Електроніка та мікропроцесорна техніка (стр. 27 из 35)

ІІ. Студент повинен знати:

- Організацію інтерфейсу мікропроцесорних систем;

- Способи передачі інформації мікропроцесорних систем;

ІІІ. Студент повинен уміти:

- Застосовувати мікропроцесорні системи при побудові електричних схем;

ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.

V. Література: [1, с. 178-179].

VІ. Запитання для самостійного опрацювання:

1. Організація інтерфейсу мікропроцесорних систем

VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.

VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:

1. Що означає поняття – інтерфейс?

2. Яким чином організовується магістральна структура зв'язків?

3. Якими способамиможе передаватися інформація у мікропроцесорних системах?

4. Що означає уніфікований інтерфейсмікропроцесорних систем?

ІХ. Підсумки опрацювання:

Підготував викладач: Бондаренко І.В.

Теоретична частина: Мікропроцесори

План:

1. Організація інтерфейсу мікропроцесорних систем

Література

1. Організація інтерфейсу мікропроцесорних систем

Всі пристрої мікропроцесора і ЕОМ сполучені в єдине ціле. Ці пристрої обмінюються інформацією, сигналами керування по шинах і лініях сигналів. Всі пристрої повинні бути між собою узгоджені (зв'язані) по своїх параметрах.

Сукупність шин і ліній сигналів (інформаційних, повідомлюючих і керуючих), що забезпечує з'єднання груп пристроїв МП і ЕОМ, називається інтерфейсом.

Розглянемо схему інтерфейсних зв'язків мікропроцесора з пристроями вводу-виводу (ПВВ) і оперативним запам'ятовуючим пристроєм (ОЗП) (мал. 8.26). Для зв'язку МП з ПВВ використовується п'ять груп шин. Код вибору (адреси) пристрою передається по шині (групі шин) 1, по шині 2 - сигнал керування зчитуванням - записом, по шині 3 - сигнал запиту на переривання, шини 4 і 5 використовуються для передачі даних від МП до ПВВ і назад.

Мал. 8.26

Для зв'язку МП з ОЗП використовується теж п'ять груп шин. По групі шин 6 передається адреса в ОЗП, шина 7 потрібна для керування зчитуванням-записом, по сигналах на шині 8 приймаються команди в процесор, а шини 9 і 10 забезпечують передачу даних з МП в ОЗП і назад. Всі зв'язки здійснюються через виводи корпусу МП.

Якщо до мікропроцесорної системи підключено декілька ПВВ, будь-яке з них в довільний момент часу може потребувати обслуговування. Запуск програми обслуговування ПВВ полягає в подачі і обробці запитів на переривання. Після появи запиту на переривання МП завершує виконання поточної команди, після чого проводиться запис в стек вмісту лічильника команд. У лічильник завантажується вміст двох певних областей пам'яті, потім вибирається команда з пам'яті, адреса якої визначається вмістом цих областей, виконується програма обробки переривання. Після виконання програми обробки переривання поступає команда повернення. При виконанні команди повернення із стека витягується старе значення лічильника команд і продовжується виконання перерваної команди, починаючи з команди, перед реалізацією якої відбулося переривання.

У МП набули широкого поширення магістральні структури зв'язків. До них підключені входи і виходи електронних вузлів. Електронні вузли володіють такими властивостями, що підключення їх до інформаційної магістралі не утворює короткозамкнутих зв'язків і низькоомних навантажень. Вхідні сигнали записів даних за наявності сигналу керування «дозвіл запису» передаються в регістр і викликають роботу тригерів тільки по передньому фронту сигналу синхронізації. Керування вихідними каскадами тригерів регістра здійснюється сигналом «Дозвіл завдання». Скидання тригерів регістра відбувається імППльсом синхронізації при подачі сигналу «Дозвіл установки нуля». Операція передачі «Регістр - регістр» йде після установки рівнів сигналів керування по імППльсу синхронізації.

Єдина інформативна магістраль МП системи зв'язує між собою два пристрої і функціонально складається з інформаційних магістралей, адрес, даних і сигналів керування.

Магістраль адрес. Вона однонаправлена, тільки мікропроцесор може виробити адресу, що передається в системі інформації, він генерує код адреси, в цей час решта пристроїв, підключених до магістралі адрес, виконує безперервно мікрооперацію визначення коду адреси. Кількість шин магістралі адрес співпадає з розрядністю передаваного коду адреси.

Магістраль даних. Вона двонаправлена, забезпечує всі можливості системи. МП, ОЗ, дисплеї можуть сприймати або передавати дані.

Магістраль керування. Деякі шини ПВВ і МП генерують сигнали керування призначені для синхронізації і визначення операцій пристроїв. Ці сигнали передаються однонаправленими шинами по магістралі керування. Всі сигнали керування узгоджені з сигналами синхронізації. Вони задають початок і послідовність спрацьовування пристроїв системи, блоків і вузлів усередині всіх кристалів ВІС. Для завдання синхронізуючих імпульсів застосовується кварцованний генератор. У мікропроцесорних системах інформація може передаватися трьома способами.

При першому способі (програмно-керована передачі за ініціативою процесора) передача йде по відповідній команді, записаній в програмі процесора, йде від пам'яті до процесора і назад (мал. 8.27).

Другий спосіб (програмно-керована передача по запиту переривання від периферійного пристрою ПП) показаний на мал. 8.28.

Мал. 8.27

Мал. 8.28

Мікропроцесор під час виконання програми по запиту переривання відсторонений від своєї основної програми. Для швидкого вводу, виводу даних і очищення мікропроцесора від керування цими операціями використовується третій спосіб (прямий доступ до пам'яті) (мал. 8.29).

Мал. 8.29

При прямому доступі до пам'яті здійснюється обмін даними між ОЗП і ПП. Прямий доступ до пам'яті (ПДП) підвищує швидкість вводу - виводу інформації і загальну продуктивність МП системи. На вимогу процесора або ПП контролер ПДП задає розмір передаваного блоку даних і область пам'яті, використовуваної при передачі, формує адреси осередків ОЗП, що беруть участь в передачі, підраховує число байт, передаваних через інтерфейс, і визначає момент завершення операції вводу - виводу.

У мікропроцесорних системах і МІКРОЕОМ, побудованих на однокристальних 8-, 16-розрядних мікропроцесорах К580 і К1810, використовується системний інтерфейс И-41, спрощена структурна схема якого приведена на мал. 8.30. Інтерфейс є уніфікованою шиною з функціонально об'єднаних ліній, по яких передаються необхідна інформація і сигнали керування для функціонування ЕОМ, і електроживлення.

Мал. 8.30

Інтерфейс містить всього 72 лінії. З них 20 ліній адреси, 16 - даних, 8 - запиту переривання, сигнали керування і ін. Ці лінії розділені на три шини: адреси з 16 лініями для пам'яті місткістю 64 кбайт і з 4 резервними для розширення місткості пам'яті; даних з 8 двонаправленими лініями і 8 резервними для роботи з 16-розрядними МП; керування з 36 лініями.

У будь-який момент при передачі інформації беруть участь два пристрої (одне з них передає, інше приймає). Передаючий основний пристрій - активний, задатчик. Приймальне додатковий пристрій - пасивний, виконавець. Задатчик, починаючи (ініціюючи) передачу, займає шини інтерфейсу, виставляє адресу виконавця на шину адреси, задає напрям передачі (вводу - виводу, читання - запис), видає інформацію виконавцеві або приймає її з нього.

Задатчиком можуть бути всі пристрої, окрім пам'яті, а виконавцем всі пристрої, підключені до інтерфейсу. Один і той же пристрій може бути і виконавцем, і задатчиком. При зверненні до пам'яті процесор - задатчик, а при обробці запиту переривання - виконавець.

У МП-системі може бути декілька джерел запиту переривання і тому між запитами повинні бути пріоритетні відносини. Блок пріоритетних переривань (БПП) виділяє із запитів, що поступили, найбільш важливий, і по його сигналу МП, що управляє, тимчасово припинить виконання поточної програми і передасть керування іншій програмі. Одночасно може виникати декілька запитів переривання і необхідно визначити найбільш пріоритетний. Це встановлює схема «Арбітр». Схема формування сигналів інтерфейсу (ФСІ) створює сигнали, підтверджуючі переривання, і сигнали для роботи адаптера.

Різноманітні периферійні пристрої сполучаються з МП-системою за допомогою невеликого числа уніфікованих інтерфейсних ВІС. Шляхом програмування виконуваних ними функцій досягається висока універсальність.

У простих випадках використовуються регістри вводу, що адресуються, - виводи (їх називають порти). Перепрограмування їх обмежено. При керуванні простим периферійним пристроєм, що виконує лише декілька операцій, найбільш ефективне застосування портів. Наприклад, управляти через порт периферійним пристроєм можна командами вводу- виводу.

При побудові мікропроцесорних систем використовується магістрально-модульна організація. Вона полягає в тому, що окремі мікропроцесорні засоби виконані у вигляді закінчених модулів ВІС, які об'єднані в систему за допомогою шин (магістралей), розділених пристроями (модулями) в часі при передачі інформації. У них використовуються уніфіковані, тобто не залежні від периферійних пристроїв, команди вводу - виводу даних. У спеціальних блоках керування (адаптерах і контролерах) уніфіковані дані і команди перетворяться в коди і сигнали для окремих ПП. Периферійні пристрої через них підключаються до загальних шин мікропроцесора.