2.3. Синхронизация в микропроцессорной системе
В общем случае микропроцессор состоит из триггеров и комбинационных вентилей и работает как синхронная в последовательностная схема. Триггеры всех регистров и флажков МП получают синхроимпульсы по общей линии от внешнего генератора. Поэтому любые изменения содержимого регистров или флажков могут происходить лишь в строго определенные моменты времени. Частота от генератора подается на входную управляющую линию «такт». На обмен данными с внешним устройством уходит два такта. В них входит время срабатывания шин и время отклика внешней компоненты. Последовательность синхронизирующих импульсов разбивается на так называемые машинные циклы, по три такта в каждом цикле. При работе МП в каждом машинном цикле происходит один внешний обмен. Первый и второй такты тратятся на обмен и иногда на обработку данных; третий такт весь выделятся для переработки данных. При всех внешних обменах используются шины адресов и данных.
Рис. 2.3. Временные диаграммы обменов в МП:
а) выходные обмены
б) входные обмены
Передачи данных делятся на два класса: входные и выходные (по отношению к МП). Каждый класс характеризуется своими временными диаграммами сигналов на шинах. Выходные обмены бывают двух типов. Обмены первого типа, в которых участвует главная память, называются записью; второго, в которых участвует УВВ, называются выводом. В классе входных обменов три типа. Два из них называются чтением и вводом, в них участвуют соответственно главная память и устройство ввода. Третий тип связан с обработкой прерываний.
При операции записи импульс на управляющую линию «запись» подается одновременно с Т2, и он используется для стробирования передачи содержимого шины данных в ячейку главной памяти с адресом, заданным на адресной шине. При операции вывода импульс, также одновременно с Т2 подается на управляющую линию "вывод" и используется для стробирования передачи содержимого шины данных в регистр устройства ввода, код которого задан на младшей половине ША.
Для входных обменов содержимое ША задается в те же моменты и теми же способами, что и для выходных обменов. Содержимое ШД определяется внешним компонентом. МП в интервале между задним фронтом Т1 и передним фронтом Т3 выдает «1» на управляющую линию «чтение» или «ввод», и это служит запросом к внешнему компоненту поместить данные на шину данных. Предполагается, что информация на ШД достоверна между передними фронтами Т2 и Т3 и стробирование передачи ее на один из регистров МП выполняется одновременно с задним фронтом Т2.
Кроме рассмотренных выше управляющих линий ШУ существует еще 8:
«Пуск» − входная линия, которая устанавливает режим автоматической работы МП. Появление импульса на этой линии приводит к тому, что МП по первому же синхроимпульсу начнет выполнять программу с той команды, адрес которой находится в счетчике команд.
«Сброс» − входная линия, с помощью которой МП устанавливается в начальное состояние. По этому импульсу прекращается выполнение программы, счетчик команд устанавливается в ноль, а флажки прерываний сбрасываются.
«Стоп» − выходная линия, на которой поддерживается состояние «1» все время, пока МП не выполняет программы (остановлен).
«Синхр» − выходная линия, на которую подается импульс одновременно с третьим синхроимпульсом каждого машинного цикла и которая используется в некоторых случаях для согласования работы некоторых внешних компонентов с внутренним машинным циклом МП.
Остальные 4 линии относятся к прерываниям и прямому доступу в память.