2. Принципы организации и применения микропроцессорных систем.
2.1. Особенности организации структуры мп-системы.
В общем случае в состав МП входят арифметико-логическое устройство, устройство управления, а также связанные с ними вспомогательные регистры. Арифметико-логическое устройство микропроцессора служит для выполнения арифметических и логических операций над данными, поступающими из памяти или из устройств ввода. Устройство управления управляет потоком данных и команд. Это устройство выбирает из памяти команды, дешифрирует и выполняет их, посылает результаты на устройства вывода.
Таким образом МП, взятый отдельно, не может выполнять каких-либо полезных функций. Для реальной пользы от функционирования МП он должен использоваться совместно с памятью и устройствами ввода-вывода. Объединение МП с памятью и средствами связи с внешними устройствами ввода-вывода (такие средства называются интерфейсами) позволяет получить микропроцессорную систему.
Знакомство с принципами работы МП-системы начнем с рассмотрения ее структурной схемы, представленной на рис. 2.1 и содержащей минимальный набор элементов, которым должна обладать любая МП-система.
Рис.2.1. Общая структурная схема МП-системы.
Элементом, производящим обработку данных, здесь является МП. МП и ряд вспомогательных схем, обеспечивающих его работу и работу всей ЭВМ, образуют так называемый процессорный модуль, к которому с помощью системных шин подключают периферийные модули. Данное разделение на указанные модули носит функциональный характер. Конструктивно все модули могут быть выполнены, например, в одной БИС (однокристальные микроЭВМ или микроконтроллеры).
Системные шины представляют собой набор соединительных проводников-линий, объединяющих одноименные выводы всех периферийных модулей. По каждой линии может быть передано значение одного разряда двоичного кода в виде уровней напряжения, соответствующих логическому нулю или логической единицы.
Периферийными модулями в рассматриваемой структуре являются запоминающие устройства, в состав которых входят постоянное запоминающее устройство ПЗУ и оперативное запоминающее устройство ОЗУ, и регистры для подключения внешних устройств (например, клавиатуры, устройства визуального отображения информации, различных датчиков и исполнительных механизмов), называемые портами ввода или вывода.
В представленной на рис. 2.1 структуре используются раздельные группы шин для связи портов ввода-вывода и запоминающих устройств с процессорным модулем. Такую структуру часто называют структурой с распределенными шинами или радиальной. Такая организация удобна, когда необходимо реализовать параллельный режим обмена данными как с внешними устройствами ввода-вывода, так и с памятью. Каждая группа шин в этом случае отвечает за связь своего типа периферийного модуля с процессорным и позволяет осуществить независимый во времени обмен информацией. Однако это достигается за счет значительного увеличения аппаратных средств.
Программа работы встроенной в какое-либо устройство МП-системы хранится в ПЗУ. ПЗУ - это БИС памяти, в которую необходимая информация (программа, константы) заносится в процессе ее изготовления или непосредственно перед установкой в МП-систему. Информация в ПЗУ сохраняется независимо от того, включен ли источник питания или выключен. Промежуточные данные хранятся во внутренних регистрах МП, а также в ОЗУ. Данные могут как записываться в ОЗУ, так и считываться из него. При снятии питающего напряжения данные в ОЗУ теряются. При отладке программ, а также в случае использования МП-системы в качестве универсальной (например, персональная ЭВМ), то есть выполняющей в разное время различные программы, ОЗУ используется и для хранения программ. В этом случае МП-система обычно имеет ПЗУ с малым количеством ячеек (с малым объемом) памяти, куда записывается небольшая программа-загрузчик, под управлением которой в начале работы в ОЗУ с какого-либо внешнего устройства загружается рабочая программа.