МикроЭВМ

January 5, 2012 by admin Комментировать »

Независимо от того, как используется компьютер — для перемещения изображения в видеоигре, для воспроизведения музыки или для управления химическим заводом, — в любом случае принцип его действия один и тот же: он выполняет последовательность действий по отправке нужных данных в соответствующее место в надлежащий момент времени. Эта последовательность точно определена программой, которая как раз и представляет собой список закодированных инструкций, исполняемых в строгом порядке управляющим устройством компьютера. Во время исполнения программа хранится в памяти в виде ряда двоичных чисел; память используется также для хранения данных. Ясно, что в карте распределения памяти должна быть определена область, отведенная для программы, и она не должна пересекаться с областью, отведенной для данных: если бы система попыталась интерпретировать данные как инструкции программы, то результирующая бессмыслица немедленно привела бы к полному беспорядку.

На рис. 14.11 показаны три составные части микроЭВМ: память, устройство сопряжения (интерфейс) ввода/вывода данных и центральный процессор (Central Processor Unit, CPU). Центральный процессор изготовляют, как правило, в виде одной ИС, называемой микропроцессором и содержащей несколько регистров данных (длиной от 8 до 64 разрядов), АЛУ для выполнения арифметических и логических операций, а также «сердце» всей системы — ее управляющее устройство. Это устройство, включающее в себя регистр команд и дешифратор, выбирает и исполняет команды, выставляя подходящие адреса на адресной шине и взаимодействуя с нужными регистрами, АЛУ и ячейками памяти. «Ритм» задается тактовым генератором, который стабилизирован кварцем и работает на фиксированной частоте, обычно в диапазоне 10—200 МГц. В тесном контакте с устройством управления функционирует программный счетчик, который, по мере выполнения команд, переходит от одной ячейки к другой в той области памяти, где хранится программа, обеспечивая, таким образом, реализацию системой в целом той последовательности действий, какая задана программой. Очень редко предусмотренные программой команды исполняются непосредственно в том порядке, в каком следуют ячейки памяти; часто встречаются переходы вперед или назад к тем или иным командам в зависимости от результатов отдельных операций (например, команда «GOTO» и переходы к под

Рис. 14.11. Блок-схема типичной микроЭВМ.

программам и процедурам). Кроме того, управляющее устройство должно реагировать на сигналы, поступающие через входной интерфейс с линией прерывания. Существуют такие реализованные аппаратно специальные входы процессора, что в случае, когда на одном из них возникает активное значение сигнала, программа, закончив выполнение текущей команды, останавливается и процессор начинает выполнять подпрограмму, находящуюся в памяти по определенному адресу.

Логика дешифратора команд и управляющего устройства чаще всего бывает реализована разводкой на кристалле центрального процессора, хотя внутри у некоторых самых сложных процессоров имеется маленький под- процессор, работа которого запрограммирована наперед в его собственной микропрограмме; такой подход обеспечивает большую гибкость при проектировании ИС.

Микропроцессорные ИС, такие как 6502, Z80, 80486 и Pentium, содержат только центральный процессор, и для того, чтобы собрать микроЭВМ, нужно добавить интерфейсные ИС ввода/вывода, ОЗУ и ПЗУ, а также довольно большое число триггеров и логических элементов, чтобы «склеить» все это. Однако в тех приложениях, где не требуется длинных программ, очень полезны однокристальные микроконтроллеры, такие как 8051 и 6805; в этом случае одна ИС содержит (вместе с процессором. — Примеч. перев.) память, устройства сопряжения ввода/вывода и даже тактовый генератор, а стоить она может дешевле печатной платы, на которой стоит.

На рис. 14.12 показана цоколевка популярного микропроцессора 6502, главной составной части заслуженной микроЭВМ Acorn фирмы ВВС Microcomputer. Прежде всего обращают на себя внимание 8-разрядная шина данных и 16-разрядная шина адреса. Обратите внимание: ИС центрального процессора служит источником сигналов на шине адреса, тогда как сигналы данных могут попадать на шину данных из любой части системы, и поэтому шина данных показана как двунаправленная. В системную шину входят также линия чтения/записи и выходы тактовых сигналов. 16 разрядов в адресе позволяют непосредственно обратиться к любой из 64К ячеек памяти, и поэтому максимальный объем памяти составляет 64 Кбайт. По теперешним стандартам, когда обычным стал 32-разрядный адрес, микропроцессор 6502 невелик, но зато он позволяет избежать неудобств, связанных с огромным числом выводов, и является типичным с точки зрения 8-разрядных процессоров, на основе которых функционируют многие микроконтроллеры. Как мы вскоре увидим, микроЭВМ ВВС Micro или эмулятор ВВС. Micro на современном «Архимеде» («Archimedes») позволяют чи-

Рис. 14.12. Цоколевка микропроцессорной ИС 6502 (корпус типа DIL с 40 выводами).

тателю приобрести непосредственный опыт программирования процессора 6502. (На таком процессоре работали компьютеры семейств «Apple» и «Пра- вец», получившие заметное распространение в 80-е годы в нашей стране в качестве «школьных» компьютеров. — Примеч. перев.)

Со стороны входов у процессора 6502 имеется 3 линии прерываний: RST, NMI и IRQ. На тактовый вход подается сигнал от простого кварцевого генератора, например такого, какой показан на рис. 12.7 (для ИС 6502А типичное значение тактовой частоты 2 МГц). Два вспомогательных входа используются только при особых обстоятельствах. Вход «готовность» совместно с выходом «синхронизация» позволяют видоизменять распределение времени в процессе исполнения команд. Подавая извне сигнал на вход «установка переполнения», можно задать значение логической 1 в одном из разрядов внутреннего регистра «флагов» (признаков), что позволяет изменять последовательность событий в процессе выполнения программы.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты