 |
Функции устройств магистрали.
|
|
|
|
Основные компоненты: процессор, память, устройство ввода/вывода.
Процессор — представляет собой отдельную микросхему или часть микросхемы (в случае микроконтроллера). Микросхема процессора должна иметь выводы трех шин или двух (при мультиплексировании). Важнейшая характеристика процессора — количество разрядов его шины данных, количество разрядов шины адреса и количество управляющих сигналов в шине управления. Разрядность шины данных определяет скорость работы МПС. Разрядность шины адреса определяет сложность МПС. Количество линий управления определяет разнообразие режимов обмена и эффективность обмена процессором с другими устройствами. Кроме выводов шин у процессора есть еще один или два вывода для подключения внешнего тактового сигнала или кварцевого резонатора, так как процессор представляет собой тактируемое устройство. Быстродействие процессора зависит не только от тактовой частоты, но и от особенностей его структуры. Современные процессоры выполняют одновременно нескольких команд за счет их распараллеливания.
|
|
|
 | ||||||||
 | ||||||||
| ||||||||
 | ||||||||
 | ||||||||
Reset — при зависании процессора, при аварийных ситуациях.
Для подключения процессора к системной магистрали используется буфер. После включения питания процессор переходит в первый адрес программы начального пуска. Данная программа предварительно записана в постоянную или энергонезависимую память. После завершения программы начального пуска процессор выполняет основную программу находящуюся в ПЗУ или ОЗУ, для чего выбирает по очереди все команды. Могут возникать всевозможные прерывания а так же обращения процессора к устройствам с циклами ввода/вывода.
|
|
|
Таким образом функции процессора следующие:
1) выборка (чтение) выполняемых команд;
2) ввод (чтение) данных из памяти или устройств ввода/вывода;
3) вывод (запись) данных в память или устройства ввода/вывода;
4) обработка данных (операндов) — выполнение арифметико-логических операций;
5) адресация памяти, то есть задание адреса памяти с которым будет производиться обмен информацией;
6) обработка прерываний и режим ПДП.
Основные функции узлов процессора:
- схема управления — выполняет чтение команд из памяти и их дешифрацию. В последних процессорах организована возможность одновременного выполнения предыдущей команды и выборка следующей. Следующий этап — конвейерная обработка команд.
- АЛУ.
- Схема обработки прерываний и схема ПДП.
- Память: ПЗУ, ОЗУ, стековая, кэш (быстродействующая память процессора).
- В состав устройств ввода/вывода входят селектор, буфера (буферные регистры).
- Цифро-аналаговые и аналогово-цифровые устройства. Для перевода аналоговых сигналов в цифровые предназначены устройства магистрали АЦП (аналаго-цифровой преобразователь), обратное преобразование производит ЦАП.
Для связи с магистралью внешних устройств существуют микросхемы шинного интерфейса. Они имеют три состояния:
- ввод информации от процессору в устройства.
- Вывод информации из устройства в процессор.
- Режим высокого импеданса.
Сопроцессоры — математический сопроцессор (математические действия), контроллер ввода/вывода, контроллер ПДП, контроллер прерываний.
АЛУ — выполняет арифметико-логические операции, какую операцию будет выполнять АЛУ определяется кодом операции. Над пересылкой данных АЛУ участие не принимает, обработкой чисел с плавающей запятой занимаются математические сопроцессоры. Быстродействие АЛУ в основном определяет быстродействие процессора в целом, причем скорость выполнения операции зависит от количества тактов необходимых для выполнения операции. Разработчики процессоров стремятся к тому чтобы уменьшить количество выполняемых АЛУ команд. Второй путь ускорения работы — параллельная работа нескольких АЛУ.
|
|
|
Регистры — ячейки очень быстрой памяти. Здесь хранятся данные, адреса и служебные коды. Чем больше регистров, тем быстрее работает процессор. На быстродействие процессора оказывает влияние разрядность регистров. Именно разрядность регистров и разрядность АЛУ определяет разрядность процессора (которая может не совпадать с внешней разрядностью шины). Аккумуляторы — участвует в работе АЛУ. По отношению к назначению регистров существует 2 подхода:
1. Intel. Каждый регистр имеет строго свое назначение. Плюс: упрощение организации (структуры) процессора. Минус: снижается гибкость при выполнении команд.
2. DEC. Заключается в том что все регистры полноправные. Гибкость системы обеспечивается, но усложняется структура.
3. Motorola. Регистры разделены на адреса и данные.
Особое значение занимает регистр состояния (ССП). Информация которая в нем содержится это не адрес и не данные, а информация о результате выполнения предыдущей команды.
Схема управления прерываниями (смотреть ранее).
Схема управления ПДП (смотреть ранее).
Логика управления (устройство управления). Организует взаимодействие всех узлов процессора. Переадресует данные при необходимости, синхронизирует работу процессора с внешними устройствами, осуществляет процедуру ввода/вывода информации.
Функции памяти:
1. Временное или постоянное хранение информации. Информация в памяти хранится а ячейках, количество разрядов которых равно количеству разрядов шины данных процессора. Обычно количество разрядов кратно 2. допустимое количество ячеек памяти определяется количеством разрядов шины адреса и равно 2n, где n — количество разрядов шины адреса.
2. Память программы начального пуска всегда выполняется на ПЗУ или флэш-памяти.
Многорежимный буферный регистр — имеет 8 разрядов для хранения данных и три состояния: хранение, запись и выдача информации.
|
|
|
Блок приоритетного прерывания. Устройство «решающее» какому устройству разрешить «общение»с процессором.
|
|
|
