16.Классификация микропроцессоров

Микропроцессором-наз. Построенное на одной или нескольких БИС(С-БИС). Программно управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки информации и управления им.

Микропроцессор-это центральный процессорный элемент, микропроцессорной системы (микро ЭВМ) в которую так же входят память и устр. ввода/вывода.

По числу больших интегральных схем в микропроцессорном комплекте различают микропроцессоры

1)Однокристальные 2)многокристальные

Классификация по назначению:

1)Универсальные микропроц. 2) Специализированные микропроц.

Обмен инфр. в микропроцессорных сист:

–Через регистры процессора( небольшими порциями)

–В режиме прямого доступа в память, который происходит минуя регистры процессора(для его реализации используют контроллер прямого доступа в память)

В режиме прямого доступа микропроц. откл. от шин и передает управл. ими контроллеру прямого доступа

Обмен через регистры процес. –наз. программно управляемым: (Классификация по характеру временной организации работы)

–синхронного

–асинхронного

–обмен по прерыванию

Классификация по количеству выполняемых программ:

–Однопрограммные

–Много-или мультипрограммные

Однопрограммные выполняют только одну программу. Переход к выполнению другой программы происходит после завершения текущей программы.

В много- или мультипрограммных микропроцессорах одновременно выполняется несколько (обычно несколько десятков) программ. Организация мультипрограммной работы микропроцессорных управляющих систем позволяет осуществить контроль за состоянием и управлением большим числом источников или приемников информации.

17.Управление памятью и внешними устройствами

Управление памятью. Память состоит из ячеек, каждой из которых присваивается свой адрес. Совокупность адресов, которые могут быть сформированы процессором образуют адресное пространство. Адрес памяти могут занимать всё адресное пространство, а могут только часть. В некоторых случаях часть адресного пространства отводится под адрес регистров внешних устройств (в топологии с общей шиной).

При управлении памятью и внешними устройствами процессор формирует адрес, который затем декодируется всеми получателями адресов. После декодирования полученный адрес сравнивается с собственным. Таким образом, производится выбор необходимого устройства для обмена информации.

Адресное пространство определяется количеством линий в шине адреса. В большинстве микроЭВМ память имеет байтовую организацию, но ячейка памяти может быть двухбайтовая, 4-х байтовая. В микропроцессорных системах применяются несколько способов формирования адреса. При прямой адресации код адреса содержится в команде подлежащей выполнению. Прямая адресация удобна, но удлиняет команды.

В случае прямой регистровой адресации, когда операнд находится в одном из внутренних регистров процессора адрес являетсямалоразрядным, поскольку число таких регистров ограничено.

При косвенной адресации в команде явно или неявно указывается регистр процессора содержащий адрес операнда. Для выполнения такой команды требуется предварительная настройка, загрузка в адрес регистра.

При непосредственной адресации в команде содержится сам операнд. Существуют и другие виды адресации.

Возможность использования различных видов адресации сокращает объём и время выполнения команды. С помощью того или иного способа адресации формируется физический адресный код поступающий на шину адреса для выбора ячейки памяти или ВУ с которым взаимодействует процессор. Адресация может быть абсолютной или не абсолютной.

При абсолютной адресации обратиться к ячейке памяти или ВУ можно только в одной ячейке. При неабсолютной адресации в ячейке памяти или ВУ можно выделить некоторую зону адресов. Число таких зон меньше, чем число отдельных адресов, поэтому для указания зоны потребуется меньшая разрядность адреса, т.е. абсолютная требует полного декодирования, а не абсолютная – частичного, что упрощает схему декодирования.

Для уменьшения обьёма оборудования и упрощения сигнала декодирования может вводиться специальный сигнал управления, например ВУ. При наличии этого сигнала на адрес не реагирует память, при пассивном состоянии не реагирует регистр ВУ.

В некоторых случаях может использоваться страничная организация памяти, при этом адрес состоит из двух частей, одна часть указывает на страницу в которой расположен искомый адрес, другая часть является непосредственно адресом.

Адресное пространство в зависимости от концепции интерфейса с общей и раздельной шиной может делиться на две части: при общей шине обращение к памяти и к ВУ происходит происходитпо одним и тем же командам и по одной и той же шине. Недостатком такого подхода является сужение адресного пространства для памяти, поскольку часть адресов занимается внешними устройствами. Достоинством такого подхода является то, что над данными получаемыми с ВУ можно производить все те же действия, которые производятся над данными находящимися в памяти. Это упрощает программирование.

При раздельной шине, ячейки памяти и ВУ имеют своё адресное пространство, а управляющие сигналы указывают каким объектом осуществляется обмен.

Адресное пространство используется блоками ОЗУ, ПЗУ и ВУ к которым обращается процессор. Распределение адресов между указанными устройствами осуществляется проектировщиками системы. Память может делиться и на банки. При необходимости сохранять информацию в какой-то части ОЗУ можно использовать автономный источник питания. Модуль памяти обычно состоит из нескольких микросхем. В зависимости от принятой организации памяти (2D, 3D) отдельные микросхемы объединяются по входам адресации таким образом, чтобы получить на выходе требуемый размер слова информации.

Адресация это только часть процесса управления памятью и внешними устройствами. Кроме адресов требуются сигналы (стробы) чтения и записи. Чтение RD, записьWR. Задающее направление обмена сигнала разрешенияCS.

Признак обращения к ВУ или памяти. Статические ОЗУ могут быть асинхронными или тактируемыми. Для последних нужен импульсный сигнал, обычно это CS. Вэтом случае для повторного разрешения памяти надо предварительно вернуть сигнал в пассивное состояние.

Стековая память. Может быть аппаратной или программной. Аппаратный стек состоит из ячеек памяти связанных между собой разрядными цепями передачи слов. Запись информации только через вершину стека. Реализуется алгоритм работы «последним вошёл-первым вышел».

В большинстве микроЭВМ стек модернизируют, что позволяет менять ёмкость стека и экономить аппаратуру. Для того, чтобы сохранить алгоритм работы в процессор вводят специальный регистр указателя стека и обозначают SP. Висходном состоянии вSPзаписан адрес ячейки, которое определяется дном стека. В дальнейшемSPсодержит адрес плавающей вершины стека. Причём, при задании нового слова в стек из содержимогоSPвычитается единица, а затем производится запись информации в ячейку на которую указывает модифицированныйSP. При чтении слова из стека сначала производится чтение информации, а затем увеличениеSPна 1. Т.о. алгоритм «последним вошёл-первым вышел». При двухбайтовых словах памяти содержимоеSPпри записи и при чтении должно изменяться на 2.

Стек используется для работы с прерываниями, подпрограммами и т.д. Стандартные сигналы записи и чтения стека PUSHиPOP.

Ассоциативная память. Особым образом организованная память, чтение информации из которой производится не по адресам, а по ассоциативным признакам. Например по значению нулей или единиц каких-то определённых разрядов.