Микропроцессорные системы (мп системы)
I. Основные понятия о системах
МП-системы включают в себя:
МП, ГТИ, ЗУ команд (ПЗУ), ЗУ данных (ОЗУ), набор вспомогательных микросхем, обеспечивающих взаимодействие МП с внешними устройствами (контроль, измерение и управление).
МПС могут быть:
общего назначения (МПС ОН)
специализированные (МПС СН)
МПС ОН - это МКЭВМ, то есть конструктивно завершенное универсальное вычислительное устройство, имеющее собственный источник питания, панель управления, комплект программного обеспечения.
МПС СН называют еще МК - микроконтроллерами.
МК решают, как правило, только задачи контроля или управления по одному и тому же алгоритму, то есть упрощенная МКЭВМ без собственного источника питания.
МК могут быть встроены в отдельные приборы, аппараты и оборудование. Это обеспечивает создание полностью автоматизированных устройств и процессов.
МПС СН могут заменять аппаратурные логические схемы (схемы логического умножения, триггеры, дешифраторы, счетчики и т.д.). В этом случае программа работы МП системы моделирует структуру связей между отдельными логическими элементами в аппаратных логических схемах.
МПС возникли как следствие совершенствования аппаратурных цифровых схем управления, а не в результате развития вычислительной техники обычного применения.
Типовой вычислительный процесс в системах любого типа может быть организован с помощью трех функциональных устройств:
обрабатывающего;
управляющего;
запоминающего;
Совокупность обрабатывающего и управляющего устройств, реализованное в виде одной или нескольких БНС, называется МП (микропроцессором).
Микропроцессор осуществляет запрограммированную обработку информации.
Конструктивно управляющая МПС может быть выполнена в виде четырех модулей. В эти модули помимо основных функциональных блоков входят ряд вспомогательных элементов.
Модуль ПЗУ может хранить комманды и константы.
Модуль ОЗУ может хранить числа (операнды), а в МКЭВМ и комманды.
Модуль вода/вывода является специфическим для управляющих систем и содержит узлы, позволяющие общаться с внешними (переферийными) устройствами (датчиками и исполнительными механизмами).
Все модули связаны между собой набором шин. Шина - это набор из нескольких проводов для передачи информации. Так как набор шин один для всей системы, то передача информации от разных модулей может производиться только в разные моменты времени.
Каждый модуль может быть выполнен в виде отдельной печатной платы с напаянными на нее корпусами ИМС. В этом случае МПС называется многоплатной. Все модули могут быть смонтированы на одной печатной плате -одноплатная МПС. Если все модули выполняются в одном корпусе ИМС, то МПС называетсяоднокристальной.
II. Обобщенная структура мп системы
Ядром системы являетсяМП, который производит обработку поступающих сигналов.
Темп обработки задается ГТИ, который называется таймером.
Цепь начального запускаслужит для того, чтобы включить систему в работу только после полного установления напряжения питания на выходах МП при его включении.
Арифметический расширительпозволяет ускорить выполнение некоторых арифметических или логических операций микропроцессором.
Периферийные устройства,работающие с системой могут быть многочисленными. Например, накопитель МД, служит для долговременного хранения больших массивов информации.
Дисплейиклавиатуранужны для общения системы с оператором.
Инженерный пультпозволяет выявлять причины отказов в работе и налаживать систему.
С помощью набора шинМП обменивается информацией с двумя большими группами ВУ (внешних устройств):
Периферийные;
Устройства памяти;
К устройствам памяти относятсяПЗУиОЗУ.
Обмен информацией производится через устройство сопряжения - интерфейс (ИФ). Он содержит две части: общую для всех ВУ и индивидуальную - для каждого ВУ отдельно. Индивидуальную часть ИФ относящуюся к периферийным устройствам называют устройством ввода/вывода. В простейшем случае, когда индивидуальная часть ИФ представляет собой РП (регистр памяти), она называется портом.
Функции ИФ разнообразны и они могут меняться при изменении назначения системы и состава ВУ. Наиболее часто ИФ выполняет следующие функции:
усиление электрической мощности сигнала;
временное запоминание информации;
инвертирование сигнала для логического согласования работы отдельных блоков;
дешифрация кодов для обращения к какому-либо отдельному блоку;
синхронизация работы МП с выбранным блоком.
Кроме аппаратной части, ИФ включает в себя также алгоритмы и сигналы, управляющие обменом информации между МП, периферийными устройствами ПУ, устройствами памяти. То есть интерфейс определяет состав шин связывающих отдельные устройства между собой, назначение каждого отдельного провода в шине и режимы ввода и вывода информации.
Интерфейсные устройства подразделяются на два класса:
Параллельные;
Последовательные;
Параллельные ИФобеспечивают передачу информации с шины на шину сразу по всем линиям, если количество линий в шинах одинаково.
Последовательные ИФпередают информацию с шины на шину с разным количеством линий. В частности, одна из шин может иметь всего одну линию. Последовательные ИФ работают в режиме с разделением времени, когда информация передается в несколько приемов. Эти ИФ снижают быстродействие системы, однако, позволяют сократить число линий ввода/вывода.
В зависимости от конструкции системы, часть узлов ИФ может входить в состав МП, вообще отсутствовать или их функции могут выполняться программным путем.
Шины, в зависимости от направления потоков информации, по отношению к МП могут быть входные, выходные и двунаправленные.
Наиболее часто используется один из двух наборов шин. Первый набор содержит три шины: выходную шину адресов, двунаправленную шину управления и двунаправленную шину данных.
Второй набор содержит пять шин: выходную шину данных, входную шину данных, двунаправленную шину управления, выходную шину адресов и выходную шину данных из периферийных устройств.
Второй набор шин усложняет коммутацию устройств, но зато повышает быстродействие системы, так как в ней одновременно может передаваться информация из всех трех основных устройств: МП, устройств в памяти и ПУ.