Мікросхеми з можливістю перепрограмування їх функцій (стр. 1 из 2)

Сучасному розвитку техніки зв’язку притаманні дві особливості: цифрова форма подання усіх сигналів, що повинні передаватись чи оброблятись; інтеграція техніки та служб зв’язку, що може бути повністю реалізовано тільки шляхом переводу зв’язку на цифрову та мікропроцесорну техніку.

Мікропроцесори і мікроЕОМ стали новим масовим класом приладів цифрової техніки внаслідок малої матеріалоємності, низького енергоспоживання, високої надійності і малої вартості.

Їх високі техніко-економічні параметри надають вплив, що революціонізує, на ціле покоління пристроїв, обладнання, агрегатів із вбудованими мікропроцесорними засобами, в тому числі і засобів зв’язку.

Важливим критерієм при побудові системи на базі МП є забезпечення взаємозв’язку окремих пристроїв, в тому числі і периферійних.

Усі пристрої, що виконують функції вводу/виводу, а також підготовки даних, відносяться до периферійних пристроїв.

Цілим класом таких пристроїв є мікросхеми з можливістю перепрограмування їх функцій – так звані програмовані інтерфейсні ВІС.

На базі мікропроцесорів, програмованих інтерфейсних ВІС і мікроЕОМ виконані пристрої, що використовуються у сучасних модемах та адаптерах мереж зв’язку, системах рухомого та супутникового зв’язку, в керуючих пристроях вузлів комутації каналів та пакетів.

МП та спеціалізовані ВІС широко використовуються також в технічних пристроях, що забезпечують підвищення надійності зв’язку (системах технічної діагностики, технічного обслуговування тощо), в системах керування комплексами та мережами зв’язку, а також, безумовно, у складі ПЕОМ, без яких вже неможливо уявити собі адміністрування сучасними системами і вузлами зв’язку.

Мікропроцесорний комплект К1810, з центральним процесором МП К1810ВМ86, є типовим представником ВІС високого ступеня інтеграції.

Продуктивність пристроїв, побудованих на основі цього комплекту приблизно на порядок вище продуктивності 8-розрядного МП комплекту КР580.

МП К1810ВМ86 уявляє собою однокристальний мікропроцесор з такими технічними характеристиками:

1) технологія - n-МОП;

2) число транзисторів в кристалі - 29 тис;

3) тип корпусу - пластиковий, 40 виводів;

4) тактова частота - 5 МГц, живлення +5В;

5) розрядність слова даних – 16;

6) ємність адресного простору - 1 МГбайт, адресний простір вводу-виводу - 64 К портів;

7) число різноманітних мнемонік команд - 91, загальне число команд -3800, число типів адресації - 8.

Для скорочення необхідної кількості виводів ВІС молодші 16 адресних ліній мультиплексовані у часі з лініями даних і складають одну шину.

Його структурна схема складається з відносно автономного пристрою спряження із шиною (ПСШ), який організує упереджуючу вибірку команд, і операційного пристрою, який витягує команди з черги і виконує відповідні операції.

ПСШ і операційний пристрій можуть працювати паралельно, що забезпечує збіг у часі процесів вибірки і виконання команди. Тому в цикл команди ВМ86 не включають такти вибірки команди.

Операційний блок складається з АЛП, блоку регістрів загального призначення, регістра ознак і схеми керування і синхронізації.

АЛП містить суматор для виконання операцій складання і віднімання, схеми зсуву, а також множник, у склад якого входять програмно-недоступні регістри часового зберігання проміжних результатів.

Блок регістрів загального призначення складається з вiсьми 16-розрядних регістрів. Регістри AX, BX, CX і DX, які припущують роздільне звертання до старших і молодших байтів (напр. AH і AL) використовуються частіше для зберігання даних, а регістри SI, DI, BP і SP - для зберігання адрес в командах з непрямою адресацією.

Регістр ознак (прапорців) - 16 розрядний регістр, молодший байт якого повністю співпадає з регістром ознак МП КР580.

Старший байт містить 4 додаткових прапорцi:

прапорець OF - ознака переповнення при роботі з знаковими числами.

прапорець TF - ознака режиму відладки, при TF=0 МП переходить в покроковий режим.

прапорець DF - виявляє напрямок зміни адрес при обробці ланцюжків: від молодшого байта до старшого або навпаки.

прапорець IF - аналогічний тригеру переривання МП ВМ80.

Схема керування і синхронізації містить дешифратор команд і керує роботою МП і виробляє сигнали керування для зовнішніх пристроїв (ОЗП, ПЗП, портів вводу-виводу).

Пристрій спряження з шиною, який інакше має назву шинний інтерфейс, містить блок сегментних регістрів, указник команд, суматор адрес, черга команд і буфери, що забезпечують зв’язок з шиною.

Шинний інтерфейс виконує операції обміну між МП і пам’яттю або портами вводу-виводу за запитаннями операційного пристрою.

Коли операційний пристрій зайнято виконанням команди, шинний інтерфейс самостійно ініціалізує вибірку кодів чергових команд з пам’яті.

Черга команд уявляє собою набір 8-розрядних регістрів і виконує роль регістра команд, в якому зберігаються коди, вибрані з програмної пам’яті.

Тривалість черги складається з 6 байт, що відповідає максимально тривалому формату команд.

Шинний інтерфейс ініціалізує вибірку наступного командного слова автоматично, як тільки в черзі звільняться два байти.

Як правило, в черзі знаходиться мінімум один байт потоку команд, так що операційний пристрій не очікує вибірки команди.

Зрозуміло, що випереджаюча вибірка команд дозволяє економити час тільки при звичайному порядку виконання команд.

В тих випадках, коли до моменту зчитування з’ясовується, що черга вільна, операційний пристрій очікує вибірку чергового командного слова, яку ініціалізує шинний інтерфейс.

Якщо команда потребує звертання до пам’яті або порту вводу-виводу, операційний пристрій запитує шинний інтерфейс на виконання необхідного циклу шини для передачі даних.

Сегментні регістри - CS, DS, ES і SS містять адреси сегментів коду, даних, додаткових даних і стека, відповідно.

Звичайно використовуються в таких парах: CS:IP, DS:SI, ES:DI,SS:SP.

Сегментація пам’яті і механізм формування фізичної адреси.

Фізична адреса МП ВМ86 містить 20 біт, таким чином його адресний простір містить 1МГб (

). У цей же час сам процесор оперує логічними адресами, що містять 16 розрядів сегмента і 16 розрядів зміщення у сегменті. Тому необхідно перетворювати логічну 32-розрядну адресу у фізичну 20-розрядну.

Для цієї мети в суматорі адреси вміст сегментного регістра зсувається на 4 розряди і складається iз зміщенням у сегменті.

Можливі переноси в старші розряди (більші 20-го) при цьому втрачаються.

Таким чином, завдяки наявності сегментних регістрів весь простір пам’яті уявляється як набір сегментів. Сегментні регістри ініціалізуються на початку кожної програми шляхом завантаження в них відповідних констант.

Початкові адреси сегментів завжди кратні 16.

Інших обмежень на розміщення сегментів немає, тому вони мають можливість частково або повністю перекриватися. Якщо записати в усі сегментні регістри однакові константи, то отримаємо модель пам’яті, характерну для 8-розрядних МП (або SMALL для мови високого рівня - Паскаля чи Сі).

Дуплексна шина адреси-даних - за двоспрямованою шиною адреси-даних в режимі часового роозподілу можуть передаватися й адреси, й дані.

Така структура шини потребує, принаймнi, однієї додаткової зовнішньої мікросхеми, в якій можна було б фіксувати значення адреси і зберігати її, коли по шині почнеться передача даних.

У мінімальному режимі структурну схему МП пристрою можна зобразити так, як це наведено на рис. 1.

Рисунок 1 - Структурна схема МП пристрою на МП 8086 у мінімальному режимі

До сигналів керування шиною відносяться сигнали:

MX/MN - вибір максимального (в багатопроцесорній системі) або мінімального режиму роботи МП;

M/IO - вибір пам’яті (=1) або зовнішніх пристроїв (=0), наприклад, при звертанні до ПЗП M/IO=1, цей сигнал тримається протягом всього машинного циклу;

ALE - строб адреси, на початку Т1 при ALE=1 на шині адреси-даних знаходиться адреса, цей сигнал скидається 0 на початку другого машинного такту;

BHE - розташування передачі старшого байта по ШД;

DEN - строб даних, він встановлюється як сигнал супроводження даних у такті Т3;

RD,WR - сигнали читання і запису, встановлюються тільки у відповідних циклах (читання або запису);

DT/R - прийом-передача даних.

До сигналів керування процесором відносяться сигнали:

CLK - сигнал тактової синхронізації, від зовнішнього генератора тактових імпульсів;

RESET - скид;

RDY - вхідний сигнал готовності пристрою;

HOLD, HLDA - запит і дозвіл захоплення шини;

INTR, INTA - запит і дозвіл переривання, що маскується;

NMI - запит переривання, що немаскується.

Виконання команд можна представити послідовністю циклів шини, на протязі яких МП звертається до пам’яті за командами або обмінюється даними з пам’яттю або зовнішніми пристроями.

В ВМ86 немає такої різноманітності машинних циклів, як у ВМ80. Кожний машинний цикл ініціюється УСШ і містить 4 обов’язкових такти Т1-Т4.

Коротше кажучи, в такті Т1 на ША/Д видається адреса, в такті Т2 виробляється комутація напрямку передачі, в Т3 - Т4 - передача даних.

Наведемо приклад роботи МП у мінімальному режимі.

При виконанні циклу читання в такті Т1 МП виставляє адресу ЗУ або ВУ, а також видає, якщо потрібно, сигнал супроводження старшого байта BHE.

В такті Т2 відбувається перемикання шин. На лініях ШA/С з’являються сигнали стану процесора, які залежать від виду дії, що виконується. В такті Т3 МП встановлює сигнал RD=0 і перевіряє сигнал готовності (RDY).

Якщо повільно-діючий ВП не може передавати інформацію з максимальною швидкістю, то між тактами Т3 і Т4 вводиться необхідне число тактів очікування Tw, поки дані не будуть передані. В такті Т4 процесор зчитує дані, що передаються.

При виконанні циклу запису такт Т1 співпадає з описаним вище. Такт Т2 відрізняється тим, що МП відразу виставляє на ША/Д дані. В такті T3 також перевіряється сигнал RDY і Т4 не починається до появи сигналу RDY=1, а вводяться додаткові Tw. Дані залишаються на ША/Д до кінця такту Т4 і супроводжуються сигналом запису WR.