ПРАКТИЧНА РОБОТА №6

Тема: Принципи побудови мікропроцесорних систем. Процесор 80386

Мета: Вивчення основних термінів та понять мікропроцесорів.

Зміст: Організація шин.

Обладнання для виконання роботи:

1. Методичні вказівки що до виконання лабораторної роботи;

2. Персональний комп’ютер;

3. Відповідне програмне забезпечення (Windows 98, Microsoft Office 2000, XP, 2003, MS Excel, емулятор типу Emu8086 v2.57).

Теоретичні основи:

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); В ІС постійних запам'ятовувальних пристроїв (ПЗП); інтерфейси або контролери зовнішніх пристроїв; службові ВІС (тактовий генератор, регістри, шинні формувачі, контролери шин, арбітри шин).

Мікропроцесори та МПК класифікують за такими ознаками: призна­ченням; кількістю ВІС; способом керування; за типом архітектури; за типом системи команд.

За призначенням МП поділяють на універсальні та спеціалізовані.

Універсальними мікропроцесорами є МП загального призначення, які розв'язують широкий клас задач обчислення, обробки та керування.

Спеціалізовані мікропроцесори призначені для розв'язання задач лише певного класу. До спеціалізованих МП належать: сигнальні; медійні та мультимедійні; трансп'ютери.

Сигнальні процесори призначені для цифрової обробки сигналів у реаль­ному масштабі часу (наприклад, фільтрація сигналів, обчислення згортки, обчислення кореляційної функції, підсилення, обмеження і трансформація сигналу, пряме та зворотне перетворення Фур'є). До сигнальних процесорів належать процесори фірм Texas Instruments - ГМ5320С80, Analog Devices - ADSP2106x, Motorola - DSP560xx та DSP9600x.

Медійні і мультимедійні процесори призначені для обробки аудіосигналів, графічної інформації, відеозображень, а також для розв'язування ряду задач у мультимедіакомп'ютерах, іграшкових приставках, побутовій техніці. До медійних і мультимедійних процесорів належать процесори фірм MicroUnity - Mediaprocessor, Philips - Trimedia, Cromatic Reserch - Mpact Media Engine, Nvidia - NVl, Cyrix - MediaGX.

Трансп 'ютери призначені для масових паралельних обчислень і роботи у мультипроцесорних системах. Для них характерним є наявність внутрішньої пам'яті та вбудованого міжпроцесорного інтерфейсу, тобто каналів зв'язку з іншими ВІС МП. До трансп'ютерів належать процесори фірм Inmos - Т-2, ТА, Г-8, Г9000.

За кількістю ВІС у МПК розрізняють багатокристальні МПК і одно-кристальні мікроконтролери. До багатокристальних комплектів відносять МПК з однокристальними і секційними МП.

Однокристальний мікропроцесор є конструктивно завершеним виробом у вигляді однієї ВІС. Інша назва однокристальних МП - мікропроцесори із фіксованою розрядністю даних. До цього типу належать процесори фірм Intel - Pentium (Р5, РЬ, PI), AMD - К5, К6, Cyrix - 6x86, Diqital Equipment - Alpha 21064, 21164A, Silicon Graphics - MIPS Я10000, Motorola - Power PC 603, 604, 620, Hewlett Packard - PA-8000, Sun Microsystems - Ultra SPARC II.

У секційних мікропроцесорах в одній ВІС реалізується лише деяка функціональна частина (секція) процесора. Інша назва секційних МП - розрядно-модульні мікропроцесори або мікропроцесори з нарощенням розрядності. Секційність ВІС МП зумовлює значну гнучкість МПС, можливість нарощення розрядності даних, створення специфічних технологічних команд із набору мікрокоманд. До секційних належать МП серій К589, К1804.

Однокристальний мікроконтролер являє собою пристрій, виконаний конструктивно в одному корпусі ВІС і містить основні складові частини МПК. До таких мікроконтролерів належать ОМК фірм Intel - MCS- 196/296, Microchip - Р/С17С4х, PICllClSx, Mitsubishi Electric - M3820, Motorola - MC33035, MC33039.

За способом керування розрізняють МП зі схемним та МП з мікропро-грамним керуванням.

Мікропроцесори зі схемним керуванням мають фіксований набір команд, розроблений фірмою-виробником, який не може змінювати користувач. У мікропроцесорах з мікропрограмним керуванням систему ко­манд розробляють при проектуванні конкретного МПК на базі набору найпростіших мікрокоманд з урахуванням класу задач, для розв'язання яких призначений МПК.

За типом архітектури, або принципом побудови розрізняють МП з фоннейманівською архітектурою і МП з гарвардською архітектурою.

За типом системи команд розрізняють CISC (Complete Instruction Set Computing) - процесори з повним набором команд, і RISC (Reduced Instruction Set Computing) - процесори зі зменшеним набором команд.

Слід зазначити, що багато МПК підпадають під різні класифікаційні ознаки, оскільки здатні вирішувати задачі різних класів. Так, існують універсальні МП з мультимедійним розширенням наборів команд, наприклад, Pentium MMX, Pentium II, Cyrix 6x86MX, AMD Kb, Ultra SPARC. У C/SC-процесорах Pentium PRO реалізовано ядро з RISС -архітектурою.

Організація шин

Шина - це інформаційний канал, який об'єднує всі функціональні блоки МПС і забезпечує обмін даними у вигляді двійкових чисел. Конструктивно шина являє собою п провідників та один спільний провідник (земля). Дані про шину передаються у вигляді слів, що є групою бітів.

У паралельній шині п бітів передаються по окремих лініях одночасно, у послідовній шині - по єдиній лінії послідовно у часі. Паралельні шини виконують у вигляді плоского кабелю, а послідовні - у вигляді коаксіального або волоконно-оптичного кабелю. Коаксіальний кабель використовують для передачі даних на відстань до 100 метрів, узгоджуючи передавальні та приймальні каскади із хвильовим опором лінії. Волоконно-оптичний кабель використовують для передачі на більші відстані.

Усі основні блоки МПС з'єднують з єдиною паралельною шиною, яка називається системною шиною SB (System Bus). Системна шина містить три шини: адреси, даних і керування.

Шина адреси АВ (Address Bus) є однонапрямленою. Вона призначена для передавання адреси комірки пам'яті або пристрою введення-виведення (ПВВ). Напрям передавання по шині адреси - від МП до зовнішніх пристроїв. Варіанти умовних позначень однонапрямленої паралельної шини показано на рис. 2.1, на якому стрілка вказує напрям передавання.

Число 16 на рис. 2.1 позначає розрядність шини. Зазначимо, що допускається позначення шин і без наведення розрядності

Рис. 6.1. Варіанти умовних позначень однонапрямленої паралельної 16-розрядної шини-

Шина даних DB (Data Bus) є двонапрямленою. Вона призначена для передавання даних між блоками МПС. 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 рис. 2.2.

Рис. 6.2. Варіанти умовних позначень двонапрямленої паралельної8-розрядноїшини

Шина керування СВ (Control Bus) призначена для передавання керувальних сигналів. 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 (див. рис. 6.1).

Як приклад на рис. 6.3 показано структурну схему передавання інфор­мації між т регістрами по внутрішній n-розрядній шині даних з урахуванням прийнятих позначень, а на рис. 6.4 - розширену структурну схему.

Рис. 6.3. Структурна схема передавання інформації між т регістрами по внутрішній n-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 (рис. 6.4).

Вхідні лінії регістрів з'єднані безпосередньо з відповідними лініями шини. Тому під час подання сигналу Дозвіл прийому, який надходить по окремій лінії для кожного регістра, дані передаються по шині у відповідний регістр. Вихідні лінії регістрів з'єднуються з відповідними лініями шини через ключі S, що допускають монтажну логіку. Сигнал Дозвіл передачі надходить на ключі від пристрою керування по окремій для кожного регістра лінії.

Модуль, який братиме участь в обміні інформацією, визначається за одним з таких способів:

1) через відповідні лінії шини керування, окремі для кожного модуля (див. рис. 6.4);

2) за допомогою ()ліній шини адреси, по яких передається ідентифікаційний код, що ставиться у відповідність кожному модулю й однозначно його визначає;

3) використанням одних і тих самих ліній шини даних для передавання адрес і даних.

Рис. 6.4. Розширена структурна схема передавання інформації між т регістрами по внутрішній n-розрядній шині даних

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.

Література:

1. Белов А. В. Самоучитель по микропроцессорной технике. СПб., Наука и техника. 2003 – 224с.

2. Мікропроцесорна техніка. Підручник /Якименко Ю. І, Терещенко Т. О. таінші/ - 2-ге вид., переробл. та доповн. – К.: ІВЦ «Видавництво «Політехніка»», 2004. – 440 с.

3. Микропроцессорные системы. Под ред. Д. В. Пузанкова. СПб., Политехника. 2002 – 935с.

4. Юров В. Assembler: Практикум. — СПб.: Питер, 2001.

Техніка безпеки:

Студенти та курсанти, які виконують практичні роботи у лабораторіях, згідно з розкладом занять, повинні виконувати привила техніки безпеки, а саме:

1. заходити у лабораторію тільки з дозволу викладача або завідуючого лабораторією;

2. не приносити до лабораторії легко палких та отруйних речовин;

3. без дозволу викладача або завідуючого лабораторією не вмикати ЄОМ та інші електричні прилади;

4. чітко та своєчасно виконувати накази викладача або завідуючого лабораторією;

5. у разі будь-якого інциденту, негайно доповісти викладачу або завідуючому лабораторією.

Поиск по сайту: