Микропроцессоры

Управляющие программы включают блоки прерывания, организации ввода-вывода, связи с оператором, обнаружения ошибок и т. д.; системные программы - обработка данных от преобразователей (для проблемно-ориентированных языков), служебные (контроль программ при вводе, тестирование аппаратуры, включение и выключение устройств), стандартные (кодовые преобразования, арифметические операции, математические стандартные функции). Совокупность оптимального набора управляющих, системных и целевых программ составляет программное обеспечение управляющей ЭВМ.


4.3. Структура и функционирование микропроцессорных систем


Микропроцессором (МП) называют построенное на одной или нескольких
БИС/СБИС программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс об
работки информации и управление им.
Решаемая задача определяется реализуемой МП программой, структура
микропроцессорной системы остается неизменной, что и определяет ее
универсальность.
Микропроцессоры появились, когда уровень интеграции ИС достиг значений, при которых необходимые для программной реализации алгоритмов
блоки удалось разместить на одном или нескольких кристаллах. МП - цен-
тральный процессорный элемент микропроцессорной системы (микро-
ЭВМ), в которую также входят память и устройства ввода/вывода (внешние
устройства).
Совокупность БИС/СБИС, пригодных для совместного применения в со-
ставе микроЭВМ, называют микропроцессорным комплектом БИС/СБИС
(МПК). Понятие МПК задает номенклатуру микросхем с точки зрения возможностей их совместного применения (совместимость по архитектуре, электрическим параметрам, конструктивным признакам и др.). В состав
МПК могут входить микросхемы различных серий при условии их совместимости.
В микропроцессорной системе (МПС) организуется процесс выполнения заданной программы. Самые разные задачи решаются путем выполнения
последовательности команд, свойственных данному микропроцессору (входящих в его систему команд). Вычислительные, контрольно-измерительные или управляющие системы, обрабатывающим элементом которых служит МП, относятся к числу МПС.
Практически всегда структура МПС является магистрально-модульной. В такой структуре имеется группа магистралей (шин), к которым подключаются
различные модули (блоки), обменивающиеся между собой информацией
поочередно, в режиме разделения времени.
Термин "шины" относится к совокупности цепей (линий), число которых
определяет разрядность шины.
Типична трехшинная структура МПС с шинами адресов ША, данных ШД и управления ШУ. Наряду с русскими терминами применяются английские
АВ (Address Bus), DB (Data Bus) и СВ (Control Bus).
На рис. 4.2 показана структура микропроцессорной системы с микропроцессором, имеющим мультиплексируемую шину адресов/данных (например, МП K1821BM85A).
Выводы микропроцессора A_15-8 являются адресными, через них в систему передается старший байт 16-разрядного адреса. В эту шину включен формирователь с постоянно открытым по входу разрешением EN, выполненный на базе буферного регистра ИР82. Шинный формирователь обеспечивает работу шины на нагрузку, образуемую внешними цепями и устройствами. Собственной нагрузочной способности у выводов МП, как правило, не хватает.
Выходы микропроцессора AD_7-0 предназначены для формирования младшего байта адреса A_7-0 и байта данных D_7-0. При этом выводы AD_7-0 мультиплексируются. Вначале они используются для передачи младшего байта адреса, признаком чего служит наличие сигнала ALE (Address Latch Enable), загружающего этот байт в регистр ИР82.
После загрузки регистра сигнал ALE снимается, и содержимое регистра остается неизменным вплоть до новой загрузки в следующем цикле работы
процессора. Так формируется 16-разрядная шина адреса, содержащая адрес
AD_15-0. Этот адрес используется блоками постоянной и оперативной памяти
ROM и RAM.
Адресация портов ввода и вывода данных требует восьмиразрядного адреса, что соответствует возможности работы с 256 портами каждого из типов. Адрес портов можно снимать с любой половины адресной шины (во взятом для примера МП состояния обоих полушин адреса при адресации портов дублируются).

Рис. 4.4. Структура микропроцессорной системы
После передачи младшего байта адреса шина AD_7-0 используется для передачи данных. Передача данных носит двунаправленный характер. Направление передачи данных задается режимом буфера данных BD в зависимости от логического уровня сигнала Т (Transit). При активном состоянии сигнала чтения RD (Read) данные передаются справа налево, при пассивном – данные передаются обратном направлении. К шине данных подключены информационные выводы всех модулей МПС.
Выводы x₁ и x₂ служат для подключения кварцевого резонатора или иных
контуров, задающих частоту тактового генератора, расположенного на кристалле микропроцессора.
Вход микропроцессора RESIN является входом асинхронного сброса, приводящим МП в исходное состояние. Сброс микропроцессора может быть осуществлен вручную путем замыкания ключа К, а также автоматически при включении питания U_СС. В этом случае благодаря цепочке RC напряжение на входе RESIN нарастает постепенно, и в течение некоторого времени после включения питания остается низким (ниже порогового), что равноценно подаче сигнала RESIN.
Выполняя программу, МП обрабатывает команду за командой. Команда задает выполняемую операцию и содержит сведения об участвующих в ней
операндах. После приема команды происходит ее расшифровка и выполнение, в ходе которого МП получает необходимые данные из памяти или
внешних устройств. Ячейки памяти и внешние устройства (порты) имеют
номера, называемые адресами, которыми они обозначаются в программе.
По однонаправленной адресной шине ША микропроцессор посылает адреса, определяя объект, с которым будет обмен, по шине данных ШД (двунаправленной) микропроцессор обменивается данными с модулями (блоками) системы, по шине управления ШУ идет обмен управляющей информацией.