Определение и функции интерфейса микропроцессорных систем

Обмен информацией в микропроцессорной системе.

Определение и виды ПЗУ.

Понятие статических ЗУ.

Понятие динамических ЗУ.

Укрупненная классификация и показатели качества ЗУ.

Вопросы.

Постоянные запоминающие устройства.

ПЗУ в микропроцессорных вычислительных системах служат для хранения программ и другой неизменяемой информации. Важное преимущество ПЗУ по сравнению с ОЗУ – сохранение информации при выключении питания. В настоящее время наиболее распространены следующие виды ПЗУ: программируемые на заводе-изготовители или масочные ПЗУ (МПЗУ); программируемые пользователем; перепрограммируемые ПЗУ.

МПЗУ программируются их изготовителем, который по подготовленной пользователем информации делает фотошаблоны, с помощью которых заносит эту информацию в процессе производства на кристалл ПЗУ. Этот способ самый дешевый и предназначен для крупносерийного производства ПЗУ. Эти ПЗУ можно запрграммировать лишь один раз.

Программируемые пользователем ПЗУ являются более универсальными и, следовательно, более дорогими приборами. Такие приборы доступны для программирования пользователем с помощью специальных устройств, называемых программаторами. Такие ПЗУ применяются на этапе разработки микропроцессорных устройств.

Перепрограммируемые ПЗУ - это ПЗУ с изменяемым содержимым. Допускают многократное программирование. При необходимости в перепрограммировании микросхемы предварительно записанную информацию стирают ультрафиолетовым светом через прозрачное кварцевое окно на поверхности корпуса микросхемы. После очередного программирования информация может сохранятся в ПЗУ десять лет и более.

Микросхемы ПЗУ с электрическим стиранием информации популярны у разработчиков микропроцессорной техники благодаря возможности быстрого стирания и записи, большим допустимым числом циклов перезаписи информации (10000 раз и более). Однако они сложнее и дороже по сравнению с ПЗУ с УФ-стиранием.

Для включения микропроцессора в любую микропроцессорную систему необходимо установить единые принципы и средства его сопряжения с остальными устройствами системы. Для этих целей служит интерфейс, представляющий собой совокупность правил, устанавливающих единые принципы взаимодействия устройств микропроцессорной системы. В состав интерфейса входят: аппаратурные средства соединения (разъем и связи), номенклатура и характер связей, программные средства, описывающие характер сигналов интерфейса и их временную диаграмму, а также описание электрофизических параметров сигналов.

Сложность выполнения разветвленных связей между различными узлами при проектировании БИС и устройств на их основе привела к тому, что практически реализованы и получили широкое распространение магистральные структуры связей, к которым подключены входы и выходы электронных узлов (блоков).

Единая информационная магистраль микропроцессорной системы связывает между собой все устройства и функционально состоит из информационных шин адресов, данных и сигналов управления. Это так назывемая трехшинная организация связей.

Шина адресов. В простой микропроцессорной системе только микропроцессор может вырабатыватьть адреса передаваемой в системе информации. Поэтому шина адресов однонаправленная. Микропроцессор генерирует сигналы кода адреса, а остальные устройства, подключенные к шине адресов, могут только воспринимать их, выполняя непрерывно операцию опознавания кода адреса. Количество линий шины адресов совпадает с разрядностью передаваемого кода адреса. Если используется 16-разрядный код, то в системе разрешается выработка 2¹⁶ = 65536 адресов. Они могут все относиться к адресам ячеек памяти или частично к адресам ячеек памяти и адресам регистров устройств ввода-вывода.

Шина данных. Одни устройства, входящие в микропроцессорную систему могут только передавать или только принимать данные, другие и передавать и принимать данные. Шина данных является двунаправленной, так как необходимо обеспечить все возможные связи системы. Ее разрядность определяется разрядностью микропроцессора и равна 2, 4, 8, 16, 32 бита.

Шина сигналов управления. Микропроцессор, а также некоторые из устройств ввода-вывода генерируют управляющие сигналы, предназначенные для синхронизации и определения типа операций, выполняемых устройствами. Эти сигналы передаются по совокупности линий, в целом образующих шину сигналов управления. Все сигналы управления согласованы с системными сигналами синхронизации. Они задают начало и последовательность срабатывания различных устройств системы. Для задания главной последовательности синхронизирующих импульсов обычно используется внешний генератор на основе кварцевого резонатора. Каждый микропроцессор имеет свою уникальную систему сигналов управления. Но все микропроцессоры имеют общие сигналы, например сигнал СБРОС. Внешний сигнал СБРОС приводит к сбросу всех внутренних регистров микропроцессора и загрузке счетчика команд начальным значением адреса, то есть адресом памяти программ, где записана первая команда программы (обычно это адрес 0000H). Важнейшая управляющая функция микропроцессора – определение направления потоков данных в системе. Когда микропроцессор посылает данные какому-то устройству, происходит операция записи данных, а когда получает данные от какого-то устройства, операция чтения данных. Чтобы задать направление передачи по шине данных микропроцессор генерирует сигналы чтение – запись. Некоторые устройства ввода-вывода могут генерировать сигнал запрос прерывания, если им требуются ресурсы микропроцессора для выполнения какой-то задачи, не допускающей отлагательств. Микропроцессор имеет по крайней мере один вход запроса прерываний. Если запрос принимается микропроцессором, то последний информирует систему и устройство, запросившее прерывание микропроцессора, вырабатывая ответный сигнал подтврждение запроса прерывания. Разная скорость работы устройств ввода-вывода и микропроцессора порождает необходимость приостановки процессора на время подготовки данных во внешнем устройстве. Для этого некоторые микропроцессоры имеют вход ожидание. Подавая сигнал на этот вход, медленно работающее внешнее устройство может приостановить работу микропроцессора на неопределенное время. Микропроцессор в ответ на сигнал ожидание вырабатывает сигнал подтверждение ожидания и переходит в режим ожидания до снятия сигнала ожидание внешним устройством. Всего по шине управления передается до 10 и более разнообразных сигналов управления.