- •Предисловие
- •Введение
- •1. Системный анализ задачи - выделяются процессы и функции, реализация которых будет возложена на мк или ип.
- •Алгоритмизация процессов и функций - разрабатываются алгоритмы решения задачи.
- •Области использования мк
- •Глава 1основы микропроцессорной техники
- •1.1. Классификация микропроцессоров, основные варианты их архитектуры и структуры
- •1.2. Общая структура и принципы функционирования микропроцессорных систем
- •1.3. Система команд и способы адресации операндов
- •Начиная с младшего байта («Little-Endian»);
- •Начиная со старшего байта («Big-Endian»).
- •1.4. Интерфейсы микропроцессорных систем
- •1.4.1. Основные понятия
- •1.4.2. Магистраль vme
- •Verbs находит широкое применение в:
- •VmEbus обеспечивает наилучшее соотношение цена - производительность для системы в целом и предоставляет практически неограниченные возможности наращивания всех ресурсов.
- •1.5. Шина usb
- •На их основе
- •2.1. Структура и функционирование процессоров intel p6
- •2.1.1. Суперскалярная архитектура и организация конвейера команд
- •2.1.2. Режимы работы процессора и организация памяти
- •2.1.3. Регистровая модель
- •1. Функциональные основные регистры:
- •Iopl -уровень привилегий ввода/вывода, задает максимальную величину уровня привилегий текущей программы, при котором разрешается выполнение команд ввода/вывода;
- •2.3 Режимы работы процессора
- •2.1.4. Внутренняя кэш-память
- •8 Зон по 64 Кбайт, занимающих диапазон адресов 0-7fffFh (512 Кбайт);
- •16 Зон по 16 Кбайт, занимающих диапазон адресов 80000h-8ffffh (256 Кбайт);
- •8 Зон размером от 4 Кбайт до максимального размера физической памяти, которые могут размещаться в любой позиции адресного пространства.
- •2.1.5. Форматы команд и способы адресации
- •Содержимого базового регистра евр (вр) или евх (вх);
- •Содержимого индексного регистра esi (si) или edi (di);
- •Disp команды (см. Рис. 2.11).
- •2.2. Система команд: операции над целыми числами
- •Пересылка данных и адресов
- •Xchg - Обмен между регистрами или памятью и регистром
- •Xlat-Преобразование кодов
- •Imul-Знаковое (целочисленное) умножение аам- ascii-коррекция результата умножения
- •Idiv-Знаковое (целочисленное) деление
- •2.2.1. Команды пересылки
- •2.2.2. Команды арифметических операций
- •2.2.3. Команды логических операций и сдвигов
- •2.2.4. Команды битовых и байтовых операций
- •2.2.5. Команды операций со строками символов
- •2.3. Система команд: операции управления
- •Управление программой
- •Прерывания
- •Int3 - Прерывание в контрольной точке
- •Iret-Возврат из подпрограммы обслуживания прерывания
- •2.3.1. Команды управления программой
- •2.3.3. Команды организации защиты памяти
- •2.3.4. Команды управления процессором
- •2.3.5. Префиксные байты
- •2.4. Система команд: операции над числами с плавающей точкой
- •2.4.3. Команды пересылки данных
- •2.4.4. Команды арифметических операций
- •2.4.6. Команды специальных операций
- •2.4.7. Команды управления fpu
- •Команды преобразования
- •Арифметические команды
- •Inub'- Нахождение меньшего значения (беззнаковые байты) Команды сравнения
- •Команды логических операций
- •2.5.1. Форматы представления данных и выполнение операций
- •2.5.2. Команды пересылки и преобразования данных
- •1 2.5.3. Команды арифметических операций '
- •2.5.4. Команды логических операций и сдвигов
- •2.5.5. Команды сравнения и нахождения максимума/минимума
- •2.6. Система команд: операции sse
- •Команды пересылки данных
- •Команды преобразования данных
- •Арифметические команды
- •Команды нахождения максимума и минимума.
- •Команды преобразования формата чисел.
- •Команды управления
- •2.6.1. Форматы представления данных и выполнение операций
- •2.6.2. Команды пересылки и преобразования данных
- •2.6.3. Команды арифметических операций
- •2.6.6. Команды преобразования формата чисел
- •2.6.7. Команды управления
- •2.6.8. Команды пересылки данных с управлением кэшированием
- •2.7. Работа процессора в защищенном и реальном режимах
- •2.7.1. Сегментация памяти в защищенном режиме
- •2.7.2. Страничная организация памяти
- •2.7.3. Защита памяти
- •2.7.4. Поддержка многозадачного режима
- •2.7.5. Реализация режима виртуального 8086 (v86)
- •2.7.6. Функционирование процессора в реальном режиме
- •2.8. Реализация прерываний и исключений. Обеспечение тестирования и отладки
- •2.8.1. Виды прерываний и исключений, реализация их обслуживания
- •2.8.2. Причины возникновения исключений
- •2.8.3. Средства обеспечения отладки
- •2.8.4. Реализация тестирования и контроля функционирования
- •2.9. Risc-микропроцессоры и risc-микроконтроллеры семейств powerpc (мрс60х, мрс50х)
- •2.9.1. Risc-микропроцессоры семейства мрс60х (powerpc)
- •I (invalid) - недостоверное (аннулированное) содержимое строки.
- •2.9.2. Risc-микроконтроллеры семейства мрс5хх ( power pc)
- •3.1. Общие принципы организации кэш-памяти
- •3.1.1. Понятия тега, индекса и блока
- •3.1.2. Механизм кэш-памяти с прямым отображением данных
- •3.1.3. Механизм кэш-памяти
- •3.1.4. Обновление информации в кэш-памяти
- •1.5. Согласованность кэш-памяти
- •3.2.2. Внутренние кэш-памяти команд и данных
- •3.2.3. Алгоритм кэш-замещений
- •3.2 4. Состояния кэш-памяти данных
- •1.При блокированном чтении:
- •3.2.5. Согласованность внутренних кэш-памятей
- •1) Хранить таблицы страниц и директорий в не копируемой в кэш-память области основной памяти или использовать режим сквозной записи страниц;
- •Процессор может быть заменен (возможен upgraded) без изменения памяти и других подсистем мп вс;
- •Без особого снижения общих характеристик системы могут быть использованы более медленные и менее емкие устройства памяти и устройства ввода/вывода.
- •3.3. Функционирование памяти
- •1) Трансляция сегмента, при которой логический адрес, состоящий из селектора сегмента и смещения (относительного адреса внутри сегмента), преобразуется в линейный адрес.
- •3.3.1. Трансляция сегментов
- •Глобальной таблице дескрипторов (gdt);
- •Локальной таблице дескрипторов (ldt).
- •3.3.2. Адресация физической памяти
- •3.3.4. Комбинирование сегментной и страничной трансляции
- •3.4. Защита памяти
- •3.4.1. Зачем нужна защита?
- •Устанавливает различие между разными форматами дескрипторов;
- •Специфицирует функциональное назначение сегмента.
- •1 Поле предела называют также полем границы.
- •2 Байты сегмента размещены в оп в порядке возрастания адресов памяти или в обратном порядке. Такое размещение также называют соответственно по принципу «младший» и «старший крайний».
- •Cpl (текущий уровень привилегий);
- •Rpl (уровень привилегий источника обращений к сегменту) из селектора, используемый для спецификации сегмента назначения;
- •3)Dpl дескриптора сегмента назначения.
- •Загрузить регистр сегмента данных селектором несогласованного, с разрешением чтения кодового сегмента;
- •Загрузить регистр сегмента данных селектором кодового сегмента, который является согласованным и разрешенным для чтения;
- •Использовать префикс переопределения cs, чтобы прочитать разрешенный для чтения кодовый сегмент, селектор которого уже загружен в cs регистр.
- •Для команды call (или для команды jmp для согласованного сегмента) должны быть выполнены следующие правила привилегий:
- •Привилегированные команды, которые нужны для систем управления вычислительным процессом;
- •Чувствительные команды (Sensitive Instructions), которые используются для ввода/вы вода и для действий, связанных с вводом/выводом.
- •1) Проверка того, имеет ли назначение, специфицированное указателем право доступа к
- •Проверка того, соответствует ли тип сегмента заданному использованию;
- •Проверка указателя на соответствие границе сегмента.
- •Verw (Verify for Writing) - проверка доступности по записи обеспечивает те же самые возможности, что и verr для проверки доступности по чтению.
- •3.4.4. Уровень защиты страниц
- •1) Ограничение адресуемой области; 2) проверка типа страницы.
- •3.4.5. Комбинирование защиты сегментов и страниц
- •Глава 4
- •4.1. Структура современных 8-разрядных микроконтроллеров
- •4.1.1. Модульный принцип построения
- •Tiny avr - mk в 8-выводном корпусе низкой стоимости;
- •Classic avr - основная линия мк с производительностью до 16 mips, Flash память программ объемом до 8 Кбайт и статическим озу данных 128. ..512 байт;
- •Mega avr - мк для сложных приложений, требующих большого объема памяти (Flash пзу до 128 Кбайт), озу до 4 Кбайт, производительностью до 6 mips.
- •4.1.4. Резидентная память мк
- •4.1.5. Порты ввода/вывода
- •Однонаправленные порты, предназначенные в соответствие со спецификацией мк только для ввода или только для вывода информации.
- •Двунаправленные порты, направление передачи которых (ввод или вывод) определяется в процессе инициализации системы.
- •4.1.6. Таймеры и процессоры событий
- •Импульсную последовательность с выхода управляемого делителя частоты fBijs;
- •Внешнюю импульсную последовательность, поступающую на один из входов мк.
- •Простое увеличение числа модулей таймеров; этот путь характерен для части мк компаний «Pfilips» и «Atmel» со структурой msc-51, для мк компаний «Mitsubishi» и «Hitachi».
- •Изменение логического уровня с 0 на 1 (нарастающий фронт сигнала);
- •Изменение логического уровня с 1 на 0 (падающий фронт сигнала);
- •Любое изменение логического уровня сигнала.
1.4. Интерфейсы микропроцессорных систем
1.4.1. Основные понятия
Микропроцессорные системы содержат основные устройства, подразделяемые на четыре класса: процессоры, память, периферийные устройства (дисплеи, принтеры, сканеры, клавиатура, мышь и т. п.) интерфейсы. Интерфейсы объединяют различные устройства в систему.
В вычислительной технике под интерфейсом понимается логическая или физическая структура, соединяющая устройства с разными логическими протоколами или конструкциями и служащая для передачи информации между устройствами, нередко разнородными. Интерфейс может быть определен более кратко как совокупность средств, обеспечивающих взаимодействие компонентов системы или сети.
Физический интерфейс—термин, определяющий совокупность механических и электрических средств, а также физических сред. Такая совокупность служит физической основой для создания логического интерфейса.
Логический интерфейс - термин, охватывающий все логические протоколы.
Логический протокол - совокупность правил передачи кодированной информации между устройствами, узлами или элементами системы.
Канал связи - совокупность передатчика, линии связи и приемника, обеспечивающая передачу информации в одном направлении.
Линия связи - техническое устройство (например, пара проводов, кабель, оптоволокно) или луч в физической среде, используемые для пропускания сигналов.
Группа линий - набор линий, служащих для выполнения родственных функций.
Магистраль - совокупность групп линий, служащих для передачи данных и управляющих сигналов. Магистраль соединяет все станции в крейте.
Параллельная магистраль - магистраль, к которой обслуживаемые устройства присоединены параллельно и в которой передача битов происходит параллельно во времени во всех линиях.
Последовательная магистраль - состоит из одной линии с последовательной во времени передачей битов. Обслуживаемые устройства могут быть присоединены параллельно.
Передатчик - устройство, начинающее передачу запросом магистрали или посылкой запроса в канал.
Приемник - устройство, принимающее задание от передатчика и отвечающее ему.
Крейт - каркас для установки модулей, неотъемлемой частью которого являются магистраль или каналы, предназначенные для передачи данных и управляющих сигналов, а также проводники питания.
Модуль - сменный блок, использующий линии магистрали или канала в соответствии со стандартом и занимающий в крейте одну или более станций.
Станция — позиция в крейте для разъема, служащего для соединения модуля с магистралью или каналом.
1.4.2. Магистраль vme
Появившись в конце 1981 г., шина VME стала наиболее популярным открытым стандартом для встраиваемых микропроцессорных систем реального времени и автоматизации рабочих мест. В настоящее время аппаратно- и программно-независимая VME-архитектура сопряжения различных устройств, принятая в качестве стандартов IEEE,ANSI, IEC, поддерживается более 400 фирмами, производящими аппаратуру м VMEbus.
Успех шины VME определяет то обстоятельство, что заложенные в ее архитектуру идеи не только не претерпели никаких изменений, но при этом и нисколько не устарели. В соответствии с требованиями стандарта IEEE-1014 шина имеет разрядность адресов и данных по 32 бит и обеспечивает возможность адресации до 4 Гбайт и скорость обмена до 40 Мбайт/с. Конструктивно платы VME соответствуют стандарту Eurocard на платы одинарной (160x100 мм) и двойной (160x234 мм) высоты. Наличие двух типов размеров плат позволяет создавать как малые, экономичные по габаритам и стоимости, так и высокопроизводительные системы. Для подключения плат к объединительной панели используются 96-контактные соединители типа DIN602-3, имеющие высокую надежность.
Благодаря удачному сочетанию в стандарте VME многих достоинств и поддержке этого стандарта широким кругом производителей аппаратура с шиной VME находит широкое применение в самых различных отраслях - от медицины до аэрокосмических исследований.
Для VME-систем разработано и поставляется несколько операционных систем (ОС). Наиболее перспективными из них являются UNIX-совместимые ОС, а для применений реального времени - OS-9.
Сегодня VMEbus - ведущий стандарт на магистральные шины. Его будущее надежно, несмотря на появления применений, требующих большей производительности, предоставляемой шинами следующего поколения типа FUTUREbus+, SCI.
Распределение рынка VME по областям применения, %:
автоматизация промышленности - 46;
военные/правительственные/аэроприменения - 25;
разработки/наука/медицина -14;
телекоммуникации — 4;
другие применения -11.
3. Магистрально-модульная архитектура VMEbus используется для построения вы числительных систем различного диапазона производительности, от настольных компьютеров до многопроцессорных суперЭВМ, от промышленных контроллеров до систем управления тысячами аналогичных и дискретных каналов.