Вопрос 6. Магистраль микропроцессорной системы. Трехшинная магистраль

На физическом уровне МП взаимодействует с памятью и периферийными устройствами через единый набор системных шин - внутрисистемную магистраль. Физическое совмещение линий связи МП с памятью и периферийными устройствами было необходимым в связи с технологической особенностью производства БИС – ограниченным числом физических выводов, допустимых на кристалле. До середины 80-х годов стандартная микропроцессорная БИС имела 40 выводов, через которые необходимо было связываться как с памятью, так и с периферийными устройствами. В общем случае магистраль обеспечивает три вида передачи данных:

1) процессор «память;

2) процессор «интерфейс периферийного устройства;

3) память «интерфейс периферийного устройства (канал прямого доступа к памяти).

Рассмотрим первые два вида. В обоих случаях передачей данных управляет МП. Память и интерфейс по управляющим сигналам от процессора осуществляют передачу данных. Направление передачи данных определяется МП. Пересылка данных внутрь процессора называется считыванием (вводом), обратный процесс - записью (выводом).

В общем случае магистраль микропроцессорной системы состоит из набора шин. Шиной системы называют физическую группу линий передачи сигналов, имеющих схожие функции в рамках системы. Стандартная структура магистрали микропроцессорной системы включает три шины (рис. 5):

· шина данных DB (Data Bus);

· шина адреса (адресная шина) AB (Address Bus);

· шина управления CB (Control Bus).

Магистраль такого типа называется трехшинной с раздельными шинами передачи адреса и данных.

Рис. 5

Шина данных. По этой шине передаются данные, т.е. производится обмен данными между МП и другими устройствами системы – памятью и периферийными устройствами. Шина данных используется как для передачи данных в направлении МП ® память и МП ® периферийное устройство, так и для их передачи в обратном направлении, т.е. шина данных является двунаправленной. Имеется возможность установки выходов в третье состояние. Хотя передача данных по шине данных может производиться в обоих направлениях, однако в каждый заданный момент времени она осуществляется лишь в одном направлении. Это означает, что для передачи данных в систему и их приема из системы микропроцессор переводится в соответствующий режим. Более того, по всем разрядам шины, в каждый момент времени данные передаются лишь в одном направлении, т.е. в любой момент по всем линиям шины они могут либо только вводиться, либо только выводиться.

Обычно разрядность шины данных и длину слов, обрабатываемых в МП (разрядность машинного слова МП), выбирают одинаковыми. Однако в ряде случаев разрядность шины данных может быть меньше или больше разрядности машинного слова МП. Например, в микропроцессоре 8088 длина машинного слова составляет 16 разрядов, а шина данных 8-разрядная, и наоборот, МП Pentium и выше являются 32-разрядными процессорами, а их шина данных 64-разрядная.

Шина адреса. Используется для передачи физического адреса ячейки памяти или порта ввода/вывода, к которым осуществляется обращение. Эта шина предназначена для того, чтобы выбирать правильный тракт для электрического соединения в пределах микропроцессорной системы. Шина адреса является выходной по отношению к МП. Разрядность адресной шины определяет наибольшее число адресов, к которым может обращаться МП. Если разрядность адресной шины МП равна m, то он способен адресовать пространство физической памяти и пространство ввода/вывода объемом 2 ^m.

Шина управления. Служит для передачи сигналов управления обменом данными через магистраль и работой микропроцессорной системы. Как правило, часть этих сигналов является выходными, а другая часть - входными сигналами. Однако некоторые линии шины управления могут быть двунаправленными. Линии шины управления объединяются в группы по функциональному назначению. Конкретный состав сигналов шины управления зависит от типа МП. Отметим наиболее типичные из них:

1) синхросигнал обеспечивает тактирование работы микропроцессора. Все события в системе привязываются к какому-либо фронту этого сигнала;

2) четность данных. Сигналы на этих двунаправленных линиях определяют четность данных, передаваемых по шине данных. Как правило, на каждый байт шины данных отводится отдельный сигнал. Внутренний модуль генерации/контроля четности данных микропроцессора формирует или проверяет сигналы четности. Четность понимается в том смысле, что соответствующий байт содержит четное количество единичных разрядов. Значения сигналов на этих линиях не влияет на ход выполнения программы. При обнаружении ошибки четности при вводе данных МП либо формирует специальный управляющий сигнал либо генерирует внутреннее прерывание;

3) сигналы определения цикла магистрали указывают тип выполняемого цикла магистрали. Они разделяют циклы записи и циклы чтения, циклы данных и циклы управления, циклы обращения к памяти и циклы ввода/вывода, а также некоторые другие;

4) сигналы управления магистралью определяют начало цикла магистрали, позволяют другим устройствам системы управлять передачей и разрядностью данных, завершением цикла магистрали;

5) сигналы управления состоянием процессора изменяют состояние МП в ходе выполнения или перед выполнением программы. Это необходимо для распределения функций управления магистралью между несколькими активными устройствами, при обработке прерываний, сбросе и инициализации.

Дата добавления: 2014-01-13