Міністерство транспорту та зв'язку України Державний економіко-технологічний університет транспорту Кафедра “Інформаційні системи й технології”

Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни “Мікропроцесорні пристрої” для студентів спеціальності 7.092507 “Автоматика і автоматизація на транспорті” денної та заочної форм навчання

Київ-2007

УДК 683.3

Трофімов Ю.М.

Мікропроцесорні пристрої:Методичні вказівки до

виконання курсової роботи./ Ю.М.Трофімов К.:[ДЕТУТ],2007.-191с.

Для студентів спеціальності 7.092507 “Автоматика і автоматизація на транспорті”. Спеціалізація 7.092507.01 : “Комп`ютерні інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті” для денної та заочної форм навчання розглянуті та затверджені на засіданні кафедри “Інформаційні системи і технології”

Автор: Ю.М. Трофімов ст.викладач кафедри ІСТ

Рецензенти: Т.К Терзян, канд. техн наук, доцент кафедри програмного забезпечення автоматизованих систем Міжнародного Соломонового університету

В.А.Гладков . доц кафедри ІСТ

ЗМІСТ

Вступ.......................................................................................................................5

1.Завдання.................................................................................................................8

2. Основані функціонально-конструктивні пристрої...........................................9

2.1. Мікропроцесор..................................................................................................9

2.1.1. Загальні відомості……………………………………..................................9

2.1.2. Призначення виводів мікропроцесора.......................................................10

2.1.3. Структура мікропроцесора…………………………………….................19

2.1.4. Функціонування мікропроцесора...............................................................25

2.2. Арифметичний співпроцесор……………………………………................36

2.2.1. Призначення виводів мікропроцесора.......................................................36

2.2.2. Функціонування арифметичного співпроцесора…………………..…....38

2.2.3. Спеціальні випадки використання арифметичного співпроцесора........45

2.3. СПВБ……………………………………........................................................53

2.3.1. Структура СПВБ……………………………………..................................53

2.3.2. Функціонування СПВБ...................................................... .........................63

2.3.3. Система команд СПВВ……………………………………........ ...............76

3. Розрахунок адресного простору пам’яті та портів(приклад)........... .............88

4. Організація переривань........................................................................ .............95

5. Структура однопроцесорної системи……………………………… ……....101

6. Спеціальні питання організаціївведення-виведення…………… …. … …..106

7..Генератор тактових імпульсів................. ..................................... ........ ......116

8. Буферні регістри й шинні формувачі……………………....... ............ ......118

9. Контролер системної шини…………………………………….. ...... .........124

10.Арбітр шин ................................................................................... ................132

11.Контролер прямого доступу пам'яті…………………………… ………...151

12. Програмувальний таймер…………… ……………..... .......... .....167

13. Структурна схема(приклад)................................…………....... ........ .......183

14 Література............ .........................................................................................190

Вступ

Проектування нової мікро-ЕОМ звичайно починається з описання її архітектури, що являє собою модель мікро-ЕОМ з точки зору програміста. Модель в процесі проектування перетворюється в структуру мікро-ЕОМ, що визначає склад, призначення і взаємні зв’язки необхідних апаратних компонентів, що реалізують бажану архітектуру. Багато апаратних компонентів вибирається проектувальником із МПК, що випускаються промисловістю.

ВІС і застосовуються як крупні будівельні блоки мікро-ЕОМ. Блокове, або модульне, проектування мікро-ЕОМ різко підвищує продуктивність праці проектувальника, надійність і якість мікро-ЕОМ і є основним методом створення нових мікро-ЕОМ і мікропроцесорних систем. Мікропроцесорні інтегральні схеми (МП ІС) і мікро-ЕОМ, побудовані на їх основі, з'явилися наслідком бурхливого розвитку мікроелектроніки, напівпровідника, що дозволив в одному кристалі, розміщувати складні обчислювальні структури, що містять десятки тисяч транзисторів. Виготовлення великих інтегральних схем (ВІС) зв'язане з трудомісткою роботою по розробці схем, фотошаблонів і підготовкою виробництва і служб контролю технологічних параметрів і характеристик ВІС. Зниження собівартості ВІС можливо лише при максимальній автоматизації етапів, передуючих їх виготовленню, і масовості виробництва. Масове виробництво ВІС припускає широкий попит споживача, а отже, можливість її використання для великого круга вирішуваних завдань. Мікропроцесорні ВІС (МП ВІС) представляють той клас інтегральних схем, який поєднує в собі високий ступінь інтеграції, що забезпечує величезні функціональні можливості, з великою універсальністю по застосуванню. Досягається універсальність тим, що в МП ВІС реалізовані складні пристрої, що дозволяють виконувати над початковими числами логічні і арифметичні функції, при цьому управління процесом обчислення ведеться програмно. Зміна програми обчислення дозволяє здійснити обчислення будь-якої складної функції. Якщо розглянути схему мікро-ЕОМ, то можна прийти до висновку, що в ній містяться ті ж блоки, на яких будувалися обчислювальні машини попередніх поколінь. Проте мікро-ЕОМ має деяку архітектурну відмінність від попередніх ЦВМ, обумовлену прагненням об'єднати в ВІС, на яких будується мікро-ЕОМ, вузли і блоки, здатні проводити складні перетворення інформації при мінімальній кількості зовнішніх провідників. Ця особливість обумовлена можливістю побудови в ВІС складних електронних схем при обмеженні по числу зовнішніх провідників, що не перевищують, як правило, 50 або 100 контактів. Структура процесора мікро-ЕОМ будується з урахуванням цих особливостей ВІС. Найбільш поширеною є схема мікро-ЕОМ, що має дві або три загальні магістралі, до яких під впливом пристрою управління можуть по черзі підключатися вхідні в мікропроцесор вузли. Така структура вимагає обмеженого числа зовнішніх контактів, але обмін інформацією між вузлами і блоками повинен здійснюватися в певній послідовності. У мікро-ЕОМ процесор будується на ВІС, що утворюють базовий МП-комплект. Процесор мікро-ЕОМ може бути реалізований у вигляді однієї (однокристальний мікропроцесор) або декількох ВІС (багатокристальний мікропроцесор). Для побудови решти блоків мікро-ЕОМ використовуються спеціалізовані ВІС або ІС середньому ступеню інтеграції. Основні типи ІС, вживаних в мікро-ЕОМ, можуть бути віднесені до однієї з чотирьох груп: базовий мікропроцесорний комплект (МПК) ІС; ІС запамятовуючих пристроїв; ІС пристроїв введення – виведення інформації в мікропроцесор; ІС для зв'язку мікро-ЕОМ з об'єктами управління. Відповідно до розробки спеціалізованих ІС для різних блоків мікро-ЕОМ структурна схема її може бути представлена як сукупність функціональних блоків, сполучених між собою відповідно до вимог інтерфейсів. У приведеній схемі обробку інформації здійснює мікропроцесор, що синхронізується тактовими імпульсами пристрою синхронізації. Обмін інформацією між мікропроцесором і рештою блоків мікро-ЕОМ здійснюється по трьом магістралям: адресною, даних і управління.

Магістраль адреси (МА) служить для передачі коди адреси, по якій проводиться звернення до пристроїв пам'яті, введення – виводу або іншим зовнішнім пристроям, підключеним до мікропроцесора. Оброблювана інформація і результати обчислень передаються по магістралі даних (МД).

Магістраль управління (МУ) передає сигнали, що управляють, на всі блоки мікро-ЕОМ, настроюючи на потрібний режим пристрої, що беруть участь у виконуваній команді.

Використання в мікро-ЕОМ великого числа магістралей, в даному прикладі трьох типів, забезпечує високу швидкодію і спрощує процес обчислення. Можлива побудова мікро-ЕОМ з однією або двома магістралями, по яких послідовно передаються код адреси і оброблювана інформація, при цьому збільшується час виконання команди і ускладнюється організація обміну інформацією між вузлами. Структура мікро-ЕОМ визначається архітектурою мікропроцесора, складом тих, що входять в МП ВІС функціональних вузлів, кількістю зовнішніх магістралей і організацією обміну інформацією. Мікропроцесори на одному кристалі – однокристальні МП – відрізняються фіксованою розрядністю і фіксованою системою команд. Функціональна закінченість однокристальних МП вимагає розмістити в одному кристалі блоки дешифратора команд і пристрою управління, арифметично-логічний блок, пристрої управління зовнішнім обміном, каскади узгодження внутрішніх і зовнішніх сигналів.

Багатокристальні МП будуються на основі сукупності ВІС, МПК, що є. Кожна ВІС, що входить в МПК, дозволяє реалізувати вузол або функціональний блок вузла МП. Найбільш характерними вузлами МП є арифметично-логічний блок (АЛБ), що становить основу операційного пристрою, і пристрій управління (КП). Арифметично-логічний блок призначений для обробки інформації відповідно до управляє коду, що поступає на нього. Виконувані в АЛБ операції можуть бути розділені на три групи: арифметичні, зрушення, логічні і пересилок. Як арифметичні операції зазвичай використовуються операції: складання і віднімання двох код; складання і віднімання одиниці; складання і віднімання з вмістом ознаки операції. До операцій зрушення відносяться операції арифметичного, логічного і циклічного зрушень управо і вліво вмісту регістрів АЛБ. Логічні операції і операції пересилок забезпечують виконання основних логічних функцій (складання, множення) над вмістом регістрів і пересилки вмісту між регістрами і між регістрами і зовнішніми магістралями. Пристрій управління формує сигнали, що управляють, на всі блоки мікро-ЕОМ, синхронізуючи їх роботу, і забезпечує вибірку команд з пам'яті відповідно до закладеного алгоритму.