Баравой В.Т. Микропроцессорные устройства
скачать (10274.9 kb.)
Доступные файлы (2):
Баравой В.Т. Микропоцессорные устройства. 1 раздел.pdf | 3275kb. | 06.06.2011 04:14 | ![]() |
Баравой В.Т. Микропоцессорные устройства. 2-3 разделы.doc | 8993kb. | 01.07.2011 06:28 | ![]() |
содержание
- Смотрите также:
- Микропроцессорные устройства [ документ ]
- Микропроцессорные устройства обработки и управления информации [ документ ]
- Иванов Ю.И., Югай В.Я. Интерфейсы средств автоматизации [ документ ]
- №1 «Электронные, микропроцессорные и преобразовательные устройства» Шифр: 192810 [ документ ]
- Микропроцессорные устройства мехатронных систем [ лекция ]
- Генератор сигналов специальной формы [ документ ]
- Микропроцессорные системы [ документ ]
- Устройства ввода-вывода [ реферат ]
- Отче т по лабораторной работе № по дисциплине «Микропроцессорные устройства взрывателей» на тему [ документ ]
- Дудкин А.К. Периферийные устройства ПК [ документ ]
- Электронные, микропроцессорные и вычислительные устройства гибких производственных системах (укр.) [ лекция ]
- Аппаратное обеспечение персонального компьютера [ документ ]
Баравой В.Т. Микропоцессорные устройства. 2-3 разделы.doc
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫСУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
В.Т. БАРАВОЙ
Конспект лекций
по курсу «МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА»
РАЗДЕЛ II МОДУЛЬ ПАМЯТИ
РАЗДЕЛ III МОДУЛЬ ВВОДА/ВЫВОДА
для студентов специальности 6.09 14 01
«Системы управления и автоматики»
дневной и заочной форм обучения
Утверждено
редакционно-издательским советом
университета Протокол № от 2003г.
Сумы Сум ГУ 2007
В настоящем учебном пособии рассматриваются вопросы третьего раздела курса «Микропроцессорные устройства» который назван « МОДУЛЬ ВВОДА/ВЫВОДА». За основу взят комплект БИС КР580. Материал изложен в виде лекций, представлены вопросы этих лекций, что даёт возможность лучше их воспринимать. Дополнительно к учебному пособию издан альбом рисунков со структурными схемами, характеризующими устройства данного модуля. Стиль изложения материала простой, что позволяет свободно его изучать и легко усваивать. Итак в путь.
Приведены основные виды памяти-ОЗУ и ПЗУ, а также буферная и стековая. Рассмотрена структура модуля памяти 8-разрядного МП, интерфейс ОЗУ и ПЗУ, приведены примеры организации работы МП, памяти и портов ввода/вывода. Показана принципиальная электрическая схема модуля памяти. Уделено внимание проектированию запоминающих устройств и управлению памятью со стороны процессора
^
СОДЕРЖАНИЕ
ЛЕКЦИЯ 1 Память микро-ЭВМ...........................................3
1 Полупроводниковая память- ОЗУ, ПЗУ
2 Интерфейс ОЗУ, ПЗУ. Пример организации работы МП, памяти и портов ввода/вывода
ЛЕКЦИЯ 2 Структура модуля памяти................................. 16
1 Структурная схема модуля памяти
2 Принципиальная электрическая схема модуля памяти
ЛЕКЦИЯ 3 Запоминающие устройства, их проектирование...... 25
1 Управление памятью со стороны процессора
2 Проектирование запоминающих устройств микропроцессорных систем
ЛЕКЦИЯ 4 Буферная, стековая память................................. 35
1 Буферная память, её использование
2 Стековая память. Ветвление и выполнение подпрограмм обслуживания прерывания
^
1 Виды полупроводниковой памяти
2 Интерфейс ОЗУ и ПЗУ. Пример организации работы МП, памяти и портов ввода/вывода
Компактная микроэлектронная "память" широко применяется в современной электронной аппаратуре самого различного назначения. В ЭВМ память определяют как функциональную часть, предназначенную для записи, хранения и выдачи команд и обрабатываемых данных. Комплекс технических средств, реализующих функцию памяти, называют запоминающими устройствами (ЗУ).
Для обеспечения работы процессора (микропроцессора) необходимы программа, т. е. последовательность команд, и данные, над которыми процессор производит предписываемые командами операции. Команды и данные поступают в основную память ЭВМ через устройство ввода, на выходе которого они получают цифровую форму представления, т. е. форму кодовых комбинаций 0 и 1. Основная память, как правило, подразделяется на оперативную и постоянную
Оперативное ЗУ предназначено для хранения переменной информации, оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций с данными. Это значит, что процессор может выбрать (режим считывания) из ОЗУ код команды и данные, и после обработки поместить в ОЗУ (режим записи) полученный результат. Причем возможно размещение в ОЗУ новых данных на местах прежних, которые в этом случае перестают существовать. Таким образом, ОЗУ может работать в режимах записи, считывания и хранения информации.
ОЗУ делится на два вида:
статические ОЗУ;
динамические ОЗУ.
^ в качестве ячеек памяти используются триггеры. Динамические ОЗУ строятся проще, и основаны на свойствах электрической емкости (они должны подтверждать содержимое ячейки памяти примерно несколько сотен раз в секунду).
Постоянное ЗУ содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором программы. Такую информацию составляют стандартные подпрограммы, табличные данные, коды физических констант и постоянных коэффициентов и т. п. Эта информация заносится в ПЗУ предварительно, и в ходе работы процессора может только считываться. Таким образом, ПЗУ работает в режимах хранения и считывания.
Функциональные возможности ОЗУ шире, чем ПЗУ: ОЗУ может работать в качестве ПЗУ, т. е. в режиме многократного считывания однократно записанной информации, а ПЗУ в качестве ОЗУ использовано быть не может, так как не позволяет в процессе работы изменить занесенную в него информацию. В свою очередь, ПЗУ обладает преимуществом перед ОЗУ в свойстве сохранять информацию при сбоях и отключении питания. Это свойство получило название энергонезависимость. Оперативное ЗУ является энергозависимым, так как информация, записанная в ОЗУ, утрачивается при сбоях питания.
Стандартные ПЗУ программируются разработчиком. Но существуют и программируемые ПЗУ (ППЗУ). Такие ПЗУ могут быть запрограммированы постоянно пользователем, но необратимо (необходимо специальное оборудование). Стираемые ППЗУ могут быть программируемы и стираемы пользователем (ультрафиолетовыми лучами, электрическим током).
Наиболее типичны системы, содержащие оба типа памяти ОЗУ и ПЗУ, но бывает, что используется только ОЗУ.
Микросхемы памяти изготавливают по полупроводниковой технологии на основе кремния с высокой степенью интеграции компонентов на кристалле, что определяет их принадлежность к большим интегральным схемам (БИС). Конструктивно БИС памяти представляет собой полупроводниковый кристалл с площадью в несколько десятков квадратных миллиметров, заключенный в корпус.
Рассмотрим логическую схему ОЗУ (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 - Логическая схема ОЗУ
Осуществим запись числа 01012 (5) по адресу 11002 (12). На входы данных поступает для записи в память слово 01012, а положение слова в ячейке определено величиной 11002. Две команды управления










Рассмотрим структурную схему статического ОЗУ (рис. 1.2) Главным элементом этой схемы является накопитель, в котором по строчкам и столбцам сконцентрированы все ячейки памяти.
^
Функциональное состояние | Входы управления | Выходы ![]() ![]() | |
![]() | ![]() | ||
Запись | 0 | 0 | Состояние лог. единицы |
Считывание | 0 | 1 | Инверсия размещенных данных |
Ожидание | 1 | * | Состояние лог. единицы |
Каждая ячейка имеет свой адрес. Они в совокупности образуют адресное пространство.

^
Перевод ячейки памяти в режим записи или считывания происходит по сигналу на входе схемы управления.
При этом решаются две задачи:
выбор конкретной ячейки накопителя в которую будет записана или из которой будет считана информация;
запись или считывание информации.
^
Интерфейс МП с ПЗУ (рис. 1.3). Данное ПЗУ имеет емкость 4 кб, 12 линий адресной шины младших разрядов соединяются с ПЗУ. Встроенный в ИС дешифратор адреса может получить доступ к любой из 4096 (212 = 4096) восьми разрядных слов ПЗУ. Сигнал выхода управления считыванием



Рисунок 1.3 - Интерфейс микропроцессора с ПЗУ
С выходами Q0 – Q7 ПЗУ соединены восемь линий ШД. Адресные линии 4-х старших разрядов (А11 – А15) соединяются с дешифратором адреса. Как же работает данная схема? Для доступа в ПЗУ и считывания из него данных МП должен:
активизировать линии;
установить L-сигнал на линии управления
считыванием –.
установить L-сигнал на линии DC адреса и выбора кристалла.
При обращении МП в память по адресу 000Н (т.е. 0000 0000 0000 00002). Младшие 12 бит подключаются по адресным шинам А0 – А15 к дешифратору адреса ПЗУ. К адресным линиям принадлежат и старшие 4 бита (А12 – А15), они декодируются дешифратором адреса. Если А12 – А15 =00002 дешифратор адреса выдает сигнал, который активизирует вход

Пусть имеем воображаемую память емкостью 64 кб, т. е. 65536 ячеек памяти. Они разделены на 16 сегментов по 4 кб каждый (табл. 1.2.).
^
0000 | ПЗУ | 0FFF |
1000 – 1FFF | 0001 | 1 сегмент |
2000 – 2FFF | 00120 | 2 сегмент |
3000 – 3FFF | 0011 | 3 сегмент |
4000 – 4FFF | 0100 | 4 сегмент |
5000 – 5FFF | 0101 | 5 сегмент |
6000 – 6FFF | 0110 | 6 сегмент |
7000 – 7FFF | 0111 | 7 сегмент |
8000 – 8FFF | 1000 | 8 сегмент |
9000 – 91FFF | 1001 | 9 сегмент |
A000 – AFFF | 1010 | 10 сегмент |
B000 – BFFF | 1011 | 11 сегмент |
C000 – CFFF | 1100 | 12 сегмент |
D000 – DFFF | 1101 | 13 сегмент |
E000 – EFFF | 1110 | 14 сегмент |
F000 – FFFF | 1111 | 15 сегмент |
Роль дешифратора состоит в том, чтобы обеспечивать доступ МП только к одному сегменту одновременно. Например, если имеем 4 входа в DC - 0000, то доступным будет нулевой сегмент (пространство памяти 0000 - OFFFH), если на входах 0001, то доступный 1-ый сегмент (пространство памяти 1000 - 1FFFH) и т. д. То есть 4 старших бита выбирают сегмент памяти, а 12 младших бит определяют нужную ячейку памяти в этом сегменте.
Рассмотрим диаграмму, выполненную в виде табл. 1.3

Верхняя линия - переход адресных линий (А0 – A15) на их соответствующий логический уровень. А0 – A11 – активизирует адресные входы ПЗУ, А12 – A15 – декодируется дешифратором адреса и активизируется вход


Читаем диаграмму: после того как на адресных линиях установится логический уровень и активизируется вход

^ (рис. -1.4). ОЗУ помещено в 3-м сегменте сверху. Дешифратор адреса активизирует линию выбора устройства. DC выдает L-импульс в устройство


^
Шина данных становиться двунаправленной для считывания записываемых в ОЗУ данных: 12 линий младших разрядов МП идут прямо на адресные входы ОЗУ; 4 линии соединены с дешифратором адреса; выход




нажать клавишу с буквой А на клавиатуре;
поместить букву А в память микро-ЭВМ;
вывести букву А на экран дисплея.
Это типичная процедура ввода-запоминания-вывода, характерная для микро-ЭВМ. На рис. 1.5 приведена подробная диаграмма её выполнения.
В данной программе всего три команды, хота может показаться, что в памяти программ записано шесть. Это связано с тем, что команды обычно разбиваются на части.
Первая часть команды №1 в приведённой программе это команда ввода данных.
Во второй части команды №1 указывается, откуда нужно ввести данные (из порта №1).
Как нам известно, первая часть команды, предписывающая конкретные действия, называется кодом операции (КОП), а вторая часть - операндом.
Код операции и операнд размещаются в отдельных ячейках памяти программ (КОП хранится в ячейке 100, а код операнда - в ячейке 101 порта №1). Последний указывает откуда нужно взять информацию.
Обратим внимание на то, что на рис. 1.5 функционируют ПЗУ, она названа как программная память и ОЗУ представлена как память данных.
Рассмотрим прохождение команд и данных внутри микро-ЭВМ с помощью занумерованных кружков на диаграмме. Напомним, что микропроцессор — центральный узел, управляющий перемещением всех данных и выполнением операций.
Выполнение типичной процедуры ввод-запоминание-вывод в микро-ЭВМ происходит в определённой последовательности. Рассмотрим этапы работы.
1 МП выдаёт адрес 100 на шину адреса. По шине управления поступает сигнал (CS), устанавливающий память программ (конкретную микросхему) в режим считывания.
2 Запоминающее устройство программ пересылает первую команду (ВВЕСТИ данные) по шине данных, и МП получает это закодированное сообщение. Команда помещается в регистр команд. МП декодирует (интерпретирует) полученную команду и определяет, что для команды нужен операнд.
3 МП выдаёт адрес 101 на шину адреса. Шина управления используется для перевода памяти программ в режим считывания.

^
Обратим внимание, что команды уже засужены в первые шесть ячеек памяти. Хранимая программа содержит следующие команды:
ВВЕСТИ (INPUT) данные из порта ввода № 1
ЗАПОМНИТЬ, т.е. ПОМЕСТИТЬ (STORE) эти данные в ячейку памяти № 200;
^ OUTPUT) эти данные в порт вывода № 10.
4 Из памяти программ на шину данных пересылается операнд « Из порта №1». Этот операнд, содержащий адрес порта №1, передаётся по шине данных к МП и направляется в регистр команд. МП теперь кодирует полную команду («Ввести данные из порта №1»).
5 МП, используя шину данных и шину управления, связывающие его с устройством ввода, открывает порт №1. Цифровой код буквы А передаётся в аккумулятор внутри МП и запоминается там. Важно отметить, что при обработке каждой программной команды, МП действует согласно микропроцедуре выборка-декодированне-исполненне.
6 МП обращается к ячейке №102 по шине адреса. Шина управления используется для перевода памяти программ в режим считывания.
7 Код команды «Запомнить данные» подаётся на шину данных и пересылается в МП, где помещается в регистр команд.
8 МП дешифрует эту команду и определяет, что для неё нужен операнд. МП обращается к ячейке памяти №103 и приводит в активное состояние вход считывания микросхем памяти программ.
9 Из памяти программ на шину данных пересылается код сообщения «В ячейке памяти № 200». МП воспринимает этот операнд и помещает его в регистр команд. Полная команда «Запомнить данные в ячейке памяти № 200» выбрана из памяти программ и декодирована.
10 Теперь начинается процесс выполнения команды. МП пересылает адрес № 200 на шину адреса и активизирует вход записи, относящийся к памяти данных.
11 МП направляет хранящуюся в аккумуляторе информацию в память данных. Код буквы А передается по шине данных и записывается в ячейку № 200 этой памяти. Выполнена вторая команда. Процесс запоминания не разрушает содержимого аккумулятора. В нем по-прежнему находится код буквы А.
12 МП обращается к ячейке памяти № 104 для выбора очередной команды и переводит память программ в режим считывания.
13 Код команды вывода данных пересылается по шине данных к МП, который помещает её в регистр команд, дешифрирует и определяет, что нужен операнд.
14 МП выдаёт адрес №105 на шину адреса и устанавливает память программ в режим считывания.
15 Из памяти программ по шине данных к МП поступает код операнда «В порт №10», который далее помещается в регистр команд.
16 МП дешифрирует полную команду «Вывести данные в порт №10». С помощью шины адреса и шины управления, связывающих его с устройством вывода, МП открывает порт №10, пересылает код буквы А (всё еще находящийся в аккумуляторе) по шине данных. Буква А выводится через порт № 10 на экран дисплея.
Подчеркнём, что именно МП является ядром системы и осуществляет управление всеми операциями. Его работа представляет последовательную реализацию микропроцедур выборки-дешифрации-исполнения. Однако фактическая последовательность операций в МПС определяется командами, записанными в памяти программ. В большинстве МПС передача информации осуществляется способом, аналогичным рассмотренному выше.
Таким образом, в МПС микропроцессор выполняет следующие функции:
выборку команд программы из основной памяти;
дешифрацию команд;
выполнение арифметических, логических и других операций, закодированных в командах;
управление пересылкой информации между регистрами и основной памятью, между устройствами ввода/вывода;
отработку сигналов от устройств ввода/вывода.
На рис. 1.6 показаны схемы представления памяти микро-ЭВМ по её типичному содержанию и по интерпретации содержимого МП.


^
а) типичное содержание; б) интерпретация содержимого МП
Лекция 2 Структура модуля памяти
1 Структурная схема модуля памяти
2 Принципиальная электрическая схема модуля памяти
Скачать файл (10274.9 kb.)