Архитектура микропроцессорных систем

Под архитектурой МП - систем понимается абстрактное представление о системе, определяющее ее возможности по аппаратурной и программной реализации необходимых функций. Архитектура объединяет аппаратурные, микропрограммные и программные средства микропроцессорной техники и позволяет четко выделить функции, реализуемые пользователем аппаратурно и программно.

Микропроцессорная система или микро-ЭВМ включает один или несколько микропроцессоров, БИС постоянной (ПЗУ) и оперативной памяти (ОЗУ), БИС управления вводом и выводом информации и некоторые другие схемы. Связаны эти устройства между собой посредством системы шин. Шина – это совокупность проводников, каждый из которых предназначен для передачи соответствующего бита информации. Обрабатываемая в МП-системе информация вводится или выводится с помощью специальных устройств ввода и вывода информации, называемых периферийными устройствами (ПУ). Информация, необходимая в ходе функционирования МП-системы (программа и данные), хранится в ОЗУ и ПЗУ.

По принципу организации шин МП-системы подразделяются на системы с многошинной структурой и с общей шиной. В микропроцессорных системах организованных по принципу общей шины, обмен информацией между микропроцессором, периферийными устройствами и памятью выполняется по единому правилу. Это позволяет повысить гибкость и эффективность МП-систем, так как весь набор команд обращения к памяти может использоваться и для передачи и обработки содержимого регистра периферийных устройств.

Типичная структура микропроцессорной системы с общей шиной приведена на рисунке 3.6. Рассмотрим назначение отдельных функциональных устройств. Микропроцессор реализует функции обработки информации и управления в соответствии с заданной программой. Обмен информацией между устройствами МП–системы осуществляется по общей шине (см. рисунок 3.6.), которая включает шину данных (ШД) – двунаправленную шину, которая в нашем примере состоит из восьми линий (D 0 –D 7). По ней данные могут следовать либо в микропроцессор, либо из него. Эта особенность ШД на рисунке 3.6 показана стрелкой с двумя остриями. Передача данных в определенный момент возможна только в одном направлении; шину адреса (ША) – однонаправленную, по которой информация передается только в одном направлении, – от микропроцессора к устройствам памяти или ввода – вывода; шину управления (ШУ), которая выполняет функции, аналогичные внутренней шине управления микропроцессора.

Рисунок 3.6 – Структурная схема микропроцессорной системы

Сопряжение микропроцессора с общей шиной МП-системы осуществляется через систему буферных устройств, называемых буферами. Условная схема буфера (одной линии), имеющею три устойчивых состояния, показана на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 – Условная схема буфера

Буфер имеет разрешающий вход. Когда уровень напряжения на разрешающем входе
низкий, буфер работает в режиме, при котором сигнал с входа подается на выход. Если же на разрешающем входе высокий уровень, выход
имеет третье состояние или состояние, отключенное от общей шины.

Использование таких буферов позволяет микропроцессору отключаться от внешних шин (шин данных и адреса), представляя, например, их в полное распоряжение внешних устройств, а также позволяет использовать одну и ту же шину данных как для приема данных (т. е. в качестве входной шины), так и для их выдачи (т.е. в качестве выходной шины). Такое двунаправленное использование шины данных позволяет сократить число выводов микросхемы.