Типовая архитектура микропроцессорной системы

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Информационные и вычислительные системы»

Прикладное программирование и основы микропроцессорной техники

Методические указания

к лабораторному практикуму для студентов

специальностей АС, АСВ, АР, НК

Санкт-Петербург 2008

Введение

Интенсивное развитие технологий является следствием компьютеризации общества. В формируемом ежегодно в США группой экспертов перечне «критических технологий», охватывающем практически все направления производства, исследований и разработок, оказывающих влияние на военный и экономический статус страны, микроэлектронные технологии традиционно занимают первое место. Выпуск каждой новой модели микропроцессора связан с очередным научным, конструкторским, технологическим прорывом.

Универсальные микропроцессоры широко используются в вычислительных системах: персональных ЭВМ, рабочих станциях, в системах управления, работающих в реальном времени.

Одним из преимуществ микропроцессорных систем является их гибкость, т.к. логика их функционирования определяется программой, хранимой в оперативном или постоянном запоминающем устройстве.

Применение микропроцессорных комплектов в качестве элементной базы позволяет с успехом решать такую важную задачу как снижение стоимости разработки аппаратуры и ее серийного производства.

Для эффективного решения прикладных задач любой современный специалист, профессионально связанный с вычислительной техникой, должен иметь представление о состоянии и перспективах развития ее элементной базы.

Микропроцессоры. Особенности архитектуры.

Микропроцессором (МП) называется функционально законченное устройство, представляющее собой вариант процессора современной ЭВМ и реализованное в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС).

Микропроцессорный комплект (МПК) – это совокупность микропроцессорных и других интегральных микросхем, совместимых по архитектуре, конструктивному исполнению и электрическим параметрам и обеспечивающих возможность совместного применения.

Микроконтроллер – устройство логического управления, выполненное на основе одной или нескольких МП-БИС. Он может быть программируемым и непрограммируемым и обычно имеет специальный интерфейс, обеспечивающий связь с конкретным управляемым устройством.

Микро-ЭВМ – ЭВМ в состав которой входит МП, память, средства связи с пультом управления (ПУ), при необходимости – ПУ и источник питания, объединенные общей конструкцией.

Микропроцессорная система (МПС) – это любая вычислительная, контрольно-измерительная или управляющая система, в которой для обработки информации используется МП.

Архитектура МП – это общая логическая организация МП, определяющая процесс обработки данных в нем и включающая:

- методы кодирования данных;

- состав;

- назначение;

- принципы взаимодействия аппаратных средств и программного обеспечения (ПО).

Основные отличия МП от процессоров определяются интегральным исполнением:

- ограниченное число выводов микросхемы;

- ограниченное число элементов на кристалле;

- трудность организации большого числа внутрикристальных связей.

Типовая архитектура микропроцессорной системы

шина адреса (AB)

шина данных (DB)

In/Out

RAM

ROM

CPU

шина управления (CB)

рис.1. Типовая архитектура микропроцессорной системы

Разрядность двунаправленной шины данных – от 8 разрядов.

Разрядность шины адреса – от 16 разрядов.

CPU – центральное процессорное устройство. Обеспечивает выполнение всех операций в соответствии с заданным алгоритмом. Практически обеспечивает выполнение всего процесса функционирования системы.

ROM (ПЗУ) – постоянное запоминающее устройство.

RAM (ОЗУ) – оперативное запоминающее устройство.

In/Out - интерфейсы ввода-вывода (порты ввода-вывода). Обеспечивают связь системы с периферийными устройствами.

Кроме этого, в состав системы может входить контроллер прямого доступа к памяти для управления внешними запоминающими устройствами.

Однокристальные МП с малой разрядностью шин данных и адреса ориентированы на применение в устройствах цифровой автоматики, в управляющих блоках периферийных устройств ЭВМ.

МП с большой разрядностью шин обладают следующими достоинствами:

- большой объем адресуемой памяти;

- развитая система команд;

- разнообразные способы адресации:

- встроенные векторные системы прерываний;

- автоматическое обнаружение отказов питания.

Ниже на рисунке 2 представлена более подробно архитектура простейшей микропроцессорной системы.

ШД

D7 – D0