 Оглавление
1.Опишіть мікропроцесорну систему як частинний випадок електронної системи. 1
2.В чому переваги та недоліки традиційної цифрової системи (системи на “жорсткій логіці”) порівняно з універсальною (програмованою) системою? 2
3. В чому переваги та недоліки універсальної (програмованої) цифрової системи порівняно з традиційною системою (системою на “жорсткій логіці”)? 3
4. Опишіть властивості процесора, як головного вузла універсальної (програмованої) цифрової системи. 4
5. Що таке класична структура зв'язків у лектроннихсистемах? В чому її переваги та недоліки порівняно із шинною структурою зв'язків? 4
6. Що таке шинна структура зв'язків у електронних системах? В чому її переваги та недоліки порівняно із класичною структурою зв'язків? 5
7. Що таке програмний обмін інформацією і де він використовується? 8
8. Що таке обмін інформацією з використанням переривань і де 9
він використовується? 9
9. Що таке режим прямого доступу до пам'яті і де він використовується? 11
10. Які архітектури мікропроцесорних систем ви знаєте? В чому переваги та недоліки прінстонської архітектури порівняно із гарвардською? 12
12. Які типи мікропроцесорних систем ви знаєте? Яке місце серед них займають мікроконтролери? 15
13. Які типи мікропроцесорних систем ви знаєте? Яке місце серед них займають контролери? 15
14. Які типи мікропроцесорних систем ви знаєте? Яке місце серед них займають мікрокомп'ютери? 15
15. Які типи мікропроцесорних систем ви знаєте? Яке місце серед них займають комп'ютери? 15
16. Як здійснюється обмін інформацією в мікропроцесорних системах? Що таке цикли обміну інформацією? 17
17. Що таке цикли обміну інформацією? Які цикли обміну інформацією ви знаєте? Охарактеризуйте їх. 17
18. Що таке системна магістраль і з чого вона складається? 18
19. Які шини входять до складу системної магістралі? Охарактеризуйте шину даних. 18
20. Які шини входять до складу системної магістралі? Охарактеризуйте шину адреси. 19
21. Які шини входять до складу системної магістралі? Охарактеризуйте шину керування. Що таке строби обміну? 20
22. Синхронний та асинхронний обмін інформацією. Їхні переваги та недоліки. 20
23. Детально охарактеризуйте цикл читання програмного обміну на магістралі Q-bus. 22
24. Детально охарактеризуйте цикл запису програмного обміну на магістралі Q-bus. 23
25. Детально охарактеризуйте цикл “читання-модифікація-запис” програмного обміну на магістралі Q-bus. 23
26. Детально охарактеризуйте цикл читання програмного обміну на магістралі ISA. 25
27. Детально охарактеризуйте цикл запису програмного обміну на магістралі ISA. 26
28. Детально охарактеризуйте цикли обміну за перериваннями на магістралі Q-bus. 26
29. Детально охарактеризуйте цикли обміну за перериваннями на магістралі ISA. 28
31. Детально охарактеризуйте цикли обміну в режимі прямого доступу до пам’яті на магістралі ISA 30
32. Які чинники впливають на проходження сигналу по магістралі? 31
33. Процесор, як пристрій системної магістралі. Які функції він виконує? 32
34. Яку роль в процесорі відіграють схема керування вибіркою команд та арифметико-логічний пристрій? 33
35. Детально охарактеризуйте регістри мікропроцесора. Які функції вони виконують? 35
36. Пам'ять, як пристрій системної магістралі. Які функції вона виконує? Охарактеризуйте функції стеку. 35
38. Пам'ять, як пристрій системної магістралі. Які функції вона виконує? Охарактеризуйте функції пам'яті програми початкового запуску та пам'яті пристроїв, під'єднаних до системної шини. 40
39. Пристрої вводу-виводу, як пристрої системної магістралі. Які функції вони виконують? 40
40.Пристрої вводу-виводу, як пристрої системної магістралі. Охарактеризуйте функції пристроїв інтерфейсу користувача та пристроїв тривалого зберігання інформації. 41
41.Пристрої вводу-виводу, як пристрої системної магістралі. Охарактеризуйте функції таймерних пристроїв. 43
42.Які методи адресації операндів ви знаєте? Детально опишіть безпосередню та пряму адресацію. 44
43.Які методи адресації операндів ви знаєте? Детально опишіть регістрову та непряму адресацію. 44
44.Які методи адресації операндів ви знаєте? Детально опишіть автоінкрементну та автодекрементну адресацію. Де вони використовуються? 44
45.Що таке сегментування пам'яті? Як сегментування пам'яті організовано в процесорі Intel 8086? 47
46.Що таке сегментування пам'яті? Як сегментування пам'яті організовано в процесорі Intel 80286? 47
47.Що таке сегментування пам'яті? Як сегментування пам'яті організовано в процесорі Intel 80386? 49
48.Дайте детальну характеристику регістрам процесора. 51
50. Що таке система команд процесора? Із чого вона складається? Детально охарактеризуйте арифметичні команди. 54
51. Що таке система команд процесора? Із чого вона складається? Детально охарактеризуйте логічні команди. 55
52. Що таке система команд процесора? Із чого вона складається? Детально охарактеризуйте команди переходів. 56
53. Які класи мікроконтролерів ви знаєте? Які ознаки притаманні сучасним 8-розрядним мікроконтролерам? 58
54.Які класи мікроконтролерів ви знаєте? Детально опишіть структуру процесорного ядра мікроконтролера. 58
55.Які класи мікроконтролерів ви знаєте? Детально опишіть пам'ять програм та пам'ять даних мікроконтролера. 59
56.Які класи мікроконтролерів ви знаєте? Детально охарактеризуйте регістри, стек та зовнішню пам'ять мікроконтролера. 59
57. Як організовано взаємодію мікроконтролера із зовнішнім середовищем? Детально опишіть функції портів вводу/виводу. 60
58.Як організовано взаємодію мікроконтролера із зовнішнім середовищем?Детально опишіть функції таймерів. 61
59.Як організовано взаємодію мікроконтролера із зовнішнім середовищем?Детально опишіть ф-ію процесорів подій. 65
60. Як досягаєтьсямінімізаціяенергоспоживанняу системах на базімікроконтролерів? 66
61. Детально охарактеризуйте тактовігенераторимікроконтролера. 68
62. Якіапаратнізасобизабезпеченнянадійності систем на базімікроконтролеріввизнаєте? Детально опишітьфункціїсхемиформування сигналу скидання. 69
63. Якіапаратнізасобизабезпеченнянадійності систем на базімікроконтролеріввизнаєте? Детально опишітьфункції блоку детектуваннязниженнянапругиживлення та сторожового таймера. 71
64. Які додаткові модулі мікроконтролера ви знаєте? Детально охарактеризуйте модулі послідовного вводу/виводу. 73
65. Які додаткові модулі мікроконтролера ви знаєте? Детально охарактеризуйте модулі аналогового вводу/виводу. 73
-
Опишіть мікропроцесорну систему як частинний випадок електронної системи.
Мікропроцесорна система – це частинний випадок електронної
системи, призначена для обробки вхідних сигналів і видачі
вихідних сигналів. В якості вхідних і вихідних сигналів при цьому
можуть використовуватися аналогові сигнали, поодинокі цифрові
сигнали, цифрові коди тощо. Всередині системи може проводитися
зберігання, накопичення інформації, але зміст від цього не
змінюється. Якщо система цифрова, то вхідні аналогові сигнали
перетворюються в послідовності кодів виборок за допомогою АЦП,
а вихідні аналогові сигнали формуються з послідовності кодів
виборок за допомогою ЦАП. Обробка і зберігання інформації
проводиться в цифровому вигляді.
Рис. Електронна система
Характерна особливість цифрової системи: алгоритм обробки
інформації пов’язаний з її конструкцією ( пристрій з жорсткою
логікою). Тобто зміна цих алгоритмів можлива лише шляхом зміни
структури системи, заміни електронних вузлів, які входять до
системи або зв’язків між ними. Наприклад, якщо нам потрібна
додаткова операція сумування, то необхідно додати до структури
системи зайвий суматор.
Будь-яка система з жорсткою логікою
обов’язково представляє собою спеціалізовану систему, яка
налаштована на виконання однієї задачі, або інколи на декілька
близьких, заздалегідь відомих задач. Це має свої переваги.
По-перше, спеціалізована система може забезпечити високу
швидкодію, так як швидкість виконання алгоритмів обробки
інформації залежить в ній лише від швидкодії окремих логічних
елементів і обраної схеми шляхів проходження інформації. А саме
логічні елементи завжди мають максимальну на даний момент
швидкодію.
По-друге, спеціалізована система не відміну від
універсальної ніколи не має апаратної надлишковості, тобто кожен
елемент обов’язково працює на повну силу.Але в той же час великим недоліком цифрової системи на "жорсткій логіці"є те, що для кожної нової задачі її треба
проектувати і виготовляти заново
Оптимізувати універсальну систему так, щоб кожна
нова задача вирішувалася максимально швидко, просто неможливо.
Загальне правило таке: чим більше універсальність, гнучкість, тим
менше швидкодія. Таким чином, можна зробити наступний
висновок. Системи на "жорсткій логіці" гарні там, де завдання, яке
розв’язується, не змінюється тривалий час, де потрібна найвища
швидкодія, де алгоритми обробки інформації дуже прості. А
універсальні, програмовані системи доречно застосовувати там, де
часто змінюються розв'язувані задачі, де висока швидкодія не надто
важливо, де алгоритми обробки інформації складні.
-
В чому переваги та недоліки традиційної цифрової системи (системи на “жорсткій логіці”) порівняно з універсальною (програмованою) системою?
Характерна особливість традиційної цифрової системи полягає в тому, що алгоритми обробки і зберігання інформації в ній жорстко
пов'язані з схемотехнікою системи. Тобто зміна цих алгоритмів
можлива тільки шляхом зміни структури системи, заміни
електронних вузлів, що входять в систему, і / або зв'язків між ними.
Наприклад, якщо нам потрібна додаткова операція підсумовування,
то необхідно додати в структуру системи зайвий суматор. Або
якщо потрібна додаткова функція збереження коду протягом
одного такту, то ми повинні додати в структуру ще один регістр.
Природно, це практично неможливо зробити в процесі
експлуатації, обов'язково потрібен новий виробничий цикл
проектування, виготовлення, налагодження всієї системи. Саме
тому традиційна цифрова система часто називається системою на
"жорсткій логіці".
Будь-яка система на "жорсткій логіці"
обов'язково являє собою спеціалізовану систему, налаштовану
виключно на одне завдання або (рідше) на кілька близьких,
заздалегідь відомих задач. Це має свої безперечні переваги. По-
перше, спеціалізована система (на відміну від універсальної) ніколи
не має апаратурної надмірності, тобто кожен її елемент обов'язково
працює в повну силу (звичайно, якщо ця система грамотно
спроектована). По-друге, саме спеціалізована система може
забезпечити максимально високу швидкодію, тому що швидкість
виконання алгоритмів обробки інформації визначається в ній тільки
швидкодією окремих логічних елементів та обраною схемою
шляхів проходження інформації. А саме логічні елементи завжди
володіють максимальною на даний момент швидкодією. Але в той
же час великим недоліком цифрової системи на "жорсткій логіці" є
те, що для кожної нової задачі її треба проектувати і виготовляти
заново. А якщо розв'язувана задача раптом змінюється, то вся
апаратура повинна бути повністю замінена. Таким чином, можна
зробити наступний висновок. Системи на "жорсткій логіці" гарні
там, де завдання, що розв’язується, не змінюється тривалий час, де
потрібна найвища швидкодія, де алгоритми обробки інформації
дуже прості.
-
В чому переваги та недоліки універсальної (програмованої) цифрової системи порівняно з традиційною системою (системою на “жорсткій логіці”)?
Великим недоліком цифрової системи на "жорсткій логіці" є те,
що для кожної нової задачі її треба проектувати і виготовляти
заново. А якщо розв'язувана задача раптом змінюється, то вся
апаратура повинна бути повністю замінена. Шлях подолання цього
недоліку досить очевидний: треба побудувати таку систему, яка
могла б легко адаптуватися під будь-яке завдання,
перебудовуватися з одного алгоритму роботи на інший без зміни
апаратури. Тоді система стане універсальною, або
програмованою, не жорсткою, а гнучкою. Саме це і забезпечує
мікропроцесорна система. Але будь-яка універсальність
обов'язково призводить до надмірності. Адже вирішення
максимально важкого завдання вимагає набагато більше коштів,
ніж вирішення максимально простої задачі.
Тому складність універсальної системи повинна бути такою, щоб забезпечувати вирішення самої важкої задачі, а при вирішенні простої задачі
система буде працювати далеко не в повну силу, буде
використовувати не всі свої ресурси. І чим простіше завдання, яке
вирішується, тим більше надмірність, і тим менш виправданою
стає універсальність. Надмірність веде до збільшення вартості
системи, зниження її надійності, збільшенню споживаної
потужності і т.д. Крім того, універсальність, як правило,
призводить до істотного зниження швидкодії.
Оптимізувати універсальну систему так, щоб кожна нова задача вирішувалася максимально швидко, просто неможливо.
Загальне правило таке: чим більше універсальність, гнучкість, тим менше швидкодія. Більше того, для універсальних систем не існує таких завдань
(нехай навіть і найпростіших), які б вони вирішували з
максимально можливою швидкодією. Висновок: універсальні,
програмовані системи доречно застосовувати там, де часто змінюються розв'язувані задачі, де висока швидкодія не надто
важливо, де алгоритми обробки інформації складні.
4. Опишіть властивості процесора, як головного вузла універсальної (програмованої) цифрової системи.
Процессор заменяет практически всю "жесткую логику", которая понадобилась бы в случае традиционной цифровой системы. Он выполняет арифметические функции (сложение, умножение и т.д.), логические функции (сдвиг, сравнение, маскирование кодов и т.д.), временное хранение кодов (во внутренних регистрах), пересылку кодов между узлами микропроцессорной системы и многое другое. Количество таких элементарных операций, выполняемых процессором, может достигать нескольких сотен.
Все свои операции процессор выполняет последовательно, то есть одну за другой, по очереди. Конечно, существуют процессоры с параллельным выполнением некоторых операций, встречаются также микропроцессорные системы, в которых несколько процессоров работают над одной задачей параллельно, но это редкие исключения. С одной стороны, последовательное выполнение операций — несомненное достоинство, так как позволяет с помощью всего одного процессора выполнять любые, самые сложные алгоритмы обработки информации. Но, с другой стороны, последовательное выполнение операций приводит к тому, что время выполнения алгоритма зависит от его сложности.
Итак, микропроцессор способен выполнять множество операций. Но откуда он узнает, какую операцию ему надо выполнять в данный момент? Именно это определяется управляющей информацией, программой. Программа представляет собой набор команд (инструкций), то есть цифровых кодов, расшифровав которые, процессор узнает, что ему надо делать. Все команды, выполняемые процессором, образуют систему команд процессора. Структура и объем системы команд процессора определяют его быстродействие, гибкость, удобство использования. Всего команд у процессора может быть от нескольких десятков до нескольких сотен. Система команд может быть рассчитана на узкий круг решаемых задач (у специализированных процессоров) или на максимально широкий круг задач (у универсальных процессоров).
5. Що таке класична структура зв'язків у лектроннихсистемах? В чому її переваги та недоліки порівняно із шинною структурою зв'язків?
При классической структуре связей все сигналы и коды между устройствами передаются по отдельным линиям связи. Каждоеустройство, входящее в систему, передает свои сигналы и кодынезависимо от других устройств. При этом в системе получается очень много линий связи и разных протоколов обмена информацией.
При шинной структуре связей все сигналы между устройствами передаются по одним и тем же линиям связи, но в разное время (это называется мультиплексированной передачей). Причем передача по всем линиям связи может осуществляться в обоих направлениях (так называемая двунаправленная передача). В результате количество линий связи существенно сокращается, а правила обмена (протоколы) упрощаются. Группа линий связи, по которым передаются сигналы или коды как раз и называется шиной (англ. bus).
Понятно, что при шинной структуре связей легко осуществляется пересылка всех информационных потоков в нужном направлении, например, их можно пропустить через один процессор, что очень важно для микропроцессорной системы. Однако при шинной структуре связей вся информация передается по линиям связи последовательно во времени, по очереди, что снижает быстродействие системы по сравнению с классической структурой связей.
Большое достоинство шинной структуры связей состоит в том, что все устройства, подключенные к шине, должны принимать и передавать информацию по одним и тем же правилам (протоколам обмена информацией по шине). Соответственно, все узлы, отвечающие за обмен с шиной в этих устройствах, должны быть единообразны, унифицированы.
Существенный недостаток шинной структуры связан с тем, что все устройства подключаются к каждой линии связи параллельно. Поэтому любая неисправность любого устройства может вывести из строя всю систему, если она портит линию связи. По этой же причине отладка системы с шинной структурой связей довольно сложна и обычно требует специального оборудования.
6. Що таке шинна структура зв'язків у електронних системах? В чому її переваги та недоліки порівняно із класичною структурою зв'язків?
Для достижения максимальной универсальности и упрощения протоколов обмена информацией в микропроцессорных системах применяется так называемая шинная структура связей между отдельными устройствами, входящими в систему. Суть шинной структуры связей сводится к следующему.
Рис. 1.5. Классическая структура связей.
При классической структуре связей (рис. 1.5) все сигналы и коды между устройствами передаются по отдельным линиям связи. Каждое устройство, входящее в систему, передает свои сигналы и коды независимо от других устройств. При этом в системе получается очень много линий связи и разных протоколов обмена информацией.
При шинной структуре связей (рис. 1.6) все сигналы между устройствами передаются по одним и тем же линиям связи, но в разное время (это называется мультиплексированной передачей). Причем передача по всем линиям связи может осуществляться в обоих направлениях (так называемая двунаправленная передача). В результате количество линий связи существенно сокращается, а правила обмена (протоколы) упрощаются. Группа линий связи, по которым передаются сигналы или коды как раз и называется шиной (англ. bus).
Понятно, что при шинной структуре связей легко осуществляется пересылка всех информационных потоков в нужном направлении, например, их можно пропустить через один процессор, что очень важно для микропроцессорной системы. Однако при шинной структуре связей вся информация передается по линиям связи последовательно во времени, по очереди, что снижает быстродействие системы по сравнению с классической структурой связей.
Рис. 1.6. Шинная структура связей.
Большое достоинство шинной структуры связей состоит в том, что все устройства, подключенные к шине, должны принимать и передавать информацию по одним и тем же правилам (протоколам обмена информацией по шине). Соответственно, все узлы, отвечающие за обмен с шиной в этих устройствах, должны быть единообразны, унифицированы.
Существенный недостаток шинной структуры связан с тем, что все устройства подключаются к каждой линии связи параллельно. Поэтому любая неисправность любого устройства может вывести из строя всю систему, если она портит линию связи. По этой же причине отладка системы с шинной структурой связей довольно сложна и обычно требует специального оборудования.
В системах с шинной структурой связей применяют все три существующие разновидности выходных каскадов цифровых микросхем:
1. стандартный выход или выход с двумя состояниями (обозначается 2С, 2S, реже ТТЛ, TTL);
2. выход с открытым коллектором (обозначается ОК, OC);
3. выход с тремя состояниями или (что то же самое) с возможностью отключения (обозначается 3С, 3S).
Упрощенно эти три типа выходных каскадов могут быть представлены в виде схем на рис. 1.7.
У выхода 2С два ключа замыкаются по очереди, что соответствует уровням логической единицы (верхний ключ замкнут) и логического нуля (нижний ключ замкнут). У выхода ОК замкнутый ключ формирует уровень логического нуля, разомкнутый — логической единицы. У выхода 3С ключи могут замыкаться по очереди (как в случае 2С), а могут размыкаться одновременно, образуя третье, высокоимпедансное, состояние. Переход в третье состояние (Z-состояние) управляется сигналом на специальном входе EZ.
Рис. 1.7. Три типа выходов цифровых микросхем.
Выходные каскады типов 3С и ОК позволяют объединять несколько выходов микросхем для получения мультиплексированных (рис. 1.8) или двунаправленных (рис. 1.9) линий.
Рис. 1.8. Мультиплексированная линия.
Рис. 1.9. Двунаправленная линия.
При этом в случае выходов 3С необходимо обеспечить, чтобы на линии всегда работал только один активный выход, а все остальные выходы находились бы в это время в третьем состоянии, иначе возможны конфликты. Объединенные выходы ОК могут работать все одновременно, без всяких конфликтов.
Все устройства микропроцессорной системы объединяются общей системной шиной (она же называется еще системной магистралью или каналом). Системная магистраль включает в себя четыре основные шины нижнего уровня:
шина адреса (Address Bus) - служит для определения адреса (номера) устройства, с которым процессор обменивается информацией в данный момент. Каждому устройству (кроме процессора), каждой ячейке памяти в микропроцессорной системе присваивается собственный адрес. Шина адреса может быть однонаправленной или двунаправленной.
шина данных (Data Bus) — это основная шина, которая используется для передачи информационных кодов между всеми устройствами микропроцессорной системы. Но возможна также и передача информации между устройствами без участия процессора. Шина данных всегда двунаправленная.
шина управления (Control Bus) - в отличие от шины адреса и шины данных состоит из отдельных управляющих сигналов. Каждый из этих сигналов во время обмена информацией имеет свою функцию. Некоторые сигналы служат для стробирования передаваемых или принимаемых данных . Линии шины управления могут быть однонаправленными или двунаправленными.
шина питания (Power Bus) - предназначена не для пересылки информационных сигналов, а для питания системы. Она состоит из линий питания и общего провода. В микропроцессорной системе может быть один источник питания (чаще +5 В) или несколько источников питания (обычно еще –5 В, +12 В и –12 )
7. Що таке програмний обмін інформацією і де він використовується?
Программный обмен информацией является основным в любой микропроцессорной системе. Он предусмотрен всегда, без него невозможны другие режимы обмена. В этом режиме процессор является единоличным хозяином (или задатчиком, Master) системной магистрали. Все операции (циклы) обмена информацией в данном случае инициируются только процессором, все они выполняются строго в порядке, предписанном исполняемой программой.
Процессор читает (выбирает) из памяти коды команд и исполняет их, читая данные из памяти или из устройства ввода/вывода, обрабатывая их, записывая данные в память или передавая их в устройство ввода/вывода. Путь процессора по программе может быть линейным, циклическим, может содержать переходы (прыжки), но он всегда непрерывен и полностью находится под контролем процессора. Ни на какие внешние события, не связанные с программой, процессор не реагирует (рис. 1.11). Все сигналы на магистрали в данном случае контролируются процессором.
8. Що таке обмін інформацією з використанням переривань і де
він використовується?
Мікропроцесорна система забезпечує велику гнучкість роботи,
вона здатна налаштовуватися на будь-яке завдання. Гнучкість ця
обумовлена насамперед тим, що функції, виконувані системою,
визначаються програмою, яку виконує процесор. Апаратура
залишається незмінною при будь-якій задачі. Записуючи в пам'ять
системи програму, можна змусити мікропроцесорну систему
виконувати будь-яке завдання, яке підтримується даною
апаратурою. До того ж шинна організація зв'язків мікропроцесорної
системи дозволяє досить легко замінювати апаратні модулі,
наприклад, замінювати пам'ять на нову більшого обсягу або більш
високої швидкодії, додавати або модернізувати пристрої
вводу/виводу, нарешті, замінювати процесор на більш потужний.
Але гнучкість мікропроцесорної системи визначається не тільки
цим. Налаштовуватися на завдання допомагає ще й вибір режиму
роботи системи, тобто режиму обміну інформацією по системній
магістралі(шині). Практично будь-яка розвинена мікропроцесорна
система (у тому числі і комп'ютер) підтримує три основні режими
обміну по магістралі:
- Програмний обмін інформацією;
- Обмін з використанням переривань;
- Обмін з використанням прямого доступу до пам'яті.
Обмін з використанням переривань використовується тоді, коли
необхідна реакція мікропроцесорної системи на якусь зовнішню
подію, на прихід зовнішнього сигналу. У разі комп'ютера
зовнішньою подією може бути, наприклад, натискання на клавішу
клавіатури або прихід по локальній мережі пакета даних.
Комп'ютер повинен реагувати на це, відповідно, відтворенням
символу на екран або ж читанням і обробкою прийнятого по мережі
пакета. У загальному випадку організувати реакцію на зовнішню
подію можна трьома різними шляхами:
- За допомогою постійного програмного контролю факту настання
події (так званий метод опитування прапора);
- З допомогою переривання, тобто насильницького переведення
процесора з виконання поточної програми на виконання екстрено
необхідної програми;
- За допомогою прямого доступу до пам'яті, тобто без участі
процесора при його відключенні від системної магістралі.
Перший випадок з опитуванням прапора реалізується в
мікропроцесорній системі постійним читанням інформації
процесором з пристрою вводу / виводу, пов'язаного з тим
зовнішнім пристроєм, на поведінку якого необхідно терміново
реагувати. У другому випадку в режимі переривання процесор,
отримавши запит переривання від зовнішнього пристрою, закінчує
виконання поточної команди і переходить до програми обробки
переривання. Закінчивши виконання програми обробки
переривання, він повертається до перерваної програмі з тієї точки,
де його перервали.
Рис. Обслуговування переривання
Тут важливим є те, що вся робота, як і у випадку програмного
режиму, здійснюється самим процесором, зовнішня подія просто
тимчасово відволікає його. Реакція на зовнішню подію з
переривання в загальному випадку повільніша, ніж при
програмному режимі. Як і у випадку програмного обміну, тут всі
сигнали на магістралі виставляються процесором, тобто він
повністю контролює магістраль. Для обслуговування переривань в
систему іноді вводиться спеціальний модуль контролера
переривань, але він в обміні інформацією не бере участь. Його
завдання полягає в тому, щоб спростити роботу процесора з
зовнішніми запитами переривань. Цей контролер зазвичай
програмно управляється процесором з системної магістралі.
9. Що таке режим прямого доступу до пам'яті і де він використовується?
Мікропроцесорна система забезпечує велику гнучкість роботи, вона здатна налаштовуватися на будь яку задачу. Ця гнучкість обумовлена тим, що функції, які виконує система, визначаються програмою, яку виконує процесор. Апаратна частина залишається незмінною при будь якій задачі. Шинна організація зв’язків мікропроцесорної системи дозволяє без проблем заміняти апаратні модулі на потужніші. Це дозволяє збільшити гнучкість системи, продовжити її час життя при змінах вимого до неї.
Проте, гнучкість мікропроцесорної системи визначається не лише апаратною частиною. Налаштовуватися на задачу також допомагає і вибір режиму роботи системи, тобто режиму обміну інформацією по системній магістралі (шині).
Практично всі мікропроцесорні системи підтримують три основні режими обміну по магістралі:
Програмний обмін інформацією;
Обмін з використанням переривань;
Обмін в режимі прямого доступу до пам’яті (ПДП).
ПДП – режим, при якому обмін даними по системній шині проходить без участі процесора. Зовнішній пристрій, потребуючий обслуговування, подає сигнал процесору, що потрібен режим ПДП. У відповідь на це процесор припиняє виконання поточної команди та відключається від усіх шин, сигналізуючи даному пристрою, що можна почати обмін в режимі ПДП.
Операція ПДП зводиться до передачі інформації з пристрою вводу-виводу в пам'ять або ж у зворотному напрямку. Після закінчення пересилки інформації процесор знову повертається до перерваної програми та продовжує її виконання з місця розриву (див. рис.). Це може здатися схожим на обмін з використанням переривань, але в даному випадку процесор не бере участь у обміні.
У такому випадку потребується введення в систему додаткового пристрою (контролера ПДП), який здійснюватиме повноцінний обмін по системні магістралі без участі процесора. Причому процесор заздалегідь повинен повідомляти контролеру ПДП звідки йому брати інформацію або куди її поміщати. Контролер ПДП може вважатися спеціалізованим процесором, який не бере часті в обміні безпосередньо, не приймає в себе інформацію та не видає її (наступний рис.).
Контролер ПДП може входити до складу одного або кількох пристроїв вводу-виводу. Теоретично обмін у режимі прямого доступу до пам’яті може забезпечити більшу швидкість передачі інформації у порівнянні з програмним обміном, оскільки процесор передає дані повільніше ніж спеціалізований контролер ПДП. Але на практиці ця перевага реалізується далеко не завжди. Швидкість обміну в режимі ПДП зазвичай обмежена можливостями магістралі. До того ж необхідність програмного задання режимів контролера ПДП може «знищити» виграш від більш високої швидкості передачі даних в режимі ПДП. Через це режим ПДП досить рідко використовується.
Якщо в системі уже є самостійний контролер ПДП, то це у багатьох випадках може суттєво спростити апаратуру пристроїв вводу-виводу, працюючих в режимі ПДП. В цьому і полягає перевага режиму ПДП.
10. Які архітектури мікропроцесорних систем ви знаєте? В чому переваги та недоліки прінстонської архітектури порівняно із гарвардською?
Розрізняють 2 основні типи архітектури мікропроцесорних систем: одношинна (прінстонська або фон-нейманівська) та архітектура з роздільними шинами команд (двошинна або гарвардська). У випадку прінстонської архітектури до складу системи входить одна загальна пам'ять як для даних так і для команд, та єдина шина для команд і даних (рис. вище).
Згідно з гарвардською архітектурою в системі окремо є пам'ять для даних та окремо для команд. Обмін процесора з кожним із типів пам’яті проходить по своїй шині.
Більш розповсюдженою є прінстонський тип архітектури, використовується в складних мікрокомп’ютерах, персональних комп’ютерах. Гарвардський тип використовується зазвичай в одно кристальних мікроконтролерах. Але кожна із них має свої переваги та недоліки.
ПРІНСТОНСЬКА АРХІТЕКТУРА
|