В начало

Принципы построения и структура МПС (Лекция)

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1.      Принципы построения МПС

2.      Обобщенная структурная схема МПС

3.      Организация шин

 

1. Принципы построения МПС

В основу построения МПС-систем положено три принципа:

-       магистральности;

-       модульности;

-       микропрограммного управления.

Принцип магистральности определяет характер связей между функциональ­ными блоками МПС – все блоки соединяются с единой системной шиной.

Принцип модульности состоит в том, что система строится на основе огра­ниченного количества типов конструктивно и функционально законченных модулей.

Каждый модуль МПС имеет вход управления третьим (высокоимпедансным) состоянием. Этот вход называется CS (Chip Select) – выбор кристалла, или ОЕ (Output Enable) – разрешение выхода. Действие сигнала CS для триггера показано на рисунке ниже. Выходной сигнал триггера Q появится на выходе лишь при активном (в данном случае – ну­левом) уровне сигнала CS . Если CS = 1, триггер переводится в высокоимпедансное состояние. Выход триггера является трехстабильным, т. е. может находиться в одном из трех состояний: логической единицы, логического нуля или высокоимпедансном.

 

Рис. 1. Действие сигнала CS для триггера

 

В каждый момент времени к системной шине МПС подсоединено лишь два модуля – передающий и принимающий ин­формацию. Остальные модули находятся в высокоимпедансном состоянии.

Рис. 2.  Подключение модулей к системной шине

 

Это объясняется тем, что для построения МПС используются высокоскоростные и маломощные БИС, выводы которых не рассчитаны на большой ток, который возможен при подключении нескольких приёмников, кроме того это приводит к увеличению помех наводимых в проводниках схемы и соответственно уменьшается надёжность устройства. Наличие нескольких передатчиков не допускается, очевидно, по причине возможных конфликтов и, соответственно, искажения информации или выходу БИС из строя.

Принципы магистральности и модульности позволяют наращивать управ­ляющие и вычислительные возможности МП путем подсоединения других модулей к системной шине.

Принцип микропрограммного управления состоит в возможности осуществле­ния элементарных операций – микрокоманд (сдвигов, пересылок инфор­мации, логических операций). Используя определенные комбинации мик­рокоманд, можно создать технологический язык, т. е. набор команд, который максимально соответствует назначению системы.

 

2. Обобщенная структурная схема МПС

Обобщенная структурная схема МПС показана на рисунке 3.

В состав МПС входят: центральный процессор (ЦП), ПЗУ, ОЗУ, система прерываний, таймер, устройства ввода/вывода (УВВ).

Рис. 3.  Обобщенная структурная схема МПС

 

Постоянное и оперативное запоминающие устройства (ПЗУ, ОЗУ) образуют систему памяти, предназначенную для хранения информации в виде двоичных чи­сел. Память организована в виде массива ячеек, каждая из которых имеет свой адрес и содержит байт или слово. Байтом называется группа из 8 бит, а сло­во может иметь любую длину в битах. Наиболее часто под словом понима­ют двоичное число длиной два байта. Для обращения к ячейке памяти необ­ходимо выдать ее адрес на шину адреса

Модуль центрального процессора осуществляет обработку данных и управ­ляет всеми остальными модулями системы. Центральный процессор, кроме БИС МП, содержит схемы синхронизации и интерфейса с системной шиной. Он осуществляет выборку кодов команд из памяти, дешифрует их и выпол­няет.

Устройства ввода/вывода или внешние устройства – это устройства, пред­назначенные для ввода информации в МП или вывода информации из него Примерами УВВ являются дисплеи, печатающие устройства, клавиатура, цифро-аналоговый и аналого-цифровой преобразователи, реле, коммутато­ры. Для соединения УВВ с системной шиной их сигналы должны соответст­вовать определенным стандартам, что реализуется с помощью интерфейсов ввода/вывода.

Система прерываний позволяет МПС реагировать на внешние сигналы – запросы прерываний, источниками которых могут быть: сигналы готовно­сти от внешних устройств, сигналы от генераторов, сигналы с выходов дат­чиков. При появлении запроса на прерывание ЦП прекращает выполнение основной программы и переходит к выполнению подпрограммы обслужи­вания запроса прерывания. Для построения системы прерываний МПК со­держат БИС специальных программируемых контроллеров прерываний.

Таймер предназначен для реализации функций, связанных с отсчетом вре­мени. После того как МП загружает в таймер число, задающее частоту, задержку или коэффициент деления, таймер реализует необходимую функцию.

3. Организация шин

Шина – это информационный канал, который объединяет все функцио­нальные блоки МПС и обеспечивает обмен данными.

Конструктивно шина представляет собой n проводников и один общий проводник (земля). Данные по шине передаются в виде слов, которые явля­ются группами бит.

В параллельной шине п бит информации передаются по отдельным линиям одновременно, в последовательной шипе – по одной линии последовательно во времени.

Все основные блоки МПС соединены с единой параллельной шиной, кото­рая называется системной шиной SB (System Bus). Системная шина содержит три шины: адреса, данных и управления.

Шина адреса АВ (Address Bus) является однонаправленной. Она предназна­чена для передачи адреса ячейки памяти или устройства ввода/вывода. На­правление передачи по шине адреса – от МП к внешним устройствам. Ва­рианты условных обозначений однонаправленной параллельной шины показаны на рисунке 4, где стрелка указывает направление передачи.

Рис. 4. Варианты условных обозначений однонаправленной параллельной 16-разрядной шины

Шина данных DB (Data Bus) является двунаправленной. Она предназначена для передачи данных между блоками МПС. Информация по одним и тем же линиям DB может передаваться в двух направлениях – как к МП, так и от него. Варианты условных обозначений двунаправленной шины показаны на рисунке 5.

Рис. 5. Варианты условных обозначений двунаправленной параллельной 8-разрядной шины

 

Шина управления СВ (Control Bus) предназначена для передачи управляю­щих сигналов. Хотя направление управляющих сигналов может быть раз­ным, однако шина управления не является двунаправленной, поскольку для сигналов разного направления используются отдельные линии.

 

 

 

 

Sea of Thieves
Sea of Thieves


Nier Automata
Nier Automata


XBox Live Gold 48 часов
XBox Live Gold 48 часов