Шины микропроцессорной системы и циклы обмена.

Лекция 2.

2.1. Шины МП-систем.

2.2. Циклы обмена информацией.

2.2.1. Цикл программного обмена.

2.2.2. Цикл обмена по прерыванию.

2.2.3. Цикл обмена в режиме ПДП.

В этой лекции речь идет об обмене информацией по шинам микропро­цессорных систем, о циклах обмена информацией и их фазах, о прин­ципах синхронизации обмена, принципах организации прерываний и ПДП.

Ключевые слова: мультиплексирование, синхронный и асинхронный обмен, циклы ввода и вывода, векторное и радиальное прерывания, запросы прерывания и ПДП.

Самое главное, что должен знать разработчик микропроцессорных сис­тем — это принципы организации обмена информацией по шинам таких систем. Без этого невозможно разработать аппаратную часть системы, а без аппаратной части не будет работать никакое программное обеспечение.

За более чем 30 лет, прошедших с момента появления первых микро­процессоров, были выработаны определенные правила обмена, которым следуют и разработчики новых микропроцессорных систем. Правила эти не слишком сложны, но твердо знать и неукоснительно соблюдать их для успешной работы необходимо. Как показала практика, принципы органи­зации обмена по шинам гораздо важнее, чем особенности конкретных мик­ропроцессоров. Стандартные системные магистрали живут гораздо дольше, чем тот или иной процессор. Разработчики новых процессоров ориентиру­ются на уже существующие стандарты магистрали. Более того, некоторые системы на основе совершенно разных процессоров используют одну и ту же системную магистраль. То есть магистраль оказывается самым главным системообразующим фактором в микропроцессорных системах.

Обмен информацией в микропроцессорных системах происходит в цик­лах обмена информацией. Под циклом обмена информацией понимается временной интервал, в течение которого происходит выполнение одной элементарной операции обмена по шине. Например, пересылка кода дан­ных из процессора в память или же пересылка кода данных из устройства ввода/вывода в процессор. В пределах одного цикла также может передаваться и несколько кодов данных, даже целый массив данных, но это встре­чается реже.

Циклы обмена информацией делятся на два основных типа:

• Цикл записи (вывода), в котором процессор записывает (выводит)
информацию;

• Цикл чтения (ввода), в котором процессор читает (вводит) инфор­мацию.

В некоторых микропроцессорных системах существует также цикл «чте­ние-модификация-запись» или же «ввод-пауза-вывод». В этих циклах про­цессор сначала читает информацию из памяти или устройства ввода/вывода, затем как-то преобразует ее и снова записывает по тому же адресу. Напри­мер, процессор может прочитать код из ячейки памяти, увеличить его на единицу и снова записать в эту же ячейку памяти. Наличие или отсутствие данного типа цикла связано с особенностями используемого процессора.

Особое место занимают циклы прямого доступа к памяти (если режим ПДП в системе предусмотрен) и циклы запроса и предоставления преры­вания (если прерывания в системе есть). Когда в дальнейшем речь пойдет о таких циклах, это будет специально оговорено.

Во время каждого цикла устройства, участвующие в обмене информа­цией, передают друг другу информационные и управляющие сигналы в строго установленном порядке или, как еще говорят, в соответствии с при­нятым протоколом обмена информацией.

Длительность цикла обмена может быть постоянной или переменной, но она всегда включает в себя несколько периодов сигнала тактовой час­тоты системы. То есть даже в идеальном случае частота чтения информа­ции процессором и частота записи информации оказываются в несколько раз меньше тактовой частоты системы.

Чтение кодов команд из памяти системы также производится с помо­щью циклов чтения. Поэтому в случае одношинной архитектуры на сис­темной магистрали чередуются циклы чтения команд и циклы пересылки (чтения и записи) данных, но протоколы обмена остаются неизменными независимо от того, что передается — данные или команды. В случае двухшинной архитектуры циклы чтения команд и записи или чтения данных разделяются по разным шинам и могут выполняться одновременно.