1 Микропроцессорная система. 2 Особенности микропроцессорных систем Гибкая логика работы меняется в зависимости от задачи; Универсальность может решать. - презентация

1 1 Микропроцессорная система

2 2 Особенности микропроцессорных систем Гибкая логика работы меняется в зависимости от задачи; Универсальность может решать очень много задач; Простота проектирования аппаратуры единообразие схемотехнических решений; Простота отладки единообразие системы связей и протоколов обмена; Аппаратурная избыточность, особенно для простых задач; Ниже быстродействие, чем у устройств с жёсткой логикой; Необходимость разработки и отладки программного обеспечения.

3 3 Основные термины Процессор обработчик и вычислитель, выполняющий все операции над кодами и сигналами; Программа набор управляющих кодов (команд), определяющих логику работы системы; Команда управляющий код, указывающий процессору, что ему надо делать в данный момент; Шина (магистраль, канал) линии связи, объединяющие устройства микропроцессорной системы; Интерфейс (сопряжение) соглашение об обмене информацией, а также технические средства для реализации этого обмена.

4 4 Информационные потоки в микропроцессорной системе

5 5 Структура простейшего микропроцессора

6 6 Структура микропроцессорной системы

7 7 Устройства микропроцессорной системы Процессор обработчик, выполняет пересылку и обработку информации (арифметическую, логическую) в соответствии с программой; управляет выборкой команд; Память оперативная (RAM) и постоянная (ROM) хранит данные и программы. Оперативная для временного хранения данных и программ, постоянная для постоянного хранения, главное для программы начального запуска при включении питания. Устройства ввода/вывода (УВВ, I/O Input/Output) для обеспечения связи микропроцессорной системы с внешними устройствами и с пользователем (внешние интерфейсы и пользовательский интерфейс). Они же помогают процессору в пересылке данных и в реагировании на внешние события.

8 8 Шины микропроцессорной системы Шина адреса (Address Bus) для пересылки кода адреса (индивидуального номера устройства, участвующего в обмене в данный момент). Шина данных (Data Bus) для пересылки данных между устройствами. Двунаправленная шина, состоит из нескольких байтов (1, 2, 4, 8); Шина управления (Control Bus) для пересылки отдельных управляющих сигналов: тактовых, стробирующих, подтверждающих, инициирующих и т.д.; Шина питания (Power Bus) для подведения к устройствам напряжений питания (положительных, отрицательных, общего провода).

9 9 Фазы цикла обмена Адресная фаза: процессор (задатчик, Master) выставляет адрес УВВ (или ячейки памяти), к которому хочет обратиться (исполнитель, Slave); Фаза данных: Цикл записи: процессор выставляет данные, предназначенные для записи, и выдаёт строб записи. Исполнитель принимает данные от процессора. Цикл чтения: процессор выдаёт строб чтения. Исполнитель выставляет данные для передачи процессору. Процессор принимает данные от исполнителя. Фаза подтверждения (не обязательна): исполнитель выдаёт процессору сигнал подтверждения выполнения операции

10 10 Циклы обмена в микропроцессорной системе Программные циклы обмена Чтение (ввод, выборка) команды из памяти (оперативной или постоянной); Чтение (ввод) данных из памяти; Запись (вывод) данных в память; Приём (чтение, ввод) данных из устройства ввода/вывода; Передача (запись, вывод) данных в устройство ввода/вывода; Циклы обмена по прерываниям (Interrupts); Циклы обмена по прямому доступу к памяти (ПДП, DMA – Direct Memory Access); Циклы обмена при захвате шины.

11 11 Программный обмен информацией

12 12 Методы реакции на внешнее событие С помощью периодического программного контроля факта наступления события (метод опроса флага или Polling). Самая быстрая реакция, но процессор не может заниматься ничем другим; С помощью прерывания, то есть насильственного перевода процессора с выполнения текущей программы на выполнение экстренно необходимой программы программы обработки прерывания. Более медленная реакция, обмен со скоростью процессора С помощью прямого доступа к памяти (ПДП), то есть без участия процессора при его отключении от системной магистрали. Медленная реакция, обмен со скоростью контроллера ПДП (быстрее, чем процессор).

13 13 Обслуживание прерывания

14 14 Обслуживание прямого доступа к памяти (ПДП)

15 15 Информационные потоки в режиме ПДП

16 16 Одношинная (принстонская) архитектура

17 17 Двухшинная (гарвардская) архитектура

18 18 Сравнение архитектур Одношинная (принстонская) архитектура проще, меньше требований к процессору, более гибкое перераспределение памяти между программами и данными (память обычно большая), но медленнее (тратится время на чтение команд). Сложные универсальные системы. Двухшинная (гарвардская) архитектура сложнее, больше требований к процессору(одновременное обслуживание двух потоков), нельзя перераспределять память (память обычно небольшая), но быстрее (команды читаются одновременно с пересылкой данных). Простые однокристальные системы специализированные.

19 19 Типы микропроцессорных систем Микроконтроллеры наиболее простой тип микропроцессорных систем, в которых все или большинство узлов системы выполнены в виде одной микросхемы. Узко специализированы, закрыты, шина недоступна. Контроллеры управляющие микропроцессорные системы, выполненные в виде отдельных модулей. Класс задач. Микрокомпьютеры более мощные микропроцессорные системы с развитыми средствами сопряжения с внешними устройствами. Гибко настраиваемые. Шина доступна. Компьютеры (в том числе и персональные компьютеры) самые мощные и наиболее универсальные микропроцессорные системы. Универсальные, дорогие, избыточные.