Микропроцессоры и микроконтроллеры

ЦИФРОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

В современной технике многие логические и арифметические операции по контролю и выполнению операций в технологическом процессе, а также по управлению различными механизмами выполняют микропроцессоры, входящие в состав электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Процессор – это устройство, которое по определенной, как правило, заданной программе выполняет те или иные арифметические или логические операции, в результате которых выдаются сигналы внешним устройствам на выполнение определенных действий или контролируются эти действия и условия работы.

Основными блоками микропроцессора являются арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управления (УУ). Информация в микропроцессор поступает через так называемые магистрали – шины, представляющие из себя несколько проводников. Количество проводников определяет разрядность шины. Как правило число проводников в шине кратно двум (для передачи двоичной информации). Шины бывают четырех-, восьми-, шестнадцати- и тридцатидвухразрядные. Шины в совокупности со специальными устройствами позволяют сократить и упорядочить число проводников в ЭВМ. На рис.73 показана система соединений в устройстве состоящем из нескольких блоков, связанных между собой проводниками, не сформированными в шины, при четырехразрядной организации передачи информации

Рис.73. Схема проводниковых связей без шинной организации

Для организации таких связей, как видно, требуется 24 проводника. При 8-и разрядной – 48 проводников. Количество проводников при такой организации связей равно

, (81)

где r – разрядность связей, n – количество блоков.

При шинной организации связей количество проводников в шине равно разрядности передаваемой по ней информации. Для приведенного примера в шинной организации схема будет выглядеть следующим образом, рис.74

Рис.74. Шинная организация связей

При этой схеме шины образуют длинные проводники. В данном примере их всего 8. Подводы к блокам могут быть более короткими и не создавать паутинную сеть. Количество проводников при этом будет равно

. (82)

Очевидно, что шинная организация связей более экономична.

Шина данных предназначена для передачи данных от одного блока к другому. Шина управления предназначена для передачи команд управляет связями между блоками посредством подключения соответствующих распознающих устройств в блоках.

Микропроцессор работает совместно с другими устройствами, обеспечивающими ввод-вывод информации, связь с объектами контроля и управления, синхронизацию обработки и пересылки данных, хранение команд программы и оперативных данных.

Для этого служат: устройство синхронизации, система связи с объектом, блок памяти, система ввода-вывода, рис.75.

На этой схеме введены обозначения:

ШД – шина данных; по этой шине передаются коды информационных данных

ША – шина адреса; по этой шине поступают коды адреса устройств

ШУ – шина управления; по этой шине передаются коды команд управления

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство

ППЗУ – перепрограммируемое запоминающее устройство

Интерфейс – форма и правила согласования различных устройств с микропроцессором.

Рис.75. Схема трехмагистральной микроЭВМ

Электронные запоминающие устройства предназначены для хранения кодов команд, данных и адресов в цифровой форме. ПЗУ – запоминающее устройство, которое содержит коды команд, арифметических и логических действий, которые используются для запуска микропроцессора, выполнения арифметических операций, функций, логических действий. При отключении питания вся информация ПЗУ сохраняется.

ОЗУ – запоминающее устройство, предназначенное для временного хранения кодов команд, адресов и данных. При отключении питания информация ОЗУ стирается (сбрасывается, обнуляется).

ППЗУ – запоминающее устройство, аналогичное ПЗУ, коды в котором могут стираться и вновь записываться многократно.

Устройство синхронизации предназначено для синхронизации действий микропроцессора с действием элементов памяти, системы ввода-вывода, системы связи с объектом.

Кроме того, в состав дополнительных устройств микроЭВМ входят счетчики, шифраторы, дешифраторы, регистры. Им будут посвящены отдельные разделы.

Основным элементом большинства указанных устройств является триггер.

Работа микропроцессора (МП) начинается с его включения. С этого момента из памяти ПЗУ по коду адреса выбирается первая команда, после которой последовательно выполняется заложенная в ПЗУ программа, позволяющая контролировать показания внешних датчиков, управлять исполнительными механизмами.

Микропроцессоры выполняются в виде больших интегральных схем (БИС). Микропроцессорные БИС по составу функциональных блоков и их внутренней организации делятся на три группы: однокристальные МП, многокристальные МП на секционных МП БИС и однокристальные микроЭВМ. Под кристаллом в полупроводниковой электронике понимают полупроводниковую пластину, на которой формируются транзисторы, диоды, резисторы, интегрированные в составе функциональных схем.

Однокристальные МП отличаются фиксированной структурной разрядностью и системой команд. В одной БИС размещаются АЛУ, блок дешифрации команд, устройство управления внутренними блоками и внешним обменом информации, каскады согласования внутренних и внешних сигналов.

В многокристальных МП используется совокупность БИС, образующих микропроцессорный комплект (МПК). Каждая БИС, входящая в состав МПК, реализует узел или функциональный блок. Обычно АЛУ в таких МП реализуется в виде отдельных секционных БИС с фиксированной разрядностью, допускающих простым соединением БИС увеличение разрядности МП пропорционально числу объединенных секций.

Блок микропроцессорной памяти содержит последовательность микрокоманд в виде цифровых кодов. Формат микрокоманды и ее состав определяются структурой микроЭВМ, количеством и видами устройств, подключенных к ней. Некоторые микроинструкции (микрокоманды), содержащиеся в памяти, являются обязательными для всех УУ. Это микроинструкции управления операционным блоком, выбора следующего адреса, служебные и управляющие микроинструкции.

Код микроинструкции выбора следующего адреса используется в УУ для определения адресного кода следующей микрокоманды, содержащейся в памяти.

Служебные и управляющие микроинструкции содержат информацию для управления узлами и блоками, входящими в состав микроЭВМ. К такой информации относятся коды по управлению устройствами памяти, организующие синхронизацию, обрабатывать внешнюю информацию и т.д.

Дата добавления: 2015-05-06