|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы Глава 6 ПОСТРОЕНИЕ ДИСКРЕТНЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ МИКРОПРОЦЕССОРОВ § 6.1. ОБЩАЯ СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА При создании современной радиоэлектронной аппаратуры используются три основные подхода к реализации дискретных устройств (ДУ): аппаратный, программный и аппаратно-программный. При аппаратном получают ДУ с традиционной «жесткой» логикой, что обеспечивает наибольшее быстродействие устройств, но требует трудоемкой разработки индивидуальной структуры ДУ. При программном ДУ реализуется в виде программы для готовой универсальной ЭВМ, в качестве которой можно использовать микро-ЭВМ, предназначенную для встраивания непосредственно в разрабатываемые блоки. Аппаратно-программный подход предполагает разработку как программных, так и аппаратных средств. Сюда относится рассмотренная в § 5.3 реализация ДУ в виде автомата с микропрограммным управлением и хранимой в ПЗУ программой, а также построение ДУ на основе микропроцессора (МП). Этот вариант открывает широкие возможности для применения современных БИС и позволяет в наибольшей степени согласовать разрабатываемые аппаратно-программные средства с особенностями решаемых задач [31]. Микропроцессор представляет собой функционально законченное цифровое устройство, выполненное в виде одной или нескольких БИС и предназначенное для выполнения операций по обработке инфвр-мации и управлению в соответствии с хранимой в памяти программой. Необходимо отметить, что термин «микропроцессор», несмотря на широкое распространение, не имеет строгого определения. Это обусловлено прежде всего наличием большого числа сильно различаюшлхся между собой типов МП, а также их постоянным развитием. В узком смысле МП совпадает с центральным процессорным элементом (ЦПЭ) вычислительного устройства, выполненным на основе БИС. ЦПЭ обычно используется в качестве основного элемента микропроцессорного вычислительного устройства МПВУ, схема которого представлена на рис. 6.1. МПВУ минимальной конфигурации содержит ЦПЭ, блоки ПЗУ и ОЗУ, генератор тактовых импульсов ГТИ и блок интерфейса (ИФ), через который осуществляется связь с внешними устройствами (ВУ). Будем считать, что МПВУ, представляющее собой специализированное вычислительное устройство, используется в аппаратуре для выполнения некоторого заданного алгоритма обработки информации (или совокупности алгоритмов). Поэтому основная программа работы МПВУ записывается в ПЗУ, которое служит также для хранения различных подпрограмм, констант, таблиц и других данных, известных уже на этапе проектирования устройства. ОЗУ используегся для хранения данных, поступивших из ВУ или подготовленных для выдачи в ВУ, а также промежуточных результатов вычислений и некоторой адресной информации. Блок ГТИ, выполняемый, как правило, на основе кварцевого генератора, предназначен для выработки серий тактовых импульсов и некоторых вспомогательных сигналов, необходимых для работы ЦПЭ и синхронизации других блоков системы. Интерфейс представляет собой совокупность шин для передачи информации, электронных схем, специальных сигналов и алгоритмов. ЦПЭ F I шу
"--JLL Рис. 6.1. Обобщенная структурная схема микропроцессорного вычислительного устройства управляюшлх обменом информации. Блок интерфейса служит для сопряжения сигналов МПВУ и ВУ по временным и электрическим параметрам, а также в необходимых случаях для преобразования данных и управления обменом. К основным узлам ЦПЭ относятся: управляющее устройство (УУ) с регистром команд (РК) и дешифратором команд (ДШК); арифметико-логическое устройство (АЛУ) с аккумулятором (А), который является основным рабочим регистром; блок регистров общего назначения (РОН) со счетчиком команд (QK). Связь между блоками МПВУ осуществляется с помощью ряда шин: шины адреса (ША), шины данных (ШД), шины управления (ШУ), шины команд (ШК). Возможны различные варианты организации шин: используется одна двунаправленная шина данных, либо две однонаправленные (одна из которых является входной для ЦПЭ, а другая - выходной), шина команд может совмещаться с шиной данных при обеспечении временного разделения сигналов и т. д. Обобщенно процесс выполнения команды в МПВУ можно разбить на две фазы: фазу выборки кода команды и фазу ее исполнения (рис. 6.2). Фаза выборки состоит из трех шагов: сначала адрес команды из СК выставляется на ША, затем происходит выборка кода команды из ПЗУ и передача его через ШК или ШД в регистр команд ЦПЭ, после чего производится дешифрация этого кода в ДШК. В соответствии с кодом команды У У начинает вырабатывать последователь- ность управляющих сигналов, необходимых для ее выполнения. Фаза выполнения команды начинается с подготовки операндов (т. е. обрабатываемых данных), которая заключается в опредстении местоположения операндов и их размещении в требуемых узлах, после чего ЦПЭ переходит к выполнению операции, заданной кодом команды. В это время в СК формируется адрес следующей команды и вся описанная последовательность работы МПВУ повторяется. Более детально процесс работы МПВУ рассматривается при изучении конкретных серий микропроцессоров. а-1)-я тмаш 1-я команда Фаза выборки кода команды Содерти-мое СК дыстаВ-ляется на ША Считывание команды из ПЗУ в МП Дешифрация кода команды Фаза выполнения команды Подго-товка операндов Испопне- ние заданной операции (hi)-я "команда Рис. 6.2. Фазы выполнени.ч команд в МПВУ В зависимости от требований реального применения МПВУ в ми-иимальную конфигурацию системы могут быть введены: контроллер приоритетных прерываний (КПП); контроллер прямого доступа к памяти (КПДП); программируемый параллельный адаптер (интерфейс) (ППА); программно-управляемый связной интерфейс (ПСИ); программируемый таймер (ПТ), и т. п. Блок КПП способствует организации работы МПВУ в реальном времени тем, что дает возможность осуществить временное прекращение работы по текущей программе для срочного обслуживания ВУ, вызвавшего прерьшание. Блок КПДП позволяет ускорить обмен массивами данных между ВУ и ЗУ за счет исключения ЦПЭ из цепи передачи информации. Блоки ППИ и ПСИ позволяют организовать обмен между ЦПЭ и ВУ информацией, представляемой соответственно в параллельном и последовательном кодах. Блок ПТ служит для выработки временных задержек программируемой длительности и меток времени, что способствует организации работы МПВУ в реальном времени. Для реализации этих блоков во многих микропроцессорных комплектах БИС предусмотрены соответствующие интегральные схемы. Кроме перечисленных типовых блоков в МПВУ могут вводиться нестандартные блоки, специально разработанные для решения конкретных задач. В качестве внешних устройств для работы с МПВУ могут использоваться любые из стандартных ВУ, предназначенных для работы в составе микро-ЭВМ. К таким ВУ относятся: видеоконтрольные устройства (дисплеи), печатающие устройства, перфораторы, накопители на магнитных лентах и дисках и т. д. Однако при использовании 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 [ 60 ] 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 |
|||||||||