Mikroprocesinis sistemos organizacija ir architektūra

Mikroprocesinis sistemos organizacija ir architektūra

MPS turi dvi glaudžiai tarpusavyje susijusias dalis, kurios negali funkcionuoti viena be kitos:

Techninės priemonės, aprūpinimas (vadinama „geležis“, angl. Hard Ware).

Programinis aprūpinimas (vadinama „protas“, angl. Soft Ware).

Technines priemones sudaro visi sistemos elektroniniai ir mechaniniai įrenginiai.

Programinis aprūpinimas tai visos programos ir jų dokumentacija išsaugotos popieriuje ar elektroninėje formoje bei mikroprograminis aprūpinimas – programos įrašytos pastoviojoje atmintyje dvejetainių kodų pavidale.

MPS organizacij¹ apibūdina:

Techninių ir programinių priemonių struktūra (sudėtis).

S¹veika tarp techninių ir programinių priemonių.

Techninių ir programinių priemonių funkcinės savybės, charakteristikos.

MPS yra sudėtinga daugelio lygių (pakopų) hierarchinė sistema, kurioje kiekviename lygyje yra tam tikra to lygio organizacija. Galima išskirti šias organizacijas:

Fizinė organizacija.

Loginė organizacija.

Fizinė organizacija yra žemutinis lygmuo. J¹ apibūdina MPS funkcinė ir principinė elektrinė schemos bei jų aprašymas. Funkcinė schema parodo iš kokių fizinių mazgų ar elementų sudaryta MPS. Principinė elektrinė schema parodo visus elektrinius ryšius tarp sistemos elementų, pavaizduotų sutartiniais grafiniais ženklais. Kiekvienas fizinis elementas apibūdina tam tikras MPS funkcines savybes.

Loginė organizacija turi aukštesnį lygmenį. Loginė organizacija gali būti:

techninių priemonių lygyje;

programinių priemonių lygyje.

Loginė organizacija techninių priemonių lygyje apima MPS techninių mazgų (modulių) sudėtį, tarpusavio ryšius (laikinės funkcionavimo diagramos), atskirų mazgų funkcionavimo algoritmus, jų funkcinius ryšius ir charakteristikas.

Loginė organizacija programinių priemonių lygyje apima MPS programavimo aplinkas, programinės įrangos sudėtį, jos savybes ir fukcines galimybes.

Projektuojant MPS svarbu racionaliai parinktį santykį tarp techninės ir programinės dalių. Galutinis sistemos projektavimo tikslas yra darbingo ir optimalaus mikroprocesorinio valdymo įtaiso sukūrimas. Šiuolaikinių MPS vystymosi tendencijos rodo, kad nuolat mažėja techninė dalis vis¹ laik¹ augant mikroprocesorinių valdymo elementų integracijos laipsniui ir plečiantys programinei daliai.

MPS architektūra suprantama kaip sistemos techninių priemonių funkcinės galimybės, naudojamos, pateikiant programas ir duomenis bei valdant skaičiavimo proces¹. Architektūra tai techninių priemonių visuma ir jų funkcinės galimybės.

Architektūr¹ apibūdina apibendrinta MPS funkcinė schema pateikta 1 pav.

1 pav. MPS apibendrinta funkcinė schema: CP- centrinis procesorius;

SM – sistemos magistralė; AĮ – atminties įrenginys;

Iv. – Iš.Į – įvedimo ir išvedimo įrenginys

Pagrindinis elementas yra centrinis procesius CP, kuris vykdo visas sistemos valdymo funkcijas ir koordinuoja visų kitų elementų darb¹. SM sieja CP su kitais sistemos elementais. J¹ sudaro linijų visuma, kurios skirstomos į tris grupes:

Adresų magistralė (angl. AB – Address Bus).

Duomenų magistralė (angl. DB – Data Bus).

Valdymo magistralė (angl. CB – Control Bus)

Adresų magistralė skirta adresuoti (adresui nurodyti) dvejetainiame kode. Dirbant MPS adresai nurodomi AĮ ir Įv-Iš Į elementams. Kiekvienas adresuojamas elementas turi savo autonominį (unikalų) adres¹.

Duomenų magistralė naudojama duomenims perduoti (rašyti) arba duomenims priimti (skaityti), t.y. duomenų mainams vykdyti.

Valdymo magistralėje formuojami valdymo signalai, kurie užtikrina duomenų mainų procesus duomenų magistralėje.

Atminties įrenginys (atmintinė) yra skirtas programos komandoms ir duomenims, kurie reikalingi programai vykdyti, įsiminti. AĮ turi dviejų rūšių atmintis:

Pastovioji atmintis (PA).

Operatyvioji atmintis (OA).

Išjungus maitinimo įtamp¹ pastovioji atmintis išlieka nepakitusi, o operatyvioji išsitrina. PA saugomos programos ir pastovūs duomenys (konstantos), o OA kintamieji duomenys.

Įv.-Iš. Į (Įvedimo ir išvedimo posistemė) skirtas duomenų mainams tarp MPS ir išorinių objektų, kurie prijungiami prie MPS. Duomenų mainai tarp išorinio objekto ir MP vykdomi per Įv.-Iš. Į ir SM. Tačiau gali būti naudojamas tiesioginis duomenų mainų režimas, kai duomenys perduodami ir priimami be MP. Šiuo atveju duomenų mainus valdo Įv.-Iš. Į, o mainai vyksta tarp išorinio objekto ir AĮ per Įv.-Iš. Į. Tiesioginiai duomenų mainai dažniausiai naudojami tada, kai būtina greitai perduoti didelius duomenų kiekius.

Duomenys naudojami mainuose su išoriniu objektu gali būti:

skaitmeniniai;

analoginiai.

Skaitmeniniai duomenys pateikiami dviem būdais:

Lygiagrečiuoju.

Nuosekliuoju.

Lygiagrečiojo pavidalo skaitmeninių duomenų kiekvienas bitas (skiltis) turi atskir¹ laid¹ (linij¹), kaip parodyta 2 pav. a). Nuosekliojo pavidalo skaitmeniniai duomenys perduodami vienu laidu (linija) bitas paskui bit¹, dažniausiai pradedant jauniausiuoju bitu (žr. 2 pav. b)).

a) Lygiagretusis

b) Nuoseklusis: TxD – perdavimas;

RxD – priėmimas; GND – bendrasis laidas.

2 pav. Skaitmeninių duomenų pateikimo būdai

Analoginiams duomenims priimti iš išorinio objekto naudojamas analoginis skaitmeninis keitiklis (ASK), kuris analoginź įtamp¹ (srovź) keičia skaitmeniniu dvejetainiu kodu. Analoginiamas duomenims perduoti į išorinį objekt¹ taikomas skaitmeninis analoginis keitiklis (SAK), kuris skaitmeninį dvejetainį kod¹ paverčia analogine įtampa (srove). ASK ir SAK suderina signalų rūšis tarp MPS ir išorinio objekto, su kuriuo vyksta duomenų mainai.

MP sistemos magistralė yra atvira, prie jos gali būti jungiami ir kiti įrenginiai. Dažnai MPS naudojamas įrenginys yra realaus laiko skaičiavimo įtaisas – laikmatis, jungiamas prie SM.

Bendruoju atveju MPS funkcionuoja taip: įjungus maitinimo įtamp¹ MP iš AĮ pagal pradinį adres¹ (nulinį 0000H) skaito pirm¹j¹ komand¹. Ji dešifruojama MP, formuojami jai vykdyti reikalingi valdymo signalai ir komanda vykdoma. Po to MP skaito antr¹ komand¹ iš AĮ ir t.t.

Visos komandos vykdomos griežtai nuosekliai viena paskui kit¹. Kiekvienu laiko momentu apdorojama tik viena komanda.