Микропроцессорлар сипаттамасы және микропроцессорлы жүйенің жұмыс істеу принциптері

керектігі   жайлы   немесе   қайда   орналастыру   керектігі   жайлы   хабарлау   керек.

ЖТК   контроллері   мамандандырылған   процессорлар   болып   есептелуі   мүмкін.

Өйткені оның айырмашылығы, ол өзі алмастыруға қатыспайды және де өзіне

ақпаратты қабылдамайды не оны бермейді.     

ЖТК     контроллері     ЖТК     режимін     қажет     ететін     енгізу/шығару

құрылғысының құрамына кіруі  мүмкін. ЖТК көмегімен теориялық  алмастыру,

бағдарламалық   алмастырумен   салыстырғанда   ақпаратты   беру   жылдамдығы

біршама   жылдамрақ   болады.   Яғни   процессор   ЖТК   мамандандырылған

контроллерге   қарағанда   мәліменттерді   ақырын   баяау   береді.   Әдетте   тәжірбие

жүзінде   бұл   артықшылық   әрқашанда   таратыла   бермейді.   Өйткені   ЖТК

режиміндегі   алмастыру   жылдамдығы   магистральдардың   мүмкіндіктеріне 

байланысты шектелген. Сондықтан  ЖТК режимі өте сирек қолданылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Микропроцессорлық жүйе құрылымы

 

Біз осыған дейін микропроцессорлық  жүйенің тек бір құрылымын, яғни

командалар   мен   мәліметтер   (біршиналы   немесе   принстонды,   фон-нейманды

құрылым) үшін біріккен шиналы жалпы құрылымды ғана қарастырып келдік.

Бұл құрылымның құрамында  командалар мен мәліметтерге арналған бір ортақ

жалпы жады болады (10-сурет).

1.10 –сурет.  МПЖ Фон-неймандық құрылымы

Сондай ақ командалар мен мәліметтерге (екішиналы немесе гарвардтық

құрылым) арналған жеке шиналы  құрылымда болады. Бұл құрылымда жүйедегі

командаға   жеке   жады     және   мәліметтерге   жеке   жады   берілген   (1.11-сурет).

Әрбір жеке жадының процессормен алмасуы, өздеріне тиісті шиналары арқылы іске асады.

1.11 –сурет. МПЖ Гарвардтық  құрылымы

Жалпы   ортақ   шиналы   құрылым   өте   кең   тараған.   Олар   мысалы,

персональды       компьютерлерде       және       күрделі       микрокомпьютерлерде 

қолданылады.     Ал     жеке     шиналы     құрылым     негізінде     біркристальды 

микроконтроллерде қолданылады.

Жалпы ортақ шиналы (принстонды, фон-нейманды) құрылым қарапайым 

болып   келеді.   Өйткені   ол   процессордан   бір   уақытта   екі   шинаға   бірдей

қызметкөрсетуін   талап   етпейді.   Командалар   мен   мәліметтерге   бір   ортақ 

жадының болуы, командалар мен  мәліметтер арасындағы кодттардың көлемін 

тез   икемді   түрде   таратуға   мүмкіндік   береді.   Жадыны   қайта   тарату   ешқандай

мәселелерді тудырмайды, ең бастысы –бағдарлама мен мәліметтер бірге жады

жүйесіне   сыйса   болды.   Ережеге   сәйкес   мұндай   құрылымды   жүйелерде   жады

неғұрлым үлкен көлемді (оннан жүзге дейінгі мегабайт) болады.   

20Командалар мен мәліметтерге  арналған жеке шиналы құрылым  күрделірек 

болады. Өйткені ол процессорды  біруақытта екі шина бойынша алмастыруды 

және екі бірдей кодттар  ағынымен жұмыс істеуді мәжбүрлейді. Бағдарлама тек 

команда жадына орналасады, ал мәліметтер- тек мәліметтер жадына орналасады.

Мұндай жағдайлар  жүйемен  шешілетін міндеттердің көлемін  шектей, өйткені 

жадының икемді түрде қайта  таратылуына мүмкіндік бермейді. Бұл жағдайда

команда   жасысы   мен   деректер   жадысының   көлемі   өте   үлкен   болмайды,

сондықтан   бұл   құрылымды   пайдалану   кезінде   өте   күрделі   емес   міндеттерді 

шешумен   шектеледі.   Гарвардтық   құрылымның   артықшылығы   (екі   шиналы)

оның тезәрекеттілігінде болып саналады.         

Өйткені команда мен деректерге ортақ бір шина болса, онда процессор 

осы   бір   шина   арқылы   деректерді   қабылдап   (енгізу/шығару   құрылғысынан

немесе жадыдан) және жіберуге сондай ақ жадыдан командаларды оқуға  тура

келеді.   Яғни   магистраль   бойынша   бір   уақытта   кодттарды   алмастыру   жүруі 

мүмкін емес, олар кезекпе-кезек  орындалып отыруы қажет. Қазіргі  процессорлар

команданың     уақытша   орындалуы   мен   жүйелік   шина   бойынша   циклдарды 

алмастыра алады.               

Конвейерлік     технологияны     және     жылдам     жады-кэшын     қолдану 

өзараәрекеттесу   процессін   жылдамдатады.   Тактілік   жиілікті   жоғарлату   және

процессордың   құрылымын   жаңарту   команданы   орындау   уақытын   қысқартуға

мүмкіндік береді.  Бірақта  жүйенің тезәрекет етуін жоғарлату, команданы оқу 

мен мәліметтерді қайта беру бірге жүргізілгенде болуы мүмкін. Яғни екі шиналы

құрылымға өткен кезде  ғана болады.    

Екішиналы құрылым кезінде  екі шина арқылы ақпараттың алмасуы  бір-

біріне уақыт бойынша  параллель, тәуелді болмауы мүмкін. Осыған сәйкес шина

құрылымы (мәліметтер коды мен  адрес кодының разрядттар санына, ақпаратты 

алмастыру   жылдамдығы   мен   тәртіптері   т.б.)   өзінің   орындайтын   міндеттерін 

тиімді түрде таңдалуы керек. Сондықтан екішиналы құрылымға  өту аппаратқа 

қосымша   шығындарды   талапетсе   де   МПЖ   жұмыстарын   жылдамдатуға

мүмкіндік   береді.   Бұл   жағдайда   мәліметтер   жадысы   өзінің   адрестерін,   ал

команда жадысы өзінікін таратады.     

Қысқаша   айтқанда   екішиналы   құрылымның   артықшылығы   оның   бір 

микросхема   ішінде   орналасуында.   Сондықтан   оның   негізгі   қолданылуы-   өте 

күрделі міндеттерді шешуді талап етпейтін микроконтроллерде  қолданылады. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5 Микропроцессорлық жүйенің  түрлері

 

Қазіргі кезде микропроцессорлық  техниканы қолдану диапазоны  өте кең 

және   де   микропроцессорлық   жүйелерге   қойылатын   талаптар   әр   түрлі   болып 

келеді. Сондықтан МПЖ  қуатына, универсальдылығына, тезәрекеттілігіне  және

құрылымының айырмашылығына байланысты бірнеше түрлерге бөлінеді.

Негізгі түрлері:

-   микроконтроллерлар   –   МПЖ   біршама   қарапайымдыланған   түрі,   яғни 

жүйенің барлық немесе көп  бөлігі бір микросхема түрінде орындалған. 

- контроллерлар – жеке  модуль түрінде орындалған МПЖ  басқарады;   

-   микрокомпьютерлар   –   сыртқы   құрылғылармен   біріктірілген   құрал-

жабдықтары бар қуатты МПЖ; 

-  компьютерлар  (оның   ішінде  персональды)  –  ең   қуатты   және   біршама 

универсальды МПЖ.

Микроконтроллерлар деп- тәжірбие жүзінде үнемі өзі ғана емес сонымен 

қатар   құрамында   өте   күрделі   құрылғылары   (оның   ішінде   контроллерлар)

болатын   универсальды   құрылғы   болып   табылады.   Микроконтроллердың

жүйелік шинасы қолданушыға  көрінбейтін микросхеманың ішінде орналасқан.

Микроконтроллерға   сыртқы   құрылғыларды   қосу   мүмкіндігі   шектеулі   болады.

Микроконтроллердағы құрылғылар әдетте бір ғана міндетті шешуге арналған.   

Ереже   бойынша,   контроллерлар   жеке   бір   міндеттерді   немесе   бір-біріне

ұқсас міндеттер тобын  шешу үшін жасалады. Әдетте олар қосымша  түйіндерді

немесе   құрылғыларды,   мысалы   үлкен   жадыны,   енгізу/шығару   құрылғыларын

қосуға  мүмкіндіктері  жоқ. Олардың  жүйелік шиналары  көбнесе  қолданушыға 

қолжетімді   бола   бермейді.   Контроллердің   құрылымы   қарапайым   және

максимальды   тезәрекеттілікпен   қамтылған.   Көп   жағдайларда   орындалатын 

программалар тұрақты  жадыда сақталады және өзгермейді.     Микрокомпьютерлардың    контроллерлардан    айырмашылығы    ,   олар біршама   ашық   құрылымды   болып   келеді.   Олар   жүйелік   шинаға   бірнеше қосымша   құрылғыларды   қосуға   мүмкіндік   береді.   Микрокомпьютерлар қолданушыға  ыңғайлы каркаста, жүйелік магистарль разьемдары бар корпуста жасалынып     шығады.     Микрокомпьютерлар     магнитті     тасмалдаушыларда (мысалы,   магнитті   дисклар)   және   қолданушымен   тікелей   байланыстырғыш құралдарда     (видеомонитор,     клавиатура)     ақпаратты     сақтауы     мүмкін. Микрокомпьютерлар   көп   міндеттерді   шешуге   арналған,   бірақ   олардың 

контроллерлардан   айырмашылығы   әрбір   жаңа   міндеттерді   шешу   кезінде   оны 

қайтадан орнатуды қажет етеді. Персональды компьютерлар- бұл микропроцессорлық жүйелердің ішіндегі ең   универсальдысы   болып   саналады.   Олар   міндетті   түрде   заманға   қарай жаңаланып   отырады,   сонымен   қатар   жаңа   құрылғыларды   қосуға   үлкен мүмкіндіктері   бар.   Олардың   жүйелік   шинасы   әрине   қолданушыға   қолжетімді болады.   Сондай   ақ   сыртқы   құрылғылары   компьютерге   бірнеше   байланыс порттары (кей кездері байланыс порттарының саны 10 жетеді) арқылы қосылуы

мүмкін. Қазіргі   кездері   жаңа   МПЖ   жасау   кезінде   микроконтроллерларды

пайдалану   (80%   пайызға   жуық)      жолын   таңдайды.   Осыған   байланысты

микроконтроллерлар   минимальды   қосымша   аппараттармен   өздігінен   немесе

құрамында   енгізу/шығару   құрылғылары   дамыған   күрделі   контроллерлармен

қолданылады.

2 ТАРАУ  МИКРОПРОЦЕССОРЛЫҚ  ЖҮЙЕЛЕРДЕГІ  АҚПАРАТТАРДЫҢ   АЛМАСУЫ

 

2.1 Жалпы мәліметтер. Ақпараттарды   алмастыру   циклі

МПЖ ақпараттардың алмасуы  ақпаратты алмастыру циклдарында  жүзеге

асады.   Ақпараттарды   алмастыру   циклі   деп   –   шина   арқылы   қарапайым   бір 

операцияның   орындалуы   іске   асатын   уақытша   интервалды   айтады.   Мысалы,

процессордан   жадыға   мәліметтер   кодын   немесе   енгізу/шығару   құрылғысынан

процессорға мәліметтер кодын  жіберу.      

Ақпараттарды алмастыру  циклі негізгі екі түрге бөлінеді:

-   процессор ақпаратты  жазатын (шығаратын), жазу циклі  (шығару);

-   процессор ақпаратты  оқитын (енгізетін), оқу циклі (енгізу).

Кейбір   МПЖ   «оқу-модификация-жазу»   немесе   «енгізу-үзіліс-шығару» 

циклдары   болады.   Бұл   циклдарда   процессор   жадыдан   немесе   енгәзу/шығару

құрылғыларынан ақпаратты  оқиды, содан кейін оны түрлендіреді де тағыда дәл 

сол адрес бойынша жазады. Мысалы, процессор жады ұяшығынан  кодтты оқып,

оны бірге ұлғайтып және тағыда оны осы жады ұяшығына (INR) жазуы мүмкін.

Ең   маңызды   орынды   жадыға   тікелей   кіру   (егерде   ЖТК   режимі

қарастырылған болса), үзуді  қайта беру (егер жүйеде үзу болса) және сұраныс 

циклдары алады.

Әрбір цикл уақытында ақпаратты  алмастыруға қатысатын құрылғы  бір-

біріне   ақпаратты   басқарушы   сигналдарды   бекітілген   тәртіп   бойынша   беріп 

отырады.     

Ақпаратты   алмастыру   циклі   уақытының   ұзақтығы   тұрақты   немесе

айнымалы   болуы   мүмкін.   Бірақта   ол   жүенің   тактілік   жиілігінің   бірнеше 

периодын     өзіне   қосып   алады.   Жүйе   жадынан   командалар   кодын   оқу,   оқу 

циклінің   көмегімен   іске   асырылады.   Сондықтан   біршиналы   құрылым   кезінде 

жүйелік магистральда команданы  оқу циклі мен мәліметтерді беру (оқу және

жазу)   циклі   кезектесіп   орындалады.   Бірақ   алмастыру   протоколы   мәліметтер

немесе   команда   берілгеніне   тәуелсіз   болғандықтан   өзгеріссіз   қалады.   Ал

екішиналы құрылымда команданы  оқу, жазу немесе мәліметтерді оқу циклдары

жеке бөлек шиналарға  бөлінеді де олар бір уақытта орындалуы  мүмкін.   

Мәліметтер шинасы мен  адрестер шинасында оң немесе теріс  логикалар 

қолданылуы мүмкін. Оң логика кезінде кернеудің жоғарғы деңгейі  логикалық 

бірге  тең, ал төменгісі  логикалық нөлге  тең болады. Ал теріс  логика кезінде 

керісінше болады. Көп жағдайларда  сигналдар деңгейі ТТЛ шинасында  болады.

Магистральдардың   байланыс   сызықтарының   санын   жалпы   азайту   үшін

адрестік   шинаны   (АШ)   және   мәліметтер   шинасын   (МШ)   мультиплексирлеу

қолданады: уақыттың әртүрлі  моменттерінде адрестерді және мәліметтерді беру

үшін   (адрестің   басқы   циклі,   мәліметтердің   соңғы   циклі)   бірдей   байланыс

сызықтары   қолданылады.   Осы   моменттерді   фиксациялау   (стробтау)   үшін

басқару шинасында (БШ) арнайы сигналдар қызмет етеді.   

Басқару шинасындағы (БШ) басқару  сигналдары циклдің әртүрлі бөліктері 

мен стадияларына сәйкес келетін  уақыт моментін (фиксируют) және ағымдағы

циклдің түрін анықтайды. Сонымен қатар, басқарушы сигналдар  процессордың

(немесе   магистральдың   басқа   иесін,   master)   жадымен   немесе   енгізу/шығару 

құрылғысымен   (орындаушы-құрылғы,   slave)   жұмыс   істеуін   сәйкесінше

қамтамасыз   етеді.   Сондай   ақ   басқарушы   сигналдар   сұранысты   және   үзуді 

жіберуді және тура кіруді қамтамасыз етеді.     

Басқару шинасы оң логика (сирек) және теріс логика (жиі) түрінде берілуі 

мүмкін. Басқару шинасының  сызықтары бірбағытты және екібағытты болады.

Ал шығыс каскадттарының түрлері әртүрлі болады: екі күйлі (бірғатты сызықтар

үшін),   үш   күйлі   (екібағытты   сызықтар   үшін)   және   ашық   коллекторлы 

(екібағытты және мультиплексирленген  сызықтарға үшін).  

Ең   басты   басқарушы   сигналдар-   бұл   алмастыру   стробтары,   яғни

процессормен   қалыптасатын   және   мәліметтер   шинасы   бойынша   мәліметтерді

алмастыруды   тудыратын   уақыт   моментін   анықтайтын   сигналдар   болып 

табылады. Магистралдарда алмастыру  стробының екі түрі қолданылады:

- жазу стробы (шығыс), бұл  мәліметтер шинасына процессормен  қойылған