Обобщенная архитектура и интерфейс запоминающего устройства

Рис. 6.

Рис. 5.

Рис. 4.

Таблица 1

Рис. 3.

Рис. 2.

Рис. 1.

Действие по обработке информации называется операцией, например:

— операция возведения в квадрат ( — операнд, — результат операции);

= — операция дифференцирования ( — операнд, — оператор).

В качестве примера описания операции в виде последовательности простейших действий рассмотрим сложение двоичных чисел на примере одного разряда двоичного числа (рис. 2)

Представим операцию в следующем виде (рис. 3)

Здесь и — значения соответствующего разряда в первом и втором слагаемом, — перенос из младшего разряда, — значение соответствующего разряда суммы, — значение переноса в старший разряд.

Рассматриваемая операция может быть представлена таблицей:

Таким образом, операция сложения одного двоичного разряда сводится к поиску по указанной таблице выходных значений и для заданной на входе сумматора комбинации , , .

Команда — указание микропроцессору выполнить некоторое действие. Команда должна включать информацию об операндах и описание самой операции, которую необходимо выполнить. Структура команды получила название "формат команды" (рис. 4).

Так как описание операции может быть достаточно громоздким, нецелесообразно иметь его непосредственно в составе команды. Учитывая, что каждый микропроцессор способен выполнить ограниченное количество операций, каждой операции может быть присвоен числовой код — код операции (КОП). В самой команде при этом можно указывать только этот код, который будет характеризовать операцию (рис. 5).

В составе микропроцессора необходимо иметь блок, который по коду операции будет определять собственно ее описание — последовательность элементарных действий, которые должны быть выполнены. Такой блок называется дешифратором команд и входит в состав устройства управления микропроцессора (рис. 6).

Дешифратор команд можно представить в виде таблицы из двух столбцов, в одном из них — код операции, в другом – ее описание. Получив очередную команду, блок управления обращается к дешифратору команд, передает ему код операции и получает описание операции в виде последовательности элементарных действий, которые затем выполняются.

Вся совокупность команд, которая может выполняться микропроцессором, называется системой команд. В систему команд входит ограниченное число команд. Естественно, все они должны быть представлены в дешифраторе команд — микропроцессор не может выполнить команду, код которой неизвестен дешифратору.

Таким образом, преобразование, представленное на рис. 1 представляет собой преобразование программы, написанной на языке программирования, в последовательность команд микропроцессора. Оно называется трансляцией и выполняется специальной программой — транслятором. Трансляторы подразделяются на компиляторы (преобразуют сразу всю программу) и интерпретаторы (выполняют построчное преобразование и исполнение программы).

Запоминающее устройство представляет собой набор ячеек (регистров), каждая из которых может хранить определенное количество (как правило, 1 байт) информации. Регистр состоит из элементарных запоминающих элементов, каждый из которых хранит информацию о состоянии одного бита. Так как бит может иметь только два значения, элементарный запоминающий элемент также должен иметь два устойчивых состояния. Такой элемент получил название триггера. Таким образом, ячейка ЗУ состоит из триггеров, каждый из которых хранит значение одного бита. К каждой ячейке ЗУ возможно индивидуальное обращение со стороны МП для чтения или записи информации.

Запоминающие устройства подразделяются на постоянные запоминающие устройства и оперативные запоминающие устройства.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM — Read Only Memory) предназначено для хранения неизменяемой информации. Информация из него может быть только прочитана и не может быть записана (изменена) микропроцессором. ПЗУ является энергонезависимым — при отключении питания информация в нем сохраняется. ПЗУ предназначено для хранения команд программы и различных констант, используемых при выполнении вычислений и обработки данных.

Классификация ПЗУ:

· ПЗУ масочного типа (ПЗУ, однократно программируемое при изготовлении). Программируется однократно при изготовлении микросхемы (в заводских условиях).

· ПЗУ, однократно программируемые у заказчика. Изготавливаются "чистыми", информация заносится с помощью специального устройства (программатора) разработчиком или изготовителем микропроцессорной системы. После занесения информации ("программирования") изменение ее невозможно.

· ПЗУ многократного программирования. Аналогичны предыдущему типу, но информация может быть стерта и записана вновь (то есть можно модифицировать данные и заменять их другими). По способу стирания информации подразделяются на:

o ПЗУ с электрическим стиранием — стирание информации выполняется путем подачи напряжения определенной величины на специальные входы микросхемы.

o ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием — стирание информации производится путем облучения кристалл ПЗУ ультрафиолетовым излучением с определенной длиной волны в течение определенного времени (через отверстие в корпусе микросхемы).

Стоимость ПЗУ минимальна для ПЗУ масочного типа и максимальны у ПЗУ многократного программирования. Соответственно и области использования у них различны. ПЗУ масочного типа применяют при серийном изготовлении крупных партий микропроцессорных систем. ПЗУ однократного программирования — при единичном производстве. Перепрограммируемые ПЗУ — при разработке и отладке системы, когда часто возникает необходимость в модификации программного обеспечения.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM — Random Access Memory) позволяет записывать и считывать данные средствами микропроцессора. При отключении питания данные не сохраняются, таким образом, ОЗУ не является энергонезависимым. ОЗУ используется, как правило, для временного хранения промежуточных данных в процессе расчетов.

Классификация ОЗУ:

1. ОЗУ статического типа. В качестве запоминающих элементов (триггеров) используются транзисторные ключи.

2. ОЗУ динамического типа. В качестве запоминающих элементов используются электрические емкости, которые могут находиться в заряженном или разряженном состоянии.

ОЗУ статического типа отличаются большим быстродействием, но более дороги и менее компактны. ОЗУ динамического типа более компактны и дешевы, но требуют более сложной схемы подключения. Дело в том, что электрические емкости, образующие ОЗУ динамического типа, обладают свойством саморазрядки. Для сохранения информации в этих условиях используется механизм регенерации (обновления) информации в ОЗУ. Для организации регенерации используется специальная электронная схема, наличие которой и обуславливает усложнение схемы включения ЗУ.

ОЗУ статического типа используются в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокое быстродействие ЗУ при небольшом его объеме (например, кэш-память). ОЗУ динамического типа используют при организации ЗУ большого объема, так как в этом случае становятся важными вопросы компактности и стоимости такого ЗУ.

Обобщенная архитектура ЗУ представлена на рис. 1

Дата добавления: 2013-12-13