В начало

Принципы построения и структура МПС (Лекция)

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1.      Принципы построения МПС

2.      Обобщенная структурная схема МПС

3.      Организация шин

 

1. Принципы построения МПС

В основу построения МПС-систем положено три принципа:

-       магистральности;

-       модульности;

-       микропрограммного управления.

Принцип магистральности определяет характер связей между функциональ­ными блоками МПС – все блоки соединяются с единой системной шиной.

Принцип модульности состоит в том, что система строится на основе огра­ниченного количества типов конструктивно и функционально законченных модулей.

Каждый модуль МПС имеет вход управления третьим (высокоимпедансным) состоянием. Этот вход называется CS (Chip Select) – выбор кристалла, или ОЕ (Output Enable) – разрешение выхода. Действие сигнала CS для триггера показано на рисунке ниже. Выходной сигнал триггера Q появится на выходе лишь при активном (в данном случае – ну­левом) уровне сигнала CS . Если CS = 1, триггер переводится в высокоимпедансное состояние. Выход триггера является трехстабильным, т. е. может находиться в одном из трех состояний: логической единицы, логического нуля или высокоимпедансном.

 

Рис. 1. Действие сигнала CS для триггера

 

В каждый момент времени к системной шине МПС подсоединено лишь два модуля – передающий и принимающий ин­формацию. Остальные модули находятся в высокоимпедансном состоянии.

Рис. 2.  Подключение модулей к системной шине

 

Это объясняется тем, что для построения МПС используются высокоскоростные и маломощные БИС, выводы которых не рассчитаны на большой ток, который возможен при подключении нескольких приёмников, кроме того это приводит к увеличению помех наводимых в проводниках схемы и соответственно уменьшается надёжность устройства. Наличие нескольких передатчиков не допускается, очевидно, по причине возможных конфликтов и, соответственно, искажения информации или выходу БИС из строя.

Принципы магистральности и модульности позволяют наращивать управ­ляющие и вычислительные возможности МП путем подсоединения других модулей к системной шине.

Принцип микропрограммного управления состоит в возможности осуществле­ния элементарных операций – микрокоманд (сдвигов, пересылок инфор­мации, логических операций). Используя определенные комбинации мик­рокоманд, можно создать технологический язык, т. е. набор команд, который максимально соответствует назначению системы.

 

2. Обобщенная структурная схема МПС

Обобщенная структурная схема МПС показана на рисунке 3.

В состав МПС входят: центральный процессор (ЦП), ПЗУ, ОЗУ, система прерываний, таймер, устройства ввода/вывода (УВВ).

Рис. 3.  Обобщенная структурная схема МПС

 

Постоянное и оперативное запоминающие устройства (ПЗУ, ОЗУ) образуют систему памяти, предназначенную для хранения информации в виде двоичных чи­сел. Память организована в виде массива ячеек, каждая из которых имеет свой адрес и содержит байт или слово. Байтом называется группа из 8 бит, а сло­во может иметь любую длину в битах. Наиболее часто под словом понима­ют двоичное число длиной два байта. Для обращения к ячейке памяти необ­ходимо выдать ее адрес на шину адреса

Модуль центрального процессора осуществляет обработку данных и управ­ляет всеми остальными модулями системы. Центральный процессор, кроме БИС МП, содержит схемы синхронизации и интерфейса с системной шиной. Он осуществляет выборку кодов команд из памяти, дешифрует их и выпол­няет.

Устройства ввода/вывода или внешние устройства – это устройства, пред­назначенные для ввода информации в МП или вывода информации из него Примерами УВВ являются дисплеи, печатающие устройства, клавиатура, цифро-аналоговый и аналого-цифровой преобразователи, реле, коммутато­ры. Для соединения УВВ с системной шиной их сигналы должны соответст­вовать определенным стандартам, что реализуется с помощью интерфейсов ввода/вывода.

Система прерываний позволяет МПС реагировать на внешние сигналы – запросы прерываний, источниками которых могут быть: сигналы готовно­сти от внешних устройств, сигналы от генераторов, сигналы с выходов дат­чиков. При появлении запроса на прерывание ЦП прекращает выполнение основной программы и переходит к выполнению подпрограммы обслужи­вания запроса прерывания. Для построения системы прерываний МПК со­держат БИС специальных программируемых контроллеров прерываний.

Таймер предназначен для реализации функций, связанных с отсчетом вре­мени. После того как МП загружает в таймер число, задающее частоту, задержку или коэффициент деления, таймер реализует необходимую функцию.

3. Организация шин

Шина – это информационный канал, который объединяет все функцио­нальные блоки МПС и обеспечивает обмен данными.

Конструктивно шина представляет собой n проводников и один общий проводник (земля). Данные по шине передаются в виде слов, которые явля­ются группами бит.

В параллельной шине п бит информации передаются по отдельным линиям одновременно, в последовательной шипе – по одной линии последовательно во времени.

Все основные блоки МПС соединены с единой параллельной шиной, кото­рая называется системной шиной SB (System Bus). Системная шина содержит три шины: адреса, данных и управления.

Шина адреса АВ (Address Bus) является однонаправленной. Она предназна­чена для передачи адреса ячейки памяти или устройства ввода/вывода. На­правление передачи по шине адреса – от МП к внешним устройствам. Ва­рианты условных обозначений однонаправленной параллельной шины показаны на рисунке 4, где стрелка указывает направление передачи.

Рис. 4. Варианты условных обозначений однонаправленной параллельной 16-разрядной шины

Шина данных DB (Data Bus) является двунаправленной. Она предназначена для передачи данных между блоками МПС. Информация по одним и тем же линиям DB может передаваться в двух направлениях – как к МП, так и от него. Варианты условных обозначений двунаправленной шины показаны на рисунке 5.

Рис. 5. Варианты условных обозначений двунаправленной параллельной 8-разрядной шины

 

Шина управления СВ (Control Bus) предназначена для передачи управляю­щих сигналов. Хотя направление управляющих сигналов может быть раз­ным, однако шина управления не является двунаправленной, поскольку для сигналов разного направления используются отдельные линии.