ПРАКТИЧНА РОБОТА №7

Тема: Побудова мікропроцесорних систем та архітектура мікропроцесорів.

Мета: Вивчення принципів побудови мікропроцесорних систем.

Задачі: Фоннейманська та гарвардська архітектури.

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:

Принципи побудови мікропроцесорних систем

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 (Chip Select) - вибір кристала або (Output Enable) - дозвіл виходу.

Дію сигналу для тригера показано на рис. 7.5. Вихідний сигнал тригера Q з'явиться на виводі лише при активному (у цьому випадку - ну­льовому) рівні сигналу . Якщо = 1, тригер переводиться у високоімпедансний стан. Вихід тригера є тристабільним, тобто може знаходитися в одному з трьох станів: логічної одиниці, логічного нуля або у високоімпедансному. 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).

Рис. 7.5. Дія сигналу CS для тригера

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.

Узагальнену структурну схему МПС показано на рис. 7.6. До складу МПС входять: центральний процесор (ЦП), ПЗП, ОЗП; система переривань, таймер, ПВВ. Пристрої введення-виведення приєднані до системної шини через інтерфейси введення-виведення.

Постійний та оперативний запам'ятовувальні пристрої складають сис­тему пам'яті, призначену для збереження інформації у вигляді двійкових чисел. Постійний запам'ятовувальний пристрій призначений для збереження програм керування таблиць, констант, ОЗП - для збереження проміжних результатів обчислень. Пам'ять організовано у вигляді масиву комірок, кожна з яких має свою адресу і містить байт або слово. Байтом називається група із 8 біт, а слово може мати будь-яку довжину в бітах. Найчастіше під словом розуміють двійкове число довжиною 2 байт.

Рис. 7.6. Узагальнена структурна схема мікропроцесорної системи керування

Для звернення до комірки пам'яті треба видати її адресу на шину адреси. На рис. 7.7 зображено структуру пам'яті з 8 однобайтових комірок, де кожній адресі відповідає певний вміст комірки. Так, комірка з адресою 000 має вміст 01011111₂ = 5F₁₆.

Адреса Дані

Рис. 7.7. Структура пам'яті з 8 однобайтових комірок

Сегментом називається область пам'яті, яка складається з суміжних комірок. У МП і 8086 сегмент завжди починається з адреси, кратної 16, і займає до 64 кбайт. Існують три основні сегменти: кодів, даних, стека.

Сегмент кодів містить коди команд, які адресуються сегментним регістром кодів CS та регістром - вказівником команд IP. Регістр CS визначає початкову адресу сегмента кодів, а регістр IP - зміщення в сегменті (відстань від початку сегмента до комірки, в якій знаходиться адреса команди).

Сегмент даних містить дані, константи та робочі області, потрібні для виконання програми. Регістр DS має початкову адресу сегмента даних, а зміщення в сегменті задається в команді.

Сегмент стека містить адреси повернення з підпрограм та дані. Регістр SS має початкову адресу сегмента стека, а регістр SP - зміщення в сегменті.

Деякі операції використовують додатковий сегмент даних, початкова адреса якого задається регістром ES, а зміщення в сегменті визначається командою.

Двобайтове зміщення (16 біт) може знаходитися в межах від 0000₁₆ до FFFF₁₆. Для звернення до будь-якої адреси у програмі виконується додавання адрес, які знаходяться в регістрі сегмента та зміщення. Наприклад, перший байт у сегменті кодів має зміщення нуль, другий байт - одиницю і так далі до FFFF₁₆.

Конкретна адреса команди (для сегмента кодів), комірки пам'яті (для сегмента даних та додаткового сегмента) або комірки стека (для сегмента стека) визначається результатом додавання адреси сегмента, яка міститься у відповідному сегментному регістрі, та зміщення.

Модуль центрального процесора обробляє дані та керує всіма іншими модулями системи. Центральний процесор, крім ВІС МП, містить схеми синхронізації та інтерфейсу із системною шиною. Він вибирає коди команд з пам'яті, дешифрує їх і виконує. Протягом часу виконання команди - командного циклу ЦП виконує такі дії:

- виставляє адресу команди на шину адреси АВ;

- отримує код команди з пам'яті та дешифрує його;

- обчислює адреси операнда і зчитує дані;

- виконує операцію, визначену командою;

- сприймає зовнішні керувальні сигнали, (наприклад, запити перери­вань);

- генерує сигнали стану і керування, потрібні для роботи пам'яті та ПВВ.

Пристрої введення-виведення або зовнішні пристрої - це пристрої, при­значені для введення інформації у МП або виведення інформації з нього. Прикладами ПВВ є дисплеї, друкувальні пристрої, клавіатура, цифроаналоговий та аналого-цифровий пристрої, реле, комутатори. Для з'єднання ПВВ із системною шиною їх сигнали мають відповідати певним стандартам. Це досягається за допомогою інтерфейсів введення-виведення.

Інтерфейси введення-виведення виконують функцію узгодження сиг­налів ПВВ із сигналами системної шини МП. їх називають також контро­лерами або адаптерами. Мікропроцесор звертається до інтерфейсів за до­помогою спеціальних команд введення-виведення. При цьому МП виставляє на шину адреси АВ адресу інтерфейсу, а по шині даних DB зчитує дані з пристрою введення або записує у пристрій виведення. На рис. 7.4 показано один інтерфейс введення і один інтерфейс виведення.

Система переривань дозволяє МПС реагувати на зовнішні сигнали запити переривань, джерелами яких можуть бути: сигнали готовності від зовнішніх пристроїв, сигнали від генераторів, сигнали з виходів датчиків. Із появою запиту переривання ЦП перериває основну програму і перехо­дить до виконання підпрограми обслуговування запиту переривання. Для побудови системи переривань МПК містять В1С спеціальних програмованих контролерів переривань.

Таймер призначений для реалізації функцій, пов'язаних з відліком часу. Після того, як МП завантажує в таймер число, яке задає частоту, затримку або коефіцієнт ділення, таймер реалізує потрібну функцію самостійно.

Поиск по сайту: