ПРОСТЕЙШАЯ МИКРОЭВМ
В зависимости от целевого назначения и используемого процессора ЭВМ существенно различаются по своим вычислительным возможностям, размерам, стоимости конструкции. Несмотря на то что принципы функционирования простейших микроЭВМ и мэйнфреймов в общем-то одинаковы, реальные структуры и алгоритмы функционирования даже небольших современных универсальных ЭВМ (таких, как персональный компьютер) очень громоздки и сложны для первоначального понимания. В связи с этими ниже рассматривается гипотетическая машина, обладающая чертами многих простейших микроЭВМ.
По определению, микроЭВМ – это законченная вычислительная система, построенная на базе микропроцессора и размещенная в одной БИС (однокристальная микроЭВМ) или нескольких БИС, установленных на одной плате (одноплатная микроЭВМ). Причем под законченной вычислительной системой следует понимать любое устройство переработки цифровой информации, включающее процессор, память и подсистему ввода/вывода информации, независимо от его целевого назначения, конструктивного исполнения и способов программирования.
В п. 1.7 уже отмечалось, что современные микроЭВМ преимущественно имеют магистрально-модульную структуру. Ее основу в простейшем случае составляет единственная общая магистраль, к которой в необходимой номенклатуре и количестве подключены все устройства ЭВМ, выполненные в виде функционально законченных блоков. При этом все устройства ЭВМ обмениваются друг с другом информацией только через магистраль, используя схожие наборы сигналов и протоколы обмена.
Рассмотрим минимальный набор устройств, который необходим для создания простейшей гипотетической микроЭВМ (рис. 7.1).
Модуль процессора, который включает в себя непосредственно МП, генератор тактовых импульсов (ГТИ) и вспомогательные устройства управления (ВСУУ), внешние по отношению к МП.
- Модули постоянной и оперативной памяти – ПЗУ (ROM) и ОП (RAM) соответственно.
- Модуль ввода/вывода информации (В/В), содержащий приемопередающие устройства (ППУ) для связи с различными периферийными устройствами (ПУ), который может быть также назван модулем адаптеров промежуточных интерфейсов.
- Блок питания (БП).
В общем случае возможно наличие модуля служебной клавиатуры и дисплея, построенного на семисегментных индикаторах или светодиодах.
Все модули микроЭВМ имеют устройства сопряжения с общей магистралью (УСОМ). Они выполняют ряд важных функций по реализации операций обмена информацией между устройствами микроЭВМ, которые рассматриваются ниже. Следует особо подчеркнуть, что для разных модулей микроЭВМ структуры этих устройств и выполняемые ими функции могут быть существенно различны.
Одной из наиболее простых функций УСОМ является увеличение нагрузочных способностей модулей микроЭВМ и их отдельных устройств, поскольку большинство логических схем, на которых они построены, не могут обеспечить необходимую для передачи по ОМ мощность сигналов.
Кроме того, выходные (входные) каскады блоков УСОМ, присутствующих в каждом модуле микроЭВМ, имеют три устойчивых состояния:
H – высокий уровень (логическая 1);
L – низкий уровень (логический 0);
Z – состояние отключения от шины.
В состоянии Z выходное (входное) сопротивление УСОМ велико (определяется только токами утечек p-n переходов) и соответствующий модуль микроЭВМ может считаться отключенным от магистрали вообще или от ее отдельных линий.
Ранее предполагалось, что все устройства микроЭВМ синхронизируются от одного тактового генератора, расположенного в модуле процессора и обозначенного на рис. 7.1 как ГТИ. Однако, как показано на рис. 7.1, УСОМ могут (но не обязательно) синхронизироваться и от отдельного тактового генератора, обозначенного как ГТИом. Индекс «ом» означает, что генератор тактовых импульсов синхронизирует операции обмена по ОМ. Возможна также синхронизация устройств ЭВМ и блоков УСОМ от одного ГТИ. В ряде случаев, как будет показано ниже, синхронизация блоков УСОМ различных модулей микроЭВМ при обмене по ОМ вообще не требуется.
В предыдущих разделах уже были рассмотрены основные принципы функционирования элементарного процессора, взаимодействие его основных частей АЛУ и УУ, а также принципы микропрограммного управления работой процессора.Рассмотрены также основные принципы построения устройств памяти, систем команд микроЭВМ и систем прерывания программ.
Теперь рассмотрим возможные варианты структур микроЭВМ, которые в большой степени определяются структурой ОМ и алгоритмами передачи сигналов по ней между различными блоками, а затем перейдем к рассмотрению непосредственно МП и принципов функционирования простейшей микроЭВМ.
