Схемотехника

 

11.1 МПЖ негізгі міндеттері

МПЖ  келесі негізгі міндеттерді шешеді:

- өңдеу;

МПЖ ақпараттық (Hard Ware) және бағдарламалық в (Soft Ware) құралдарының жиынтығын құрайды. Ақпараттық құралдар жоғары өнімділік немесе тез әсерлікті, ал бағдарламалық құралдар –МПҚ шешетін міндеттерінің аясын үлкейтеді.

Микропроцессор (МП) - кез-келген микропроцессорлық жүйенің орталық бөлігі – оған АЛҚ және командалық циклді жүзеге асыратын басқару құрылғысы кіреді. МП мен МПҚ құрамында ғана жұмыс жасай алады, оның құрамына жады, енгізу/жіберу құрылғылары, қосымша сызбалар (тактілік генератор, үзу контроллері және ПДП, шиналық құрастырушылар, регистр-қысқыштар және т.б.) кіреді.

Процессорда барлық командалар жүйесі орналасқан.  Процессор командалар жүйесінің құрылымы және көлемі оның тезәсерлігін, иілгіштігін, қолдану ыңғайлылығын анықтайды. Процессордағы барлық командалар саны бірнеше ондықтан бірнеше жүздікке дейін болуы мүмкін. Командалар жүйесі шешетін міндеттердің тар аумағына (арнайы жабдықталған процессорлар)  немесе міндеттердің кең аумағына  (әмбебап процессорлар) есептелген  болуы мүмкін.  Команда кодтары әртүрлі разрядтар санын (1 ден 8 байтқа дейін) иеленуі мүмкін. Әрбір команданың  өзінің орындалу уақыты болады, сондықтан барлық бағдарламаны орындау уақыты мен бағдарламадағы командалар санынан ғана емес, сол сияқты қандай қомандалардың  қолданылуына  байланысты болып келеді.

11.2 Байланыстардың шиналық құрылымы

Микропроцессорлық жүйелерде максимал әмбебаптылық және ақпараттармен ауысу хаттамаларын қысқарту үшін жүйеге кіретін жеке құрылғылар арасындағы байланыстардың шиналық құрылымы қолданылады.

Байланыстардың шиналық құрылымында құрылғылар арасындағы барлық сигналдар тек бір ғана байланыс сызықтары бойынша, бірақ әртүрлі уақытта (бұл мультиплексирленген берілу деп аталады) беріледі. Сондай-ақ барлық байланыс сызықтары бойынша  екі бағытта жүргізіледі (екібағытты берілу деп аталады). Нәтижесінде байланыс желілерінің саны едәуір қысқарады, ал ауысу ережесі (хаттамалар) қысқартылады. Сигналдар немесе кодтар берілетін байланыс сызықтары тобы  шина (ағылш. bus) деп аталады.

Артықшылығы: шинаға қосылған барлық құрылғылар тек бір ғана ереже бойынша (шина бойынша ақпаратты ауыстыру хаттамасы) ақпаратты қабылдап

және жіберуі керек. Осы құрылғыларда шинамен ауысуға жауапты  барлық түйіндер біртүрлі, унифицирленген болуы керек.

Кемшілігі: барлық құрылғылар әрбір желіге параллель қосылады. Сондықтан, ол барлық байланыс сызығын  істен шығарса,  кез-келген құрылғының істен шығуы  басқа желілердің істен шығуына әкелуі мүмкін. Шиналық құрылымды байланыстар жүйесінде сандық микросхемалардың шығыс каскад түрлерінің үшеуін де қолданады:

- стандартты шығыс немесе екі күйдегі шығыс ( 2С, 2S реті  ТТЛ, TTL сирек белгіленеді);

-ашық коллектормен шығыс  (белгіленуі  ОК, OC);

- үш күймен шығыс немесе (сол сияқты) ажырату мүмкіндігімен шығыс  (белгіленуі - 3С, 3S).

2С шығысында екі кілт кезекпен жабылады, бұл логикалық бірлік деңгейіне сәйкес келеді (жоғары кілт жабық) және логикалық нөл (төменгі кілт жабық). АК шығысында жабық кілт логикалық нөл деңгейін, ал ағытылғаны логикалық бірлікті қалыптастырады.  3С шығысында кілттер кезекпен жабылуы  (2С жағдайы сияқты) мүмкін, үшінші жоғары импеданстық күй тудырып, біруақытта ажыратылуы мүмкін. Үшінші күйге   (Z-күй) көшу  EZ арнайы кірісінде сигналмен басқарылады (11.2 суретті қара). 

11.2 сурет  -  Санды микросхемалар шығыстарының үш типі

3С және АК типті шығыс каскадтары микросхемалардың бірнеше шығыстарын мультиплексирленген немесе екі бағытты алу үшін біріктіреді. (11.4 суретті қара).

 

 11.3 сурет -  Мультиплексирленген сызық

 11.4 сурет  -  Екібағытты сызық

Бұл кезде 3С шығыстарын желіде әрқашан тек бір активті шығыс жұмыс істеу үшін қамтамасыз ету қажет,  ал қалған шығыстардың барлығы осы уақытта үшінші күйде болатындай етіп  қамтамасыз ету керек, басқаша болғанда қақтығыстар болуы мүмкін.

АК жалпы алынған шығыстары барлығы ешқандай қақтығыссыз біруақытта жұмыс істеуі мүмкін. МПЖ типтік құрылымы 11.6 суретте келтірілген. Оның құрамына 3 негізгі құрылғы типі енеді.

- процессор;

- мәліметтер мен бағдарламаларды сақтауға арналған оперативті жады (ОЗУ, RAM — Random Access Memory) мен тұрақты жадыдан (ПЗУ, ROM —Read Only Memory) тұратын, жады, оперативті жады.

   Микропроцессорлық жүйенің сыртқы құрылғылармен байланысы үшін, кіріс сигналдарын қабылдау (енгізу, оқу, Read) үшін және шығыс сигналдарын тарату ( шығару, жазу, Write)  үшін қолданылатын, енгізу/жіберу құрылғысы (УВВ, I/O - Input/Output Devices).

Микропроцессорлық жүйенің барлық құрылғылары жалпы жүйелік шинамен (жүйелік магистральмен) біріктіріледі. Жүйелік магистраль өзіне 4 негізгі төменгі деңгейдегі шинаны кіргізеді:

- агрес шинасы (Address Bus);

- мәліметтер шинасы (Data Bus);

- басқару шинасы (Control Bus);

- қоректену шинасы  (Power Bus).

Шина адресі (ША) процессордың дәл осы уақытта  ақпаратпен алмасу  уақытындағы  құрылғы адресін (ретін) анықтау үшін қажет. Әрбір құрылғыға (процессорден басқа), микропроцессорлық жүйедегі жадының әрбір ұяшығына меншікті адрес беріледі. Қандай да бір адрес коды қойылатын болса, осы адрес жазылған құрылғы оған ақпаратпен ауысу керек екенін түсінеді. Шина адресі бірбағыттық немесе екібағыттық болуы мүмкін.

Мәліметтер шинасы (МШ) – микропроцессорлық жүйенің барлық құрылғылары арасындағы ақпараттық кодтарды беру үшін қолданылатын ең негізгі шина. Әдетте ақпаратты жіберуде  процессор қатысады, ол мәліметтер кодын қандай да бір құрылғыдан немесе жады ұяшығынан береді, немесе қандай да бір құрылғыдан немесе жады ұяшығынан мәліметтер кодын қабылдайды. Құрылғылар арасында ақпаратты жіберу процессордың қатысуынсыз да болуы мүмкін.

Мәліметтер шинасы әрқашан екібағытты.

Басқару шинасының  (БУ) адрес шинасы мен мәліметтер шинасынан айырмашылығы оның жеке басқарылатын сигналдардан тұратыны  болып табылады. Осы сигналдардың әрқайсысы ақпарат ауысу кезінде өзінің функциясын атқарады. Кейбір сигналдар берілген немесе қабылданған сигналдарды стробирлеу үшін (яғни ақпараттық код шинаға қойылатын уақыт мезеттерін анықтайды) қызмет атқарады.

Қоректендіру шинасы ақпараттық сигналдарды қайта жіберу үшін емес, жүйені қоректендіруге арналған.  Ол қоректендіру желісінен және ортақ  сымнан тұрады. Микропроцессорлық жүйеде бір қоректендіру көзі ( көбінесе – 5 В, +12 В и –12 В) болуы мүмкін. Әрбір қоректендіру кернеуіне өзінің байланыс желісі сәйкес келеді.

Кез-келген жады ұяшығына бару үшін процессор оның адресін шина адресіне қойып және оның ақпараттық кодын мәліметтер шинасы бойынша жібереді немесе одан мәліметер шинасы бойынша ақпараттық кодты қабылдап алады. Жадыда (оперативті және тұрақты) басқарушы кодтар (бағдарлама процессорымен орындалатын командалар) болады, оларды да процессор мәліметтер шинасы көмегімен оқиды. Тұрақты жады негізінен микропроцессорлық жүйенің бастапқы қосу бағдарламасын  (BIOS) сақтау үшін қолданылады, ол әрбір қоректендіру қосылған сайын орындалып отырады.