Микропроцессорлар сипаттамасы және микропроцессорлы жүйенің жұмыс істеу принциптері

саны қысқарып, алмастыру  ережесі (протоколдар) жеңілдетіледі. Кодтар немесе

сигналдар берілетін байланыстың  линиялық тобтамасын шина (англ. bus) деп 

атайды.  

1.2 –сурет. Байланыстың шиналық құрылымы

Артықшылығы:   барлық   құрылғылар   шинаға   қосылған,   ақпаратты   бір

ереже бойынша (шина бойынша ақпаратты алмастыру протоколы) жібереді және

қабылдайды.   Сәйкесінше   осы   құрылғыдағы   шинамен   ақпарат   алмастыратын

барлық түйіндер, біркелкіленген, жүйеленген болуы қажет. 

Кемшілігі: барлық құрылғылар әрбір байланыс линияларына параллельді

жалғанған. Сондықтан да кез-келген құрылғының істен шығуы барлық жүйенің

істен шығуына әкеліп соғуы мүмкін. Егер де ол байланыс линиясын бұзатын

болса. 

Байланыстың   шиналық   құрылымды   жүйесі,   сандық   микросхемада

болатын шығыс каскадттардың  барлық үш түрін қолданады:

- стандартты шығыс немесе  екі жақты шығыс (2С немесе 2S белгіленеді,

ТТЛ, TTL);

- ашық коллекторлы (АК) шығыс (АК немесе ОС белгіленеді);

-   үш   жақты   шығысы   бар   немесе   ажырату   мүмкіндігі   бар   (3С,   3S   деп

белгіленеді).

2С шығысында логикалық  бір (жоғарғы кілт тұйықталған) және логикалық

нөл   (төменгі   кілт   тұйықталған)   деңгейіне   сәйкес   екі   кілт   кезекпе-кезек

тұйықталады.   АК   шығысында   тұйықталған   кілт   логикалық   нөл   деңгейін

қалыптастырады, ал тұйықталмаған  кілт логикалық бірді қалыптастырады. 3С 

шығысында   кілттер   кезекпе-кезек   тұйықталуы   мүмкін   (2С   жағдайындағы

сияқты)   не   үшінші   жоғарғы   импеданс   күйін   түзей   отырып   бір   уақытта

ажыратылуы   мүмкін.   Үшінші   күйге   өту   (Z-күйіне)   EZ   кірісіндегі   арнайы

сигналмен басқарылады.

7

 

 

3С және АК типтерінің  шығыс каскадттары мультиплексорлы  (1.4-сурет) 

немесе екібағытты  (1.5-сурет) линияларды алу үшін, микросхеманың бірнеше

шығыстарын біріктіруге мүмкіндік береді.

1.4-сурет.   Мультиплексирленген  линия

1.5-сурет. Екі бағытты линия

Осыған байланысты 3С шығыстары  кезінде линияда үнемі тек бір ғана

активті   шығыстың   жұмыс   істеуін   қамтамасыз   ету   керек.   Ал   басқа   барлық

шығыстары осы уақытта үшінші күйде болуы қажет, әйтпесе қақтығыстардың

пайда болуы мүмкін.  

Әдеттегі МПЖ құрылымы (1.6-сурет) көрсетілген. Оның құрамында үш

негізгі құрылғы орналасқан:

-процессор;

-жады,   яғни   бағдарламаларды   және   мәліметтерді   сақтау   үшін-  жедел

жады (ОЗУ, RAM — Random Access Memory) және тұрақты жады (ПЗУ, ROM

—Read Only Memory) болады; 

-   енгізу/шығару   құрылғысы   (УВВ,   I/O   -   Input/Output   Devices),   олар

микропроцессорлық     жүйелерді     сыртқы     құрылғылармен     байланыстыруға

арналған.   Яғни   олар   кіріс   сигналдарды   (енгізу,   оқу,   Read)   қабылдауға   және

шығыс сигналдарды шығарып (шығару, жазу, Write) беруге арналған.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

1.6 –сурет. Микропроцессорлық жүйенің құрылымы

Микропроцессорлық   жүйенің   барлық   құрылғылары   жалпы   жүйелік

шинаға   (жүйелік   магистральға)   келіп   бірігеді.   Жүйелік   магистральдың

құрамында төрт   негізгі төменгі деңгейлі шиналар болады:

- адрестік шина (Address Bus);

- мәліметтер шинасы (Data Bus);

15- басқару шинасы (Control Bus);

- қорек шинасы (Power Bus).

   Адрестік   шина   (АШ)   -   бұл   дәл   осы   уақытта   процессор   қандай

құрылғымен ақпаратты алмастырып жұмыс істеп жатқандығын, сонымен қатар

құрылғының адресін  (номерін) анықтайды.  Микропроцессорлық  жүйеде  әрбір

құрылғыға (процессордан басқа), әрбір жады ұяшықтарына жеке адрес беріледі.

Адрестік шинаға қандай да бір адрестің коды процессормен қойылған кезде, осы

адрес жазылған құрылғы оған ақпаратты алмастыру қажет болғанын түсінеді.

Адрестік шина бірбағытты немесе екібағытты болуы мүмкін.

Мәліметтер   шинасы   (МШ)   –   бұл   микропроцессорлық   жүйедегі   барлық

құрылғылар арасындағы ақпараттық кодттарды беру үшін қолданылатын негізгі

шина  болып  табылады.  Әдетте   ақпараттарды  жіберу  кезінде жады  ұяшығына

немесе   қандайда   бір   құрылғыға   мәліметтер   кодын   беретін   немесе   жады

ұяшығынан  немесе  қандайда  бір  құрылғыдан  мәліметтер  кодын қабылдайтын

процессор   болуы   қажет.   Сондай   ақ   процессордың   қатысынсыз   құрылғылар

арасындағы   ақпараттарды   беруі   мүмкін.   Мәліметтер   шинасы   әрқашанда

екібағытты болады.   

Басқару   шинасы   (БШ)-   бұл   шинаның   адрестік   шина   мен   мәліметтер

шинасынан   айырмашылығы,   оның   құрамында   жеке   басқару   сигналдарының 

болуында.   Ақпараттарды   алмастыру   кезінде,   осы   әрбір   сигналдың   жеке

функциясы   болады.   Кейбір   сигналдар   жіберілетін   немесе   қабылданатын

мәліметтерді   стробтау   үшін   қызмет   атқарады   (яғни   мәлеміттер   шинасына

ақпараттық   кодттың   қашан,   қандай   момент   уақытында   қойылғандығын

анықтайды).   Басқа   басқарылатын   сигналдар   барлық   құрылғыларды   тактілеу

және бастапқы күйге келтіру т.б. үшін, мәліметтерді қабылдауды растау үшін

9

қолданылуы   мүмкін.   Басқару   шинасының   линиялары   екібағытты   немесе

бір бағытты болуы мүмкін.        

Қорек шинасы- ақпараттық сигналдарды жіберу үшін емес, ал керісінше

жүйені қоректендіру үшін арналған. Ол қорек линиясынан және жалпы ортақ

сымнан тұрады. Микропроцессорлық  жүйеде бір ғана қорек көзі (+5 В) немесе

бірнеше қорек көздері (–5 В, +12 В и –12 В) болуы мүмкін. Қорек  көзінің әрбір

кернеуіне сәйкесінше байланыс линиясы болады.

Жадының   кез-келген   ұяшығына   жүктеу   үшін,   процессор   оның   адресін

адрестік шинаға ұсынады және де сол арқылы мәліметтер шинасына ақпараттық

кодтты жібереді немесе мәліметтер шинасы арқылы одан ақпараттық кодттарды

қабылдайды. Сондай ақ жадыда (жедел және тұрақты жады) басқарушы кодттар

(бағдарламалық   процессормен   орындалатын   командалар)   болады.   Яғни

процессор   адрестік   шина   арқылы   адрестерді   мәліметтер   шинасы   бойынша

оқиды.   Тұрақты   жады   негізінде   микропроцессорлық   жүйенің   бастапқы

қосылғандағы   бағдарламаларын   сақтау   үшін   қолданылады,   яғни   әрбір   кезде

қорек көзінің қосылысынан  кейін. Ондағы ақпараттар дайындаушылыр арқылы

мәңгі-бақи жасалынады. 

Осылайша, микропроцессорлық  жүйедегі барлық ақпараттық кодттар және

команда   кодттары   кезекпе-кезек   тізбектеле   шиналар   арқылы   беріледі.   Бұл

салыстырмалы   түрде     микропроцессорлық   жүйенің   жылдамдығының   жоғары

еместігін анықтайды. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

1.3 Микропроцессорлық   жүйелердің жұмыс режимдері

 

МПЖ   икемділігі     мына   шарт   бойынша,   яғни   жүйемен   орындалатын 

функциялар       процессор       орындайтын       бағдарламамен       (бағдарламалық 

қамтамасыздандыру,       software)       анықталады.       Аппаратура       (аппаратық 

қамтамасыздандыру, hardware) кез-келген жағдайда өзгеріссіз қалады. Берілген

аппаратура     негізінде     жады     жүйесіне     бағдарламаны     жаза     отырып,

микропроцессорлық жүйені мәжбүрлеп  кез-келген міндетті орындатуға болады.

Сонымен     қатар     микропроцессорлық     жүйе     байланыстарының     шиналық 

ұйымдастырылуы   аппараттық   модулдерді   тез   жеңіл   ауыстыруға   мүмкіндік 

береді. Мысалы, жадыны жана үлкен көлемді жадыға ауыстыру немесе біршама 

жоғары тез жұмыс істейтін жадыға, енгізі/шығару құрылғыларын қосымша  қосу

немесе   жаңалап   жетілдіру,   процессорды   біршама   пәрменді   процессорға

ауыстыру   т.б.   Бұл   жүйенің   икемділігін   арттыруға   және   кез-келген   жағдайда

қойылған талаптар кезінде  оның ұзақ жұмыс істеуіне мүмкіндік береді.        

Тәжірбиеде кез-келген МПЖ  дамуы (оның ішінде компьютер) магистраль

бойынша үш негізгі алмастыру  режимі болады:

- ақпараттарды бағдарламалық алмастыру;

- үзуді (Interrupts) пайдалану  арқылы алмастыру;

- жадыға тікелей кіруді (ЖТК, DMA — Direct Memory Access)  қолдану арқылы

алмастыру.

Кез-келген МПЖ ақпараттарды бағдарламалық алмастыру негізгі болып

саналады.   Ол   әрқашанда   алдын-ала   қарастырылады,   өйткені   онсыз   басқа

алмастыру режимдарын орындау  мүмкін емес. Бұл режимда процессор  жүйелік

магистральдың жекеменшік иесі (немесе беруші, Master) болып саналады. Осы 

жағдайдағы   барлық   ақпараттарды   алмастыру   операциялары   (циклдар)   тек

процессормен бастама  алады, олардың барлығы орындалатын  бағдарламадағы

жазылған қатаң тәртіп бойынша орындалады.      

Процессор   жадыдан   команда   кодын   оқиды   (таңдайды)   және   жадыдан

немесе   енгізу/шығару   құрылғысынан   мәліметтерді   оқи  отырып,   өңдейді   және

жадыға мәліметтерді жазады немесе оларды енгізу/шығару құрылғысына бере

отырып   оларды   орындайды.   Бағдарлама   арқылы   процессорға   жіберу   жолы

сызықты, циклдік сондай ақ өтпелі (секірмелі) болуы мүмкін. Бірақ ол үнемі

үздіксіз және толықтай процессор  бақылауында болады. Бағдарламамен сыртқы

ортадағы   әсерлердің   ешқандай   байланысы   жоқ   болғандықтан,   процессор 

ешқандай әсер бермейді.   

Үзу арқылы алмастыру, сыртқы сигналдың келуіне байланысты қандайда

бір   сыртқы   оқиғаларға   МПЖ   әсерлесуі   қажет   болғанда   қолданылады.

Компьютердегі сыртқы әсерлер  болып, мысалы, клавиатурадағы түймешені  басу

немесе локальды желі арқылы мәліметтер пакетінің келуі жатуы  мүмкін. Осы 

кезде компьютер осы жағдайлармен сәйкесінше әсерлесуі қажет. Яғни экранға 

символдарды енгізу немесе оқу және пакет желісі арқылы қабылданғандарды

өңдеу т.б.     

Жалпы   сыртқы   жағдайларға   әсерлесуді   ұйымдастыруды   үш   жолмен

қарастыруға болады:

11

-   оқиғалардың   келіп   түсу   (флагты   немесе   polling   сұрау   әдісі)   фактісін

үнемі бағдарламалық бақылау  көмегімен;

-   үзу   арқылы,   яғни   процессорды   дәл   сол   уақытта   орындап   жатқан

бағдарламадан күштеп, шұғыл қажет болған бағдарламаны орындату көмегімен;

- жадыға тікелей кіру арқылы, процессордың қатысуынсыз, яғни жүйелік

магистральдан процессорды  ажыратқан кезінде.    

Бірінші   жағдайда-   флагтың   сұрауы   бойынша   МПЖ   енгізу/шығару

құрылғыларынан, процессордың ақпаратты үнемі оқуы жүзеге асады.  

Екінші жағдайда- үзу режимі кезінде процессор сыртқы құрылғыдан үзу

сұранысын   (IRQ   —   Interrupt   ReQuest)   алғаннан   кейін,   орындап   жатқан

команданы   аяқтап,   үзуді   өңдеу   бағдарламасына   ауысады.   Үзуді   өңдеу

бағдарламасын орындауды аяқтап, ол үзілген бағдарламаны қай жерден үзді сол

жерге қайта оралады (1.8-сурет). Мұнда барлық жұмыстар, яғни бағдарламалық

режимдегі сияқты процессор  көмегімен іске асады, ал сыртқы оқиғалар оны тек 

уақытша   ғана   алаңдатады.   Үзу   бойынша   сыртқы   оқиғалармен   әсерлесу,

бағдарламалық   режимге   қарағанда   баяуырақ   жүреді.   Мұнда   бағдарламалық

алмастыру сияқты барлық сигналдар  магистральға процессор арқылы қойылады,

яғни ол толықтай магистральды бақылап отырады. 

Жүйедегі үзуді қамтамасыз ету үшін кей кездері үзу контроллері (ҮК) деп

аталатын арнайы модуль енгізіледі. Бірақта ол ақпаратты алмастыруға ешқандай

қатыспайды.   Оның   негізгі   атқаратын   міндеті,   үзудің   сыртқы   сұраныстары 

арқылы   процессордың   жұмысын   оңайлату   болып   табылады.   Әдетте   бұл

контроллер     жүйелік     магистраль     арқылы     процессормен     бағдарламалы

басқарылады.          

Әрине, жүйе  жұмысын  жылдамдатуға  үзу  ешқандай  көмек көрсетпейді.

Оны қолдану тек сыртқы оқиғаларға, яғни флагтың сұранысын қабылдамайды

және сыртқы оқиғалардың  уақытша келуіне дейін процессор  қандайда бір басқа

міндеттерді орындап бос болмайды.  

1.8 –сурет. Үзуді күту

Жадыға тікелей кіру (ЖТК, DMA) – бұл режимнің алдыңғы қарастырған

екі   режимнен   айырмашылығы,   жүйелік   шина   бойынша   ақпарат   алмастыру

процессордың қатысынсыз жүзеге асады. Қызмет көрсетуді талап ететін сыртқы

12

құрылғы процессорға ЖТК режимінің қажет екендігі жайлы белгі береді, осы

белгіге   жауап   ретінде   процессор   өзі   орындап   жатқан   команданы   тоқтатып,

сұраныс жасаған құрылғыға белгі бере отырып барлық шинадан ажыратылып

ЖТК режимінде алмастыруды  бастайды.   

ЖТК операциясы ақпаратты енгізу/шығару құрылғысынан жадыға немесе

жадыдан енгізу/шығару құрылғысы  арқылы алып барады. Ақпараттарды жіберу

аяқталған кезде, процессор  үзілген бағдарламаға қайта оралып, оны қай жерден

үзді сол жерден арықарай жалғастырады. Бұл үзуді қамтамасыз ету режиміне

ұқсас   келеді,   бірақта   бұл   кезде   процессор   алмастыруға   қатыспайды.   Бұл

жағдайда   жүйеге,   процессордың   қатысуынсыз   жүйелік   магистраль   бойынша

толықтай алмастыруды  іске асыратын   ЖТК контроллерін енгізу талап етіледі.

Процессор жуықша осы жайлы  ЖТК контроллеріне, оның ақпаратты қайдан алу