Справочное пособие по цифровой электронике - [13]

Шрифт
Интервал

Для упорядочивания передач данных внутри микропроцессора необходимо синхронизировать их специальными сигналами. Они формируются либо внешним генератором (рис. 5.2), либо аналогичным внутренним генератором. Для поддержания точности и стабильности сигналов синхронизации обычно применяется кварцевый осциллятор; диапазон частоты синхронизации составляет от 1 до 8 МГц.



Рис. 5.2.Типичная схема синхронизации.


Такт синхронизации (Т-состояние) является в микропроцессоре основным временным интервалом. Машинный цикл (М-цикл) — это минимальная неделимая единица действий микропроцессора. Обычно он состоит из 3–5 тактов синхронизации. Командный цикл, включающий в себя выборку, дешифрование и выполнение команды, обычно требует от 1 до 5 машинных циклов.

Оценим реальные временные интервалы, о которых идет речь. Предположим, что микропроцессор Z80 работает с частотой синхронизации 4 МГц. Тогда такт синхронизации (Т-состояние) соответствует 250 нс. Продолжительность машинного цикла (М-цикла) составляет от 0,75 до 1,25 мкс, а командного цикла (в зависимости от команды) — от 1,25 до 6,25 мкс. Другими словами, микропроцессор может выполнить от 160000 до 800 000 команд в секунду!


5.3. Микропроцессорные системы

Даже самый совершенный микропроцессор практически бесполезен без «поддержки» других устройств, которые подразделяются на три группы.

Запоминающее устройство с произвольной выборкой. Выше мы говорили о том, что всем микропроцессорам требуется доступ к памяти со считыванием и записью, и хотя однокристальные микропроцессоры обладают такой небольшой внутренней памятью, обычно для организации памяти требуются соответствующие микросхемы (подробнее см. в гл.6).

Постоянное запоминающее устройство. Микропроцессорам необходима некоторая фиксированная память для управляющих программ и, возможно, операционных систем и интерпретаторов языков программирования высокого уровня. Такая память обеспечивается микросхемами постоянных запоминающих устройств (см. гл. 6).

Микросхемы для ввода-вывода. Чтобы выполнить любую полезную функцию, микропроцессор должен как-то взаимодействовать с внешним миром. Такие связи реализуются с помощью БИС, конфигурация которых определяется программно и которые называются программируемыми.

Микросхемы для ввода-вывода подразделяются на параллельные (одновременно передается байт) и последовательные (по единственной линии передается один бит за другим).

На рис. 5.3 показана базовая конфигурация микропроцессорной системы, содержащая центральный микропроцессор (ЦП), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ) и микросхемы для ввода-вывода.



Рис. 5.3.Основные компоненты микропроцессорной системы.


Отметим наличие в системе трех шин; компоненты объединяются шинами адреса, данных и управления, поэтому одним из требований к вспомогательным микросхемам оказывается наличие у них тристабильных выходов. С их помощью обеспечивается отключение микросхемы от шины, когда последняя не требуется.

Вспомогательные микросхемы, например ПЗУ или ЗУПВ, почти всегда выбираются или разрешаются низким уровнем сигнала разрешения кристалла EN или выбора (выборки) кристалла CS.

Обычно эти сигналы формируют дешифраторы адреса, на входы которых подаются сигналы с шины адреса. Дешифратор адреса как бы разделяет имеющуюся память на блоки, каждый из которых соответствует конкретной вспомогательной микросхеме. Следовательно, когда микропроцессор считывает или записывает информацию, например в ЗУПВ, дешифратор адреса обеспечивает выбор только ЗУПВ, а внутренние буферы микросхем ПЗУ и ввода-вывода удерживают их выходы в высокоимпедансном состоянии.

Распределение пространства памяти в микропроцессорной системе удобно показывать с помощью так называемой карты памяти. 8-битный микропроцессор с 16-линиями адреса может адресовать любую из 65536 (216) ячеек памяти, поэтому диапазон адресов памяти составляет от 0 до 65535 (максимальный адрес). На рис. 5.4 показана типичная карта памяти с адресами.



Рис. 5.4.Типичная карта памяти системы управления с 8-битным микропроцессором.


5.4. Поиск неисправностей в микропроцессорах

Поиск неисправностей в микропроцессорных системах, особенно для новичков, может оказаться сложной задачей. Однако расстраиваться не нужно, потому что большинство неисправностей довольно просты и их можно обнаружить несложным прибором. До начала работы следует по возможности получить принципиальную схему и документацию по эксплуатации системы; в ней приводятся наиболее часто встречающиеся неисправности.

Отправной точкой при работе со схемной платой служит идентификация основных элементов, включая микропроцессор и вспомогательные микросхемы. Микросхемы полупроводниковой памяти обычно размещаются компактно, и их легко найти (подробнее см. в гл. 6), а микросхемы для ввода-вывода располагаются вблизи соответствующих разъемов. Генератор синхронизации легко найти по кварцу, а дешифраторы адреса выполняются на TTЛ-схемах либо на заказных логических матрицах (программируемые логические матрицы ПЛМ или нескоммутироваиные логические матрицы НЛМ).


Рекомендуем почитать
Российские деятели украинского происхождения

В Справочнике приведены краткие биографии около 1400 российских деятелей украинского происхождения, внёсших свой вклад в развитие России. В нём помещены статьи о государственных, политических, общественных и церковных деятелях, революционерах, декабристах, полководцах, флотоводцах и военачальниках, героях войн, космонавтах, писателях, художниках, скульпторах, архитекторах, артистах театра и кино, режиссёрах, композиторах, искусствоведах, спортсменах, учёных, создателях новых технологий и техники.             Справочник через биографии деятелей освещает историю Украины и России за период с 1654 г.


Германские пехотные противотанковые средства ближнего боя

В брошюре даны описания и способы применения пехотных противотанковых средств немецкой армии, захваченных нашими войсками. Брошюра поможет нашим бойцам и командирам научиться применять эти средства против танков противника. Настоящее пособие составлено инженер-полковником Клюевым при участии инженер-полковника Панкратьева.


Монеты Китая первой половины XX века. Часть 1.

В книге в занимательной форме описывается история чеканки китайских монет с изображением политических деятелей начиная с первых лет революции до прихода к власти коммунистов. В приложении даны советы и рекомендации по переводу надписей на китайских монетах, таблицы наиболее часто встречающихся на монетах иероглифов и примеры их чтения. Книга снабжена большим количеством иллюстраций.


713 секретов производственных технологий

Форматирование файла не завершено (Stribog).Эти не только древние, но и интересные рецепты не потеряли актуальности и в нынешнее время. Правда, хочу заметить, что не все из них безопасны. Особенно те, где используется ртуть и соли тяжелых металлов (в частности это касается раздела «Парфюмерия»). Так что думайте Сами.С уважением, Сергей Каштанов.


Противотанковая мина ТМ-72 и минный взрыватель МВН-72

Руководство предназначается для изучения тактико-технических характеристик, устройства принципа действия, правил применения, хранения и транспортировки противотанковой мины ТМ-72 и минного взрывателя МВН-72.


Учимся читать в три раза быстрее за 20 минут - Лайфхакер

rufb2edit 0.0.908 сен 2015http://lifehacker.ru/2015/01/22/chitat-v-3-raza-bystree/web2fb2_201509080815_87756238791.0Учимся читать в три раза быстрее за 20 минут - ЛайфхакерИя Зорина 22 января 2015Учимся читать в три раза быстрее за 20 минутУмение быстро читать освобождает кучу свободного времени. Только представьте, вы можете в три раза быстрее справляться со всей литературой — технической, профессиональной или художественной. А теперь приятная новость: в отличие от большинства навыков, которые нужно осваивать постепенно, скорочтение доступно вам уже через 20 минут тренировки.