Организация функционирования ЭВМ

Устройство и структурная схема микроЭВМ

Типичным представителем микропроцессорной системы является микроЭВМ.

МикроЭВМ — это ЭВМ, центральная часть которой в составе микропроцессора, оперативного запоминающего устройства, постоянного запоминающего устройства построена на основе БИС и, которая, кроме перечисленных устройств, включает в себя устройства ввода-вывода.

В микропроцессорных системах для сопряжения системы с периферийными устройствами применяются интерфейсные БИС.

Необходимость интерфейсов вызывается тем, что устройства ввода и вывода нельзя непосредственно подключать к ЭВМ, так как количество и характер передаваемых и принимаемых сигналов по системной магистрали отличаются между собой, а также имеют различное быстродействие.

Таким образом, интерфейс — это совокупность аппаратных и программных средств, предназначенных для соединения устройств между собой с целью обмена данными.

Типовая упрощенная структурная схема микроЭВМ

ГТИ — генератор тактовых импульсов

МП — микропроцессор

ОЗУ, ПЗУ — основная память

Ивв, Ивыв — интерфейсы ввода, вывода

Увв, Увыв — устройства ввода, вывода

Ш_Д — шина данных

Ш_А — шина адреса

Ш_У — шина управления

Простыми интерфейсными устройствами, с помощью которых микропроцессор связывается с конкретными периферийными устройствами, являются порты ввода-вывода.

Порт содержит адресуемый буферный регистр ввода-вывода. Порты бывают параллельными и последовательными.

Параллельный порт предназначен для работы с принтером.

Последовательный порт служит для подключения различных периферийных устройств.

Если периферийные устройства, входящие в состав микропроцессорной системы выполняют многочисленные сложные операции, то для сопряжения применяют усложненный интерфейс — программируемый адаптер. Он содержит набор встроенных портов и других регистров, служащих для согласования обмена с периферийными устройствами.

Например, адаптер дисплея, адаптер клавиатуры.

Еще более сложными является группа интерфейсов, относящаяся к периферийным устройствам, и их называют контроллерами.

Контроллер служит также целям сопряжения, но при этом он способен к самостоятельным действиям, после получения команд от обслуживающей его программы.

Сложный контроллер может иметь в своем составе и собственный процессор. Контроллер работает обычно по жестко заданной, заранее отработанной и введенной в него программе.

В состав интерфейса входит также единая информационная системная магистраль, которая связывает между собой все устройства и функционально состоит из шин данных, адресов и управления.

Шина физически представляет собой совокупность проводников, по которым передается однотипная информация.

Чтобы обеспечить все возможности системы, шина данных является двунаправленной, разрядность её определяется разрядностью микропроцессора.

Количество проводников в шине адреса совпадает с разрядностью передаваемого кода адреса. Если используется n-разрядный код, то система может иметь 2ⁿ адресов (например, в ПК с микропроцессором i8086, шина адреса 20 разрядная, значит, емкость памяти такого компьютера равна 2²⁰ = 1024Кб или ≈1Мб).

Сигналы управления передаются по шине управления, они должны быть согласованы с системными сигналами синхронизации.

Устройства ввода осуществляют ввод команд и данных (например, клавиатура).

Устройства вывода преобразуют выходные данные в форму, удобную для восприятия пользователем или для хранения (например, монитор, принтер).

Управляющая работой ЭВМ программа перед началом выполнения загружается в оперативную память (ОП). Адрес первой выполняемой команды передается микропроцессору и запоминается в регистре-указателе команд.

Начало работы микропроцессора заключается в том, что адрес из указателя команд (в котором всегда хранится адрес очередной команды) выставляется на шину адреса системой магистрали.

Одновременно на шину управления выдается команда “ выборка из ОП ”, которая воспринимается ОП.

Получив с шины управления команду, ОП считывает адрес с шины адреса, находит ячейку с этим номером и её содержимое выставляет на шину данных, а на шину управления выставляет сигнал о выполнении команды.

Микропроцессор, получив сигнал по шине управления об окончании работы ОП, вводит информацию с шины данных на внутреннюю магистраль и через неё - в регистр-указатель команд, где полученная команда делится на кодовую и адресную части.

Код команды поступает в блок управления для выработки сигнала, настраивающего микропроцессор на выполнение заданной операции, а также для определения адреса следующей команды (которая сразу заносится в регистр-указатель команд).

Адресная часть команды выставляется на шину адреса и сопровождается сигналом “ выборка из ОП ” на шину управления. Выбранная из ОП информация через шину данных поступает во внутреннюю магистраль микропроцессора, с которой вводится в АЛУ.

На этом заканчивается подготовка микропроцессора к выполнению операции и начинается её выполнение в АЛУ.

Результат выставляется микропроцессором на шину данных, а на шину адреса выставляется адрес ОП, по которому этот результат необходимо записать. На шину управления выставляется команда “ запись в ОП ”. Получив с шины управления команду, ОП считывает адрес и данные с системной магистрали, организует запись данных по указанному адресу и затем выставляет на шину управления сигнал о том, что информация записана. Микропроцессор, получив этот сигнал, начинает выработку очередной команды.

В каждом цикле, получив команду в регистр-указатель команд и, выделив код операции, микропроцессор определяет, к какому устройству она относится.

Если команда должна выполниться в микропроцессоре, организуется её выполнение по описанному циклу.

Если же команда предназначена для выполнения в другом устройстве ЭВМ, микропроцессор передает её соответствующему устройству.

Этот процесс передачи предусматривает следующие действия: микропроцессор выставляет на шину адреса адрес интересующего устройства. По шине данных передается сигнал “ поиск устройства ”. Все устройства, подключенные к системной магистрали, получив этот сигнал, считывают номер устройства с шины адреса и сравнивают его со своим номером. Устройства, для которых эти номера не совпадают, на эту команду не реагируют.

Устройство, с совпавшим номером, вырабатывает сигнал отклика по шине управления. Микропроцессор, получив сигнал отклика, выставляет имеющуюся у него команду на шину данных и сопровождает её сигналом, “ передаю команду ”.

Получив сигнал о приеме команды, микропроцессор переходит к выполнению очередной команды.

Пример выполнения простейшей программы, состоящей из трех команд:

1 — ввести данные через порт 1;

2 — разместить данные в ячейку памяти 200;

3 — вывести данные через порт 10 на экран дисплея.

Дата добавления: 2014-11-09