Сумский государственный университет icon

Сумский государственный университет




НазваСумский государственный университет
Сторінка1/4
Дата30.06.2012
Розмір0.64 Mb.
ТипКонспект
  1   2   3   4


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

СУМСКИЙ 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


^ РАЗДЕЛ II МОДУЛЬ ПАМЯТИ


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


^ Лекция 1 Память микро-ЭВМ


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 статических 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 и переводят ОЗУ в состояние записи (табл. 1.1). Данные помещаются в ячейку памяти (ЯП) по адресу 11002 (12). При записи данных в ЯП, т. е. при =0 и =0, выходы ­— находятся в Н-состоянии. Если осуществляется считывание данных из ЯП, то =1, =0. В состоянии ожидания =1, =* все выходы переходят к Н-состоянию и никакие данные не проходят через входы D1 – D4.

Рассмотрим структурную схему статического ОЗУ (рис. 1.2) Главным элементом этой схемы является накопитель, в котором по строчкам и столбцам сконцентрированы все ячейки памяти.

^ Таблица 1.1 - Состояния ОЗУ

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.



^ Рисунок 1.2 - Структурная схема ОЗУ

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.


^ 2 Интерфейс ОЗУ и ПЗУ. Принцип действия памяти.

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 идет из МП на вход, активизируя .



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 выбора кристалла ПЗУ.

Пусть имеем воображаемую память емкостью 64 кб, т. е. 65536 ячеек памяти. Они разделены на 16 сегментов по 4 кб каждый (табл. 1.2.).

^ Таблица - 1.2 - Воображаемая память ПЗУ

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 выбора кристалла ПЗУ. Спустя некоторое время выход управления считывает МП, активизирует процесс вывода данных из ПЗУ. Расположенные здесь данные помещаются на ШД и перемещаются в МП.

Читаем диаграмму: после того как на адресных линиях установится логический уровень и активизируется вход , ПЗУ нужен определенный отрезок времени для извлечения слова данных. Это время необходимо для внутренней де­шифрации адреса ПЗУ и дешифрации требуемого байта в памяти.

^ Интерфейс МП с ОЗУ (рис. -1.4). ОЗУ помещено в 3-м сегменте сверху. Дешифратор адреса активизирует линию выбора устройства. DC выдает L-импульс в устройство для активизации ОЗУ только в том случае, когда 4 адресных линий (A12 – A15) равны 00102. Как и в случае ПЗУ, декодирование младших 12 бит (A0 – A11) осуществляется системой декодирования ОЗУ.



^ Рисунок 1. 4- Интерфейс микропроцессора с ОЗУ

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 записи МП с линией управления это вход ОЗУ. Когда МП активизирует выход записи L-сигналом, то выдает Н-сигнал в ОЗУ, который определяет операцию считывания. В качестве примера рассмотрим организацию работы микропро­цессора, памяти и портов ввода/вывода микро-ЭВМ. Необходимо выполнить следующие процедуры:

  • 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.



^ Рисунок 1.5 – Диаграмма выполнения процедуры ввода-запоми­нания-вывода


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;

ВЫВЕСТИ (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.





^ Рисунок 1.6-Предсгашгение памяти микро-ЭВМ:

а) типичное со­держание; б) интерпретация содержимого МП


Лекция 2 Структура модуля памяти


1 Структурная схема модуля памяти

2 Принципиальная электрическая схема модуля памяти
  1   2   3   4

Схожі:

Сумский государственный университет iconСумский государственный университет 3477 Лексико-грамматический комментарий
Лексико-грамматический комментарий к вводному грамматическому курсу русского языка для студентов-иностранцев, говорящих по-турецки...
Сумский государственный университет iconСумский государственный университет 3055 русско-украинско-англо-арабский словарь по информатике
Русско-украинско-англо-арабский словарь по информатике для студентов-иностранцев технического профиля обучения / Сост. О. П. Конек....
Сумский государственный университет iconЮго-западный государственный университет (г. Курск, Россия) Гомельский государственный технический университет им. П. О. Сухого (Беларусь) ргкп «Северо-Казахстанский государственный университет им.
Ргкп «Северо-Казахстанский государственный университет им. М. Козыбаева» (Казахстан)
Сумский государственный университет iconТемченко С. А. Сумский государственный университет
Объектно-ориентированный подход к синтезу системы управления винтовым компрессором
Сумский государственный университет iconМинистерство образования и науки украины сумский государственный университет концевич В. Г., Лавренко А. М., Ващенко С. М
Рекомендовано ученым советом Сумского государственного университета как учебное пособие
Сумский государственный университет iconЛаборатория дистанционного обучения, сумский государственный университет, 2004
Необходимость оперативно обновлять информацию: пример из дистанционного курса «Основы права»
Сумский государственный университет iconСумский государственный университет
Краткий русско-украинско-англо-китайский словарь лингвистических терминов / Составители: Т. О. Дегтярева., О. П конек, Н. А. Тубол...
Сумский государственный университет iconСумский Государственный Университет. ( ) Разработчики: Любчак В. А., Остривная Л. Г., Пероганич Е. Н. конспект
...
Сумский государственный университет iconЮго-западный государственный университет (г. Курск, Россия) ргп на пхв «Северо-Казахстанский государственный университет им. М. Козыбаева» (Казахстан) Ставропольский государственный аграрный университет (Россия) ановпо «Казанский институт финансов,
Вас принять участие в работе научно-практической конференции, которая будет проходить 29 июня 2013 года
Сумский государственный университет iconСумский государственный университет
Краткий курс грамматики русского языка в таблицах и схемах для студентов-иностранцев 1–2-го курсов / Составители: Роденко А. В.,...
Сумский государственный университет iconМинистерство науки и образования Украины Сумский государственный университет
Русско-английский словарь к элементарному курсу русского языка / Составители: Т. О. Дегтярёва, Н. Л. Дунь, Н. А. Тубол. – Сумы: Изд-во...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи