 8, 16
или 32 линии для передачи соответствующих разрядов данных и команд. В
ряде последних моделей микропроцессоров используется шина D с расширенной
разрядностью, чтобы обеспечить одновременную передачу нескольких команд
или операндов. Например, 32-разрядные микропроцессоры Pentium имеют 64-
разрядную шину данных.
Разрядность шины адреса определяет максимальный объем адресуемой
процессором внешней памяти. Например, 16-разрядная шина А обеспечивает
адресацию памяти объемом до 64 Кбайт, а 32-разрядная шина-до 4 Гбайт.
Процессоры Pentium II, Pentium III, Pentium IV имеют 36-разрядную шину
адреса, обеспечивающую обращение к памяти объемом до 64 Гбайт. Отметим,
что в ряде микропроцессоров, например в Pentium, вместо младших разрядов
адреса формируются сигналы выборки соответствующих байтов (сигналы
байтной выборки BEi, где i - номер байта), которые позволяют организовать
хранение байтов в отдельных банках памяти.
Во многих микропроцессорных системах передача адреса и данных
сопровождается посылкой контрольных битов четности, которые обеспечивают
выявление возможных ошибок, возникающих в процессе обмена. При этом
обычно реализуется побайтный контроль четности, при котором каждый байт
адреса или данных сопровождается дополнительным (9-м) контрольным битом,
поступающим на отдельный вывод микропроцессора.
В некоторых системах для уменьшения числа необходимых линий связи и
соответствующих выводов и контактов используется мультиплексирование
линий адреса и данных. В таких системах для передачи адреса и данных
используются одни и те же линии связи, на которые сначала выдается адрес,
а затем поступают данные. Например, 16-разрядные микроконтроллеры
семейства MCS-196, выпускаемые компанией Intel, имеют
мультиплексированную 16-разрядную шину адреса данных AD. Обмен
информацией по мультиплексированной шине AD требует введения отдельного
регистра для хранения адреса в процессе пересылки данных. При этом
требуется также дополнительное время для реализации обмена, что несколько
снижает производительность системы.
Разрядность шины управления С определяется организацией работы системы,
возможностями реализации различных режимов ее функционирования,
используемыми методами контроля микропроцессора и других устройств.
Поэтому набор передаваемых по шине С управляющих сигналов является
индивидуальным для каждой модели микропроцессора. Имеется ряд управляющих
сигналов, которые используются в большинстве микропроцессорных систем. К
ним относятся сигналы начального запуска (RESET), сигналы, задающие режим
работы памяти (чтение - RD, запись - WR), сигналы, необходимые для
реализации прерываний и ряд других. В простых системах для передачи
управляющих сигналов может использоваться всего несколько линий, а в
сложных системах число этих линий составляет несколько десятков.
В процессе функционирования микропроцессорной системы реализуются
следующие основные режимы ее работы:
• выполнение основной программы;
• вызов подпрограммы;
• обслуживание прерываний и исключений;
• прямой доступ к памяти.
Рассмотрим основные принципы реализации этих режимов.
Выполнение основной программы. В этом режиме процессор выбирает из ОЗУ
очередную команду программы и выполняет соответствующую операцию. Команда
представляет собой многоразрядное двоичное число (рис. 1.5), которое
состоит из двух частей (полей) - кода опера-
Код операции (КОП)
Код адресации операндов (КАД)
Рис. 1.5. Формат типовой команды микропроцессора
21
ОСНОВЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ
ции (КОП) и кода адресации операндов (КАД). Код операции КОП задает вид
операции, выполняемой данной командой, а код адресации КАД определяет
выбор операндов (способ адресации), над которыми производится заданная
