Шина данных шина адреса шина управления микропроцессора

Шина данных

По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении, т.е. шина данных является двунаправленной.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Разрядность процессоров постоянно увеличивалась по мере развития компьютерной техники.

За 25 лет, со времени создания первого персонального компьютера (1975г.), разрядность шины данных увеличилась с 8 до 64 бит.

Шина адреса

Шина адреса предназначена для передачи по ней адреса того устройства (или той ячейки памяти), к которому обращается процессор. Адрес на нее выдает всегда только процессор. По шине данных передается вся информация. При операции записи информацию на нее выставляет процессор, а считывает то устройство (например, память или принтер), адрес которого выставлен на шине адреса. При операции чтения информацию выставляет устройство, адрес которого выставлен на шине адреса, а считывает процессор.

Таким образом, каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет адресное пространство процессора, т.е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:

image002

Каждой шине соответствует свое адресное пространство, т. е. максимальный объем адресуемой памяти:

image003

image004

image005

image006

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 32 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно:

N == = 4 294 967 296 = 4 Гб

В персональных компьютерах величина адресного пространства процессора и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда различаются. Несмотря на то, что общий объем адресуемой памяти достигает 4 Гбайт, величина фактически установленной оперативной памяти может быть значительно меньше.

Аппаратно на системных платах реализуются шины различных типов. В компьютерах РС/286 использовалась шина ISA (Industry Standard Architecture), имевшая 16-разрядную шину данных и 24-разрядную шину адреса. В компьютерах РС/386 и РС/486 используется шина EISA (Extended Industry Standard Architecture), имеющая 32-разрядные шины данных и адреса. В компьютерах PC/ Pentium используется шина PCI (Peripheral Component Interconnect), имеющая 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса.

Шина управления

По шине управления передаются сигналы такие, например, как сигналы чтения, записи, готовности, определяющие характер обмена информацией по магистрали.

Сигналы управления определяют, какую операцию считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами. Кроме того, каждое внешнее устройство, которому нужно обратиться к процессору, имеет на этой шине собственную линию.

Когда периферийное устройство «хочет обратиться» к процессору, оно устанавливает на этой линии специальный сигнал (сигнал прерывания), заметив который, процессор прерывает выполняемые в этот момент действия и обращается (командой чтения или записи) к устройству.

Источник

Шины в микропроцессорной системе

В предыдущей главе я рассказывал про цифровую электронику и общее устройство микроконтроллера (МК). А также, что он состоит из процессора, устройств ввода-вывода (УВВ) и устройства памяти. Но я практически ничего не сказал о том, как они общаются между собой. А это весьма важная тема, в которую я и посвящу тебя в этот раз.

Шины и разряды

Как ты уже знаешь, вся информация в цифровой технике стараниями инженеров и математиков представляется в виде двоичных чисел, которые записываются с помощью всего двух цифр: «0» и «1». Обычное десятичное число «3» в двоичной записи будет выглядеть как «11», т.е. 310 = 112. Нижние индексы указывают в какой системе счисления записано число, т.е. 10 – десятичная, а 2 – двоичная. Одна цифра в двоичном числе называется разрядом. У разрядов есть старшинство. Самый правый разряд называется младшим, а самый левый – старшим. Старшинство разряда растет справа налево:

product img 1484267520.39

Двоичное число, состоящее из 8 разрядов называется 8-ми разрядным, из 16 – шестнадцатиразрядным и т.д. Разрядность двоичного числа имеет самое прямое отношение к взаимодействию между процессором, памятью и устройствами ввода-вывода.

Дело в том, что в твоем МК бегают такие же двоичные числа. Они ходят от памяти к процессору, от процессора назад к памяти или УВВ, а от последних к процессору. Бегают они естественно по проводам (в МК эти шины спрятаны внутри микросхемы). Каждый провод в определённый момент времени может передавать только один разряд со значением «0» или «1». Поэтому, чтобы передать, к примеру, 8-ми разрядное число от процессора к памяти или назад понадобится минимум 8 таких поводов.

Несколько таких проводов, объединенных вместе называются шиной. Шины бывают нескольких видов: шина адреса, шина данных и шина управления. По шине адреса бегают числа, которые обозначают адрес ячейки памяти или устройства ввода-вывода, откуда ты хочешь получить или куда хочешь записать данные. А сами данные будут передаваться уже по шине данных. Это похоже на почтовую посылку. У посылки есть адрес и есть содержание. Так вот в микропроцессорной системе, каковой МК также является, адрес и данные передаются по разным путям, именуемым шинами.

Сколько проводов должно быть в шине?

Это напрямую зависит от конструкции процессора. Процессор может иметь 32-разрядную шину данных и 16-ти разрядное АЛУ. Такие случаи в истории процессоров и МК встречаются многократно. Поэтому разрядность процессора не определяет 100% разрядность шин данных и шин адреса. Всё зависит от конкретной конструкции.

На что влияет разрядность шины адреса

Самым главным, на что она влияет, является количество адресов, которые можно по ней передавать. Например, в 4-разрядной системе это будет всего 2 4 = 16 адресов, в 64-разрядной числов сдресов будет уже 2 64 =18 446 744 073 709 551 616. Таким образом, чем выше разрядность шины адреса, тем к больше объем памяти и больше устройств ввода-вывода, с которыми может работать процессор. Это важно.

На что влияет разрядность шины данных

Её разрядность определяет сколько данных процессор может считать за один раз. Чем выше разрядность, тем больше данных можно считывать за один раз. Её разрядность, как и разрядность шины адреса целиком определяется конструкцией конкретного процессора или МК. Но при этом всегда кратна восьми. Связано это с тем, что практически во всех устройствах памяти минимальной единицей информации является байт, т.е. двоичное число из 8-ми разрядов.

Зачем было нужно вводить ещё одно название: байт? Оно служит для обозначения количества информации. Если количество разрядов говорит просто о длине двоичного числа, то битность говорит о количестве информации, которую это число несет. Считается, что один разряд двоичного числа может передавать 1 бит информации. При этом биты группируются в байты, килобайты, мегабайты, гигабайты, терабайты и т.д.

Кстати, 1 байт = 8 бит, 1 килобайт = 1024 байтам, 1 мегабайт = 1024 килобайтам и т.д. Почему именно 1024? Все это связано с тем, что размер памяти всегда кратен степени двойки: 2 3 = 8, 2 10 =1024. В свою очередь кратность двойке была выбрана благодаря тому, что она упрощает техническую реализацию устройств памяти. Устройство памяти представляет.

Читайте также:  Что такое разомкнутая блокировка стартера

Алгоритм работы микроконтроллера

Давай теперь попробуем посмотреть как взаимодействует процессор с памятью и разберёмся зачем нужна шина управления. Любой процессор помимо выполнения арифметических и логических команд умеет делать ещё несколько важных операций: чтение из ячейки памяти, запись в ячейку памяти, чтение из порта ВВ, запись в порт ВВ:

Для того, чтобы указывать какую из этих операций производить используется шина управления. По этой шине от процессора к памяти или портам ввода-вывода передаются сигналы:

RD (read) сигнал на чтение
WR (write) сигнал на запись
MREQ (memory request) запрос обращения к памяти
IORQ (input/output request) запрос обращения к портам в/в
READY сигнал готовности
RESET сигнал сброса

Когда процессору требуется обратиться к памяти он выставляет на шине управления сигнал MREQ, при этом будет выставлен одновременно с ним сигнал RD/WR. Если процессор будет писать в память, то выставляется сигнал WR, если чтение – RD. Тоже самое происходит, если процессор обращается к портам ввода-вывода.

А вот сигнал READY нужен для того, чтобы сообщить процессору, что чтение/запись завершены. Всё довольно просто. Если тебя одолевают вопросы почему несмотря на то, что и память и порты ввода-вывода, через которые подключены внешние устройства, не конфликтуют, то разгадка будет довольно простой. В каждый момент времени процессор обращается только к одному конкретному устройству: либо памяти, либо через порты к портам ввода-вывода. И шина управления обеспечивает правильное разделение доступа.

Все описанное – упрощенная модель микропроцессорной системы, каковой является и персональный компьютер, и микроконтроллер.

Теперь вырисовывается уточнение к алгоритму работу микроконтроллера, который я описывал в прошлой главе. Когда ты подаёшь питание на МК, то он выставляет сигнал на шине управления MREQ, RD, а на шине адреса адрес, по которому в ячейке памяти программ должна находиться первая команда его программы (чаще всего это нулевой адрес памяти программ). Затем МК её выполнит и в зависимости от этой и последующих команд на шине управления, адреса и данных будут появляться соответствующие сигналы и данные.

Подведу итоги:

Источник

Концепция системной шины. Назначение адресной шины, шины данных и шины управления.

СИСТЕМНАЯ ШИНА (system bus), совокупность линий передачи всех видов сигналов (в том числе данных,адресов и управления) между микропроцессором (см. МИКРОПРОЦЕССОР) и остальными электроннымиустройствами компьютера (см. КОМПЬЮТЕР). Часть системной шины, передающая данные, называетсяшиной данных, адреса — адресной шиной, управляющие сигналы — шиной управления. Важнойхарактеристикой системной шины, влияющей на производительность персонального компьютера, являетсятактовая частота системной шины — FSB (Frequency System Bus).
Персональный компьютер на базе x86-совместимого микропроцессора построен по следующей схеме:микропроцессор через системную шину подключается к системному контроллеру (обычно такой контроллерназывают «северным мостом» — North Bridge). Системный контроллер включает в себя контроллероперативной памяти и контроллеры шин, к которым подключаются периферийные устройства. К северномумосту обычно подключают наиболее производительные периферийные устройства (например, видеокарты(см. ВИДЕОАДАПТЕР)), а менее производительные устройства (микросхема BIOS, устройства с шиной PCI)подключаются к «южному мосту» (South Bridge), который соединяется с северным мостом специальнойвысокопроизводительной шиной. Набор из «южного» и «северного» мостов называют чипсетом (см.ЧИПСЕТ) (chipset). Системная шина работает в качестве магистрального канала между процессором ичипсетом.

Шина данных служит для обмена информацией между устройствами компьютера, например, между оперативной памятью и контроллерами устройств. Адресная шина используется процессором при чтении данных из оперативной памяти. По ней процессор сообщает оперативной памяти адрес ячейки, из которой нужно считать данные. Информация по адресной шине передается только в одном направлении – от процессора к памяти. Важной характеристикой шин, как каналов связи, является их пропускная способность. Пропускная способность определяется разрядностью шины, то есть числом одновременно передаваемых по ней бит информации, и, для шины данных, частотой шины, то есть количеством элементарных операций по посылке и принятию информации за единицу времени. Разрядность шины данных и адресной шины на одном компьютере может быть различна. В современных компьютерах наиболее часто используются шины данных с разрядностью 32 и 64 и адресные шины с разрядностью 32. Разрядностью адресной шины определяется величина адресного пространства, то есть максимальное количество доступных процессору ячеек памяти. Пример: Пусть адресная шина имеет разрядность 8, тогда адрес ячейки памяти может состоять только из восьми разрядов, следовательно процессор может обратиться к ячейкам с адресами от 0 до 111111112 = 28–1=25510. Таких ячеек 256 – адресное пространство весьма скромного размера. Размер адресного пространства L можно вычислить по формуле L = 2n, где n – разрядность адресной шины.

Шина управления — компьютерная шина, по которой передаются сиг­налы, определяющие характер обмена информацией по ма­гистрали. Сигналыуправления определяют, какую операцию (считывание или запись информации из памяти) нужно производить, синхронизируют обмен информациеймежду устройствами и т. д.

Эта шина не имеет такой же четкой структуры, как шина данных или шина адреса. В шину управления условно объединяют набор линий, передающих различные управляющие сигналы от процессора на все периферийные устройства и обратно. В шине управления присутствуют линии, передающие следующие сигналы[1]:

· MREQ — сигнал инициализации устройств памяти (ОЗУ или ПЗУ);

· IORQ — сигнал инициализации портов ввода-вывода.

Кроме того, к сигналам шины управления относятся: READY — сигнал готовности, RESET — сигнал сброса.

Понятие стека в вычислительной системе. Использование стека при вызове подпрограмм и обработке прерываний.

h

Протоколы стека OSI отличает большая сложность и неоднозначность спецификаций. Эти свойства явились результатом общей политики разработчиков стека, стремившихся учесть в своих протоколах все случаи жизни и все существующие и появляющиеся технологии. К этому нужно еще добавить и последствия большого количества политических компромиссов, неизбежных при принятии международных стандартов по такому злободневному вопросу, как построение открытых вычислительных сетей.

Из-за своей сложности протоколы OSI требуют больших затрат вычислительной мощности центрального процессора, что делает их наиболее подходящими для мощных машин, а не для сетей персональных компьютеров.

Стек протоколов TCP/IP — набор сетевых протоколов передачи данных, используемых в сетях, включая сеть Интернет. Название TCP/IP происходит из двух наиважнейших протоколов семейства — Transmission Control Protocol (TCP) и Internet Protocol (IP), которые были разработаны и описаны первыми в данном стандарте. Также изредка упоминается как модель DOD в связи с историческим происхождением от сети ARPANET из 1970 годов (под управлением DARPA, Министерства обороны США).

Протоколы работают друг с другом в стеке (англ. stack, стопка) — это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего, используя механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает поверх протокола IP.

Стек протоколов TCP/IP включает в себя четыре уровня:

прикладной уровень (application layer),

транспортный уровень (transport layer),

сетевой уровень (internet layer),

канальный уровень (link layer).

Протоколы этих уровней полностью реализуют функциональные возможности модели OSI. На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие пользователей в IP-сетях. Стек является независимым от физической среды передачи данных.

Cтек IPX/SPX является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанным для сетевой операционной системы NetWare еще в начале 80-х годов. Структура стека IPX/SPX и его соответствие модели OSI иллюстрирует рис. 1. Название стеку дали протоколы сетевого и транспортного уровней — Internetwork Packet Exchange (IPX) и Sequenced Packet Exchange (SPX). К сетевому уровню этого стека отнесены также протоколы маршрутизации RIP и NLSP. А в качестве представителей трех верхних уровней на рисунке приведены два популярных протокола: протокол удаленного доступа к файлам NetWare Core Protocol (NCP) и протокол объявления о сервисах Service Advertising Protocol (SAP).

Читайте также:  Хорошая программа для диагностики автомобиля для айфона

Стек NetBIOS/SMB является совместной разработкой компаний IBM и Microsof (рис. 1). На физическом и канальном уровнях этого стека также задействованы уже получившие распространение протоколы, такие как Ethernet, Token Ring, FDDI, а на верхних уровнях — специфические протоколы NetBEUI и SMB.

Протокол Network Basic Input/Output System (NetBIOS) появился в 1984 году как сетевое расширение стандартных функций базовой системы ввода-вывода (BIOS) IBM PC для сетевой программы PC Network фирмы IBM. В дальнейшем этот протокол был заменен так называемым протоколом расширенного пользовательского интерфейса NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface). Для совместимости приложений в качестве интерфейса к протоколу NetBEUI был сохранен интерфейс NetBIOS. NetBEUI разрабатывался как эффективный протокол, потребляющий немного ресурсов и предназначенный для сетей, насчитывающих не более 200 рабочих станций. Этот протокол содержит много полезных сетевых функций, которые можно отнести к транспортному и сеансовому уровням модели 0SI, однако с его помощью невозможна маршрутизация пакетов. Это ограничивает при-менение протокола NetBEUI локальными сетями, не разделенными на подсети, и делает невозможным его использование в составных сетях.

Протокол Server Message Block (SMB) поддерживает функции сеансового уровня, уровня представления и прикладного уровня. На основе SMB реализуется файловая служба, а также службы печати и передачи сообщений между приложениями.

Выводы

· В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия.

· Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом.

· Формализованные правила, определяющие взаимодействие сетевых компонентов соседних уровней одного узла, называются интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню.

· Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

· Открытой системой может быть названа любая система, которая построена в соответствии с общедоступными спецификациями, соответствующими стандартам и принятыми в результате публичного обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

· Модель OSI стандартизует взаимодействие открытых систем. Она определяет 7 уровней взаимодействия: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический.

· Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов. Наиболее популярными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA и OSI.

Источник

Процессор и цифровые шины

Типовая схема микропроцессорной системы.

Структурная схема типичной микропроцессорной системы

Основным действующим элементом современной микропроцессор­ной системы является микроконтроллер.Однако для того, чтобы понять основополагающие принципы работы, сначала все же необходимо оста­новиться на микропроцессоре.Сразу нужно сказать, что микропроцес­сор не работает сам по себе. Микропроцессор — это всего лишь часть той или иной микропроцессорной системы.

Кроме собственно микропроцессора, в состав микропроцессорной системы входят и другие, не менее важные элементы. На рис. 2.1 приведена обобщенная структурная схема типичной микропроцессорной системы. Рассмотрим детально, как она устроена. Как вы видите, названия всех эле­ментов системы даны как в русском, так и в английском варианте.

image001

Русские названия когда-то пытались внедрить в практику в бывшем СССР. Поэтому и сейчас они иногда встречаются в литературе. Однако в настоящее время более широкое распространение получили английские, а точнее — международные наименования. Каждое наименование как в рус­ском, так и в английском варианте представляет собой определенное сокра­щение полного названия элемента. Ниже приведена их расшифровка.

CPU (Central Processing Unit) — центральное процессорное устрой­ство (ЦПУ).

RAM(Random Access Memory) — устройство с произвольным до­ступом, или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

ROM(Read Only Memory) — память только для чтения, или посто­янное запоминающее устройство (ПЗУ).

Port I/O(Port Input/Output) — порт ввода-вывода.

Теперь рассмотрим все эти элементы подробнее. Замечу только, что процессор не всегда был Микропроцессором. Были времена, когда процессор представлял собой одну или даже несколько электронных плат, набитых радиоэлементами.

Виды памяти

Два вида памяти (ОЗУ и ПЗУ) предназначены для хранения информа­ции (данных и программ). Оба вида памяти представляют собой набор ячеек,в каждой из которых может храниться одно двоичное число. Деление на постоянную и оперативную память достаточно условно. С точки зрения процессора, оба эти вида памяти практически идентичны. Однако все же между ними есть одно довольно существенное различие.

После того, как информация записана в ОЗУ, она хранится там лишь до тех пор, пока подано напряжение питания. Как только питание будет отключено, информация, записанная в ОЗУ, тут же теряется. Об этом мы уже говорили выше. Классический пример ячейки ОЗУ — это простей­ший регистр, построенный на D-триггерах.

В такой регистр можно записывать информацию и читать ее оттуда. Однако если отключить, а затем включить питание, то все триггеры, из которых состоят регистры ОЗУ, установятся в случайное состояние. Информация будет утеряна. Современные микросхемы памяти стро­ятся на основе совсем других технологий. Но и по сей день не придумано достаточно быстродействующее устройство памяти, не теряющее инфор­мации при выключении питания.

Самая распространенная на сегодняшний день технология построе­ния ОЗУ — это так называемая динамическая память.Хранение инфор­мации в микросхемах динамической памяти осуществляется при помощи динамически подзаряжаемых миниатюрных емкостей (конденсаторов), выполненных интегральным способом на кристалле кремния.

Каждый конденсатор хранит один бит информации. Если значение бита должно быть равно единице, то схема управления заряжает кон­денсатор. Если в ячейке должен быть логический ноль, то конденсатор разряжается. Заряженный конденсатор может хранить свой заряд, а, значит, и записанную в него информацию в течение всего нескольких миллисекунд. Для того, что бы информация не потерялась, используют регенерацию памяти.

Специальная схема периодически считывает содержимое каждой ячейки памяти и подзаряжает конденсаторы для тех битов, где записана единица. Для ускорения процесса регенерации все ячейки памяти каждой микросхемы разбиваются на строки. Считывание и обновление произво­дится сразу для целой строки. Для нормальной работы динамического ОЗУ регенерации должна непрерывно работать в течение всего времени, пока включено питание. В современных ОЗУ схема регенерации встраи­вается внутрь самих микросхем.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) предназначено для долговременного хранения информации и не теряет записанную инфор­мацию даже после выключения питания. При изготовлении микросхем ПЗУ применяются совершенно другие технологии. На заре микропро­цессорной техники микросхемы ПЗУ осуществляли хранение информа­ции благодаря прожиганию внутренних микроперемычек на кристалле. Занесенная таким образом информация не могла быть изменена. Если информация устаревала, микросхему просто выбрасывали и заменяли на другую.

На смену однократно программируемым ПЗУ пришли ПЗУ с ультра­фиолетовым стиранием. Такие микросхемы ПЗУ допускали многократ­ное использование. Пережигаемые перемычки получили возможность восстанавливаться. Перед повторным использованием микросхему нужно было «стереть». То есть восстановить перемычки. Для этого кри­сталл микросхем подвергался облучению световым потоком ультрафио­летового диапазона, для чего микросхемы снабжались специальным око­шечком в верхней части корпуса.

Количество циклов записи-стирания для таких микросхем было ограничено. Микросхемы с ультрафиолетовым стиранием просуще­ствовали достаточно долго. Они и сейчас работают во множестве микропроцессорных устройств, изготовленных на рубеже прошлого и нынешнего веков.

Читайте также:  Уаз 469 стартер крутит не заводится

Современные же микросхемы ПЗУ строятся по так называемой флэш-технологии (Flash). Такие микросхемы также основаны на применении специальных пережигаемых перемычек с возможностью восстановления. Но стирание информации в данном случае происходит электрическим путем. Поэтому такие микросхемы еще называют ЭСПЗУ (электрически стираемые ПЗУ). Весь процесс стирания осуществляется внутри микро­схемы. Для запуска процесса стирания достаточно подать определенную комбинацию сигналов на ее входы.

Будучи включенными в состав микропроцессорной системы, микро­схемы ОЗУ и микросхемы ПЗУ работают как единая память программ и данных. Хотя процессор и работает с обоими видами памяти одинаково, но из ПЗУ он может только читать информацию. Запись информации в ПЗУ невозможна. Если микропроцессор все же попытается произвести запись, то ничего страшного не произойдет. Просто в ячейке останется то, что там было до попытки записи.

Порты ввода-вывода

Это полезно запомнить. Порты ввода-вывода это специальные устройства, при помощи которых микропроцессорная система может общаться с внешним миром.

Без портов теряется весь смысл микропроцессорной системы. Она не может работать сама по себе. Микропроцессор должен чем-то управлять, а иначе зачем он? Через порты ввода процессор получает внешние воз­действия (управляющие сигналы). Например, сигналы от кнопок, датчи­ков. При помощи портов вывода процессор управляет внешними устрой­ствами (реле, моторами, световыми индикаторами, дисплеями).

Процессор работает с портами ввода-вывода практически так же, как и с ячейками памяти. Работа с портами сводится к тому, что процессор просто читает число из порта ввода или записывает число в порт вывода. В качестве порта вывода чаще всего выступает обыкновенный парал­лельный регистр. Порт ввода еще проще. Это простая ключевая схема, которая по команде с центрального процессора подает внешние данные на его входы.

Процессор и цифровые шины

Главным управляющим элементом всей микропроцессорной системы является процессор. Именно он, за исключением нескольких особых случаев, управляет и памятью, и портами ввода-вывода. Память и порты ввода-вывода являются пассивными устройствами и могут только отве­чать на управляющие воздействия.

Для того, чтобы процессор мог управлять микропроцессорной систе­мой, он соединен со всеми ее элементами при помощи цифровых шин. Как мы уже говорили, шина — это набор параллельных проводников, по которым передается цифровой сигнал. Эти проводники называются линиями шины.

В каждый момент времени по шине передается одно двоичное число. По каждой линии передается один разряд этого числа. В любой микро­процессорной системе имеется, по крайней мере, три основные шины. Все они изображены на рис. 2.1, но даны только русскоязычные названия шин.

Ниже приведена расшифровка этих названий и их англоязычный эквивалент:

♦ ШД — шина данных (DATA bus);

♦ ША — шина адреса (ADDR bus);

♦ ШУ — шина управления (CONTROL bus).

Все вместе эти три шины образуют системную шину. Рассмотрим под­робнее назначение каждой шины.

Шина данных

Шина данных предназначена для передачи данных от микропроцес­сора к периферийным устройствам, а также в обратном направлении. Разрядность шины данных определяется типом применяемого процес­сора. В простых микропроцессорах шина данных обычно имеет 8 раз­рядов. Современные процессоры могут иметь шину данных в 16, 32, 64 разрядов. Количество разрядов всегда кратно восьми.

Это полезно запомнить.Двоичное число, имеющее восемь разрядов, называется байтом.

В вычислительной технике байт, по сути, стал минимальной (после бита) единицей информации. Шестнадцатиразрядная шина данных может за раз передавать до двух байтов. 32-разрядная шина передает до четырех байт. 64-разрядная — до восьми. Какой бы ни была разрядность шины, она всегда имеет возможность при необходимости передать всего один байт. И это не случайно. Любой процессор должен иметь возмож­ность записать информацию в одну отдельную ячейку памяти или в один отдельный порт ввода-вывода. А также прочитать информацию из одной ячейки или одного порта.

Шина адреса

Как и шина данных, шина адреса представляет собой набор прово­дников, по которым происходит передача двоичных чисел в электронной форме. Однако, в отличие от шины данных, двоичные числа, пере­даваемые по шине адреса, имеют другой смысл и назначение. Они пред­ставляют собой адрес ячейки памяти или номер порта ввода/вывода, к которому в данный момент обращается процессор. Количество разрядов адресной шины отличается большим разнообразием.

Пример.Микропроцессор серии К580ИК80 имеет 16 разрядов адреса. Это можно считать минимальным количеством для микропроцессора. Процессор Intel 8086, на котором собран компьютер IBM PC-XT, родо­начальник всех PC-совместимых персональных компьютеров, имеет 20 разрядов шины адреса. Современные процессоры имеют до 32 раз­рядов и больше.

От количества разрядов шины адреса зависит то, какое количество ячеек памяти может адресовать процессор. Процессор, имеющий шест­надцатиразрядную шину данных, может обращаться к 2 16 (то есть к 65536) ячейкам памяти. Это число называется объемом адресуемой памяти.

Реальный объем подключенной памяти может быть меньше, но никак не больше этой величины. Если все же есть необходимость в подключе­нии большего объема памяти, применяют специальные схемные ухищре­ния (переключаемые банки памяти). В каждый момент времени к микро­процессору подключается свой банк памяти. Переключением банков управляет сам микропроцессор.

Объем памяти определяется в байтах.Сколько ячеек памяти, столько и байт. Существует понятие килобайт, мегабайт, гигабайт, терабайт и т. д. Однако в вычислительной технике используется необычный способ под­счета количества байт в килобайте.

Внимание.

Такой способ подсчета может показаться странным. Но это только на первый взгляд. На самом деле тут действуют те же закономерности, что и в случае с дешифратором. Вспомните полный и неполный дешифраторы.Для того, чтобы это было более понятно, приведу один небольшой пример.

Пример.

Для адресации 1024 ячеек памяти нужна шина адреса, имеющая ровно 10 разрядов. То есть к адресной шине в 10 разрядов максимально можно подключить 1024 ячейки памяти. Если бы мы подключили 1000 ячеек, то нам все равно пришлось бы использовать 10 разрядов адреса, которые, в этом случае, использовались бы не полностью. Поэтому вы никогда не встретите микросхему памяти, имеющую 1000 ячеек. Именно по этой причине реальный объем памяти любой микропроцессорной системы, даже если она меньше максимально возможной для данной разрядно­сти шины адреса, всегда будет кратным степени двойки.

Для адресации портов ввода-вывода используется та же самая шина адреса. Но микропроцессору обычно не требуется так много портов, как ячеек памяти. Поэтому чаще всего для адресации портов используется не вся шина данных, а только несколько его младших разрядов. Например,в микропроцессоре К580ИК80 для адресации портов используется только 8 младших разрядов шины адреса.

Шина управления

Шина управленияв строгом понимании не является цельной циф­ровой шиной. Просто для управления процессами обмена информации микропроцессорная система должна иметь некий набор линий,передаю­щих специальные управляющие сигналы. Эти линии и принято объеди­нять в так называемую шину управления. Что же это за линии и что за сигналы? Ниже приведен примерный набор линий шины управления.

RD (Read) — сигнал чтения.

WR (Write) — сигнал записи.

MREQ— сигнал инициализации устройств памяти (ОЗУ или ПЗУ).

IORQ— сигнал инициализации портов ввода-вывода. Кроме того, к сигналам шины управления относятся:

READY— сигнал готовности;

RESET— сигнал сброса.

И еще несколько специальных сигналов, о которых мы поговорим позже

Источник

Оцените статью
Adblock
detector