2. Принципи побудови мпс (модульності, мікропрограмного керування, магістральності).

Основні поняття і визначення мікропроцесорних систем.

Мікропроцесор - це пристрій, який здійснює прийом, обробку і видачу інформації. Конструктивно МП містить одну або декілька інтегральних схем і виконує дії за програмою, записаною в пам'яті.

Мікропроцесорна система - обчислювальна, контрольно-вимірю­вальна або керувальна система, в якій основним пристроєм обробки ін­формації є МП. Мікропроцесорна система будується з набору мікропро­цесорних ВІС.

Мультимікропроцесорна (або мультипроцесорна) система - система, яка утворюється об'єднанням деякої кількості універсальних або спеціа­лізованих МП, завдяки чому забезпечується паралельна обробка інфор­мації і розподілене керування.

Мікропроцесорний комплект (МПК) - сукупність інтегральних схем, сумісних за електричними, інформаційними та конструктивними параме­трами і призначених для побудови електронно-обчислювальної апаратури та мікропроцесорних систем керування. Зазвичай МПК містить: ВІС МП (один чи кілька корпусів інтегральних схем); ВІС оперативних за­пам'ятовувальних пристроїв (ОЗП); ВІС постійних запам'ятовувальних пристроїв (ПЗП); інтерфейси або контролери зовнішніх пристроїв; служ­бові ВІС (тактовий генератор, регістри, шинні формувачі, контролери шин, арбітри шин).

Основа побудови

В основу побудови МПС систем покладено три принципи: магістральності; модульності; мікропрограмного керування.

Принцип магістральності визначає характер зв'язків між функціональ­ними блоками МПС - усі блоки з'єднуються з єдиною системною шиною.

Принцип модульності полягає в тому, що система будується на основі обмеженої кількості типів конструктивно і функціонально завершених модулів. Кожний модуль МПС системи має вхід керування третім (високоімпедансним) станом. Цей вхід називається CS (Chip Select) – вибір кристала або ОЕ (Output Enable) - дозвіл виходу.

Дію сигналу CS для тригера показано на рис. 6.1. Вихідний сигнал тригера Q з'явиться на виводі лише при активному (у цьому випадку - ну­льовому) рівні сигналу CS . Якщо CS = 1, тригер переводиться у високо-імпедансний стан. Вихід тригера є тристабільним, тобто може знаходити­ся в одному з трьох станів: логічної одиниці, логічного нуля або у високо-імпедансному. У кожний момент часу до системної шини МПС приєдна­но лише два модулі - той, що приймає, і той, що передає інформацію. Інші знаходяться у високоімпедансному стані.

Принципи магістрально­сті та модульності дозволя­ють нарощувати керувальні й обчислювальні можливос­ті МП через приєднання ін­ших модулів.

Принцип мікропрограмно­го керування полягає у мож­ливості здійснення елементар­них операцій - мікрокоманд (зсуву, пересилання інфор­мації, логічних операцій). Певною комбінацією мікрокоманд можна створити набір команд, який максимально відповідатиме призначенню системи, тобто створити технологічну мову. У секційних процесорах набір мікрокоманд можна змінити, використовуючи інші мікросхеми пам'яті мікрокоманд.

1. Шини. Різновидності та призначення шин пк.

Системна шина – всі електронні модулі на системній платі постійно обмінюються інформацією один з одним і взаємодіють за допомогою системних шин (фізичних ліній і мікросхем), здійснюють передачу електричних сигналів визначеного функціонального призначення між різними компонентами системної плати. Всі шини об’єднані в системну магістраль.

Шина- це сукупність електронних ліній і мікросхем, які здійснюють передачу електронних сигналів визначеного функціонального рівня призначення між різними компонентами комп’ютера.

Сукупність всіх шин комп’ютерної системи називається системною магістраллю. Система має шини трьох типів:

• шина даних;

• шина адреса;

• шина керування;

Шина даних: призначена для передачі даних між електронними модулями комп’ютера. Характеризується розрядністю, тобто кількістю ліній в шині. Вона є двонапрямленою.

Інформація по одних і тих самих лініях DB може передаватися у двох напрямах - як до МП, так і від нього. Варіанти умовних позначень двонапрямленої шини показано на рисунку 4.5

Рисунок 4.5. Варіанти умовних позначень двонапрямленої паралельної 8-розрядної шини

Шина адреса: призначена для пересилки кодів адресної інформації до оперативної пам’яті або електронних модулів комп’ютера, для доступу до комірок пам’яті або пристроїв вводу-виводу. Характеризується розрядністю. Вона однонапрямленою. Напрям передавання по шині адреси - від МП до зовнішніх при­строїв. Варіанти умовних позначень однонапрямленої паралельної шини показано на рис. 4.6, на якому стрілка вказує напрям передавання.

Рисунок 4.6. Варіанти умовних позначень однонапрямленої паралельної 16-розрядної шини

Шина керування: призначена для передачі сигналів керування, обліку, запитів на переривання, передачі керування, синхронізації і т.д. Хоча напрям керувальних сигналів може бути різним, однак шина керування не є двонапрямленою, оскільки для сигналів різного напряму використовуються окремі лінії. Позначається ця шина так само, як і однонапрямлена

Шини по яких одночасно передаються і дані і адреса називаються “мультиплексорними”. Всі шини характеризуються розрядністю або кількістю бітів інформації, одночасно переданих по лінії шини. В архітектурі комп’ютера частіше всього зустрічаються 8-, 16-, 32-, 64-розрядні шини.

Шини бувають послідовні і паралельні. Послідовна шина складається із однієї лінії даних (дані передаються послідовно, біт за бітом) і декількох ліній керування і адреса. Паралельна шина складається із декількох ліній даних, адреса і керування.

Кількість інформації, яка може бути передана по каналу за одиницю часу (секунду), називається пропускною можливістю шини. Для паралельних шин вона виміряється в Кбайт/с або в Мбайт/с. Пропускна можливість послідовної шини виміряється в Кбіт/с. Найбільшу пропускну можливість мають шини центрального процесора і оперативної пам’яті.

Електронні модулі комп’ютера об’єднюються шинами декількох типів. Існують:

• шина процесора (або хост-шина);

• шина оперативної пам’яті;

• системні шини;

• периферійні шини

Хост-шина сама швидка із шин комп’ютера, вона з’єднує центральний процесор із всіма компонентами системної плати. Шина оперативної пам’яті також дуже швидка, але на відміну від хост шини має меншу пропускну можливість.

Як приклад на рис. 4.7 показано структурну схему передавання інфор­мації між m регістрами по внутрішній п-розрядній шині даних з урахуван­ням прийнятих позначень.

Рисунок 6.7. Структурна схема передавання інформації між m регістрами по внутрішній п-розрядній шині даних

Дані по шині з п ліній передаються в режимі розподілу часу. Пристрій керування в кожний момент часу визначає адресу регістра, який передає інформацію, та регістра, який приймає інформацію. Для цього пристрій керування генерує сигнали Дозвіл передачі і Дозвіл прийому, що переда­ються по лініях шини керування СВ. Лінії шини і сигнали керування ма­ють назви Дозвіл передачі і Дозвіл прийому. У кожний момент часу пере­давати інформацію в шину може тільки один регістр. Це означає, що у разі надходження сигналу Дозвіл передачі до шини приєднується тільки один модуль.

Дані по шині можуть передаватися у двох режимах: синхронному й асин­хронному. У синхронному режимі пристрій керування визначає модулі, що беруть участь в обміні інформацією, синхронізує роботу модулів та керує процесом обміну, виробляючи відповідні сигнали керування і синхронізації.

В асинхронному режимі модулі, готові до обміну, ініціюють процес переда­вання та прийняття інформації, виробляючи відповідні сигнали готовності.

Розміщення компонентів та взаємозв’язок між ними графічно зображений на структурній блок-схемі Малюнок 2.