Шины микропроцессорной системы

До того как перебегать к особенностям циклов обмена, остановимся подробнее на составе и предназначении разных шин микропроцессорной системы.

Как уже упоминалось, в системную магистраль (системную шину) микропроцессорной системы заходит три главные информационные шины: адреса, данных и управления.

Шина данных — это основная шина, ради которой и создается вся система. Количество ее Шины микропроцессорной системы разрядов (линий связи) определяет скорость и эффективность информационного обмена, также очень вероятное количество команд.

Шина данных всегда двунаправленная, потому что подразумевает передачу инфы в обоих направлениях. Более распространенный тип выходного каскада для линий этой шины — выход с 3-мя состояниями.

Обычно шина данных имеет 8, 16, 32 либо 64 разряда. Понятно, что за один цикл обмена Шины микропроцессорной системы по 64-разрядной шине может передаваться 8 б инфы, а по 8-разрядной — только один б. Разрядность шины данных определяет и разрядность всей магистрали. К примеру, когда молвят о 32-разрядной системной магистрали, предполагается, что она имеет 32-разрядную шину данных.

Шина адреса — 2-ая по значимости шина, которая определяет очень вероятную сложность микропроцессорной Шины микропроцессорной системы системы, другими словами допустимый объем памяти и, как следует, очень вероятный размер программки и очень вероятный объем запоминаемых данных. Количество адресов, обеспечиваемых шиной адреса, определяется как 2N, где N — количество разрядов. К примеру, 16-разрядная шина адреса обеспечивает 65 536 адресов. Разрядность шины адреса обычно кратна 4 и может достигать 32 и даже 64. Шина адреса Шины микропроцессорной системы может быть однонаправленной (когда магистралью всегда управляет только микропроцессор) либо двунаправленной (когда микропроцессор может временно передавать управление магистралью другому устройству, к примеру контроллеру ПДП). Более нередко употребляются типы выходных каскадов с 3-мя состояниями либо обыденные ТТЛ (с 2-мя состояниями).

Как в шине данных, так и в шине адреса может Шины микропроцессорной системы употребляться положительная логика либо отрицательная логика. При положительной логике высочайший уровень напряжения соответствует логической единице на соответственной полосы связи, маленький — логическому нулю. При отрицательной логике — напротив. Почти всегда уровни сигналов на шинах — ТТЛ.

Для понижения полного количества линий связи магистрали нередко применяется мультиплексирование шин адреса и данных. Другими словами одни Шины микропроцессорной системы и те же полосы связи употребляются в различные моменты времени для передачи как адреса, так и данных (сначала цикла — адресок, в конце цикла — данные). Для фиксации этих моментов (стробирования) служат особые сигналы на шине управления. Понятно, что мультиплексированная шина адреса/данных обеспечивает наименьшую скорость обмена, просит более Шины микропроцессорной системы долгого цикла обмена (рис. 2.1). По типу шины адреса и шины данных все магистрали также делятся на мультиплексированные и немультиплексированные.Рис. 2.1. Мультиплексирование шин адреса и данных.

В неких мультиплексированных магистралях после 1-го кода адреса передается несколько кодов данных (массив данных). Это позволяет значительно повысить быстродействие магистрали. Время от времени в магистралях применяется Шины микропроцессорной системы частичное мультиплексирование, другими словами часть разрядов данных передается по немультиплексированным линиям, а другая часть — по мультиплексированным с адресом линиям.

Шина управления — это вспомогательная шина, управляющие сигналы на которой определяют тип текущего цикла и фиксируют моменты времени, надлежащие различным частям либо стадиям цикла. Не считая того, управляющие сигналы обеспечивают согласование Шины микропроцессорной системы работы микропроцессора (либо другого владельца магистрали, задатчика, master) с работой памяти либо устройства ввода/вывода (устройства-исполнителя, slave). Управляющие сигналы также обслуживают запрос и предоставление прерываний, запрос и предоставление прямого доступа.

Сигналы шины управления могут передаваться как в положительной логике (пореже), так и в отрицательной логике (почаще). Полосы шины Шины микропроцессорной системы управления могут быть как однонаправленными, так и двунаправленными. Типы выходных каскадов могут быть самыми различными: с 2-мя состояниями (для однонаправленных линий), с 3-мя состояниями (для двунаправленных линий), с открытым коллектором (для двунаправленных и мультиплексированных линий).

Самые главные управляющие сигналы — это стробы обмена, другими словами сигналы, создаваемые микропроцессором Шины микропроцессорной системы и определяющие моменты времени, в которые делается пересылка данных по шине данных, обмен данными. В большинстве случаев в магистрали употребляются два разных строба обмена:

· Строб записи (вывода), который определяет момент времени, когда устройство-исполнитель может принимать данные, выставленные микропроцессором на шину данных;

· Строб чтения (ввода), который определяет момент времени, когда устройство Шины микропроцессорной системы-исполнитель должно выдать на шину данных код данных, который будет прочитан микропроцессором.

При всем этом огромное значение имеет то, как микропроцессор кончает обмен в границах цикла, в какой момент он снимает собственный строб обмена. Вероятны два пути решения (рис. 2.2):

· При синхронном обмене микропроцессор кончает обмен данными без помощи других, через Шины микропроцессорной системы один раз и навечно установленный временной интервал выдержки (tвыд), другими словами без учета интересов устройства-исполнителя;

· При асинхронном обмене микропроцессор кончает обмен только тогда, когда устройство-исполнитель подтверждает выполнение операции особым сигналом (так именуемый режим handshake — рукопожатие).


Рис. 2.2. Синхронный обмен и асинхронный обмен.

Плюсы синхронного обмена — более обычный Шины микропроцессорной системы протокол обмена, наименьшее количество управляющих сигналов. Недочеты — отсутствие гарантии, что исполнитель выполнил требуемую операцию, также высочайшие требования к быстродействию исполнителя.

Плюсы асинхронного обмена — более надежная пересылка данных, возможность работы с самыми различными по быстродействию исполнителями. Недочет — необходимость формирования сигнала доказательства всеми исполнителями, другими словами дополнительные аппаратурные издержки Шины микропроцессорной системы.

Какой тип обмена резвее, синхронный либо асинхронный? Ответ на этот вопрос многозначен. С одной стороны, при асинхронном обмене требуется какое-то время на выработку, передачу дополнительного сигнала и на его обработку микропроцессором. С другой стороны, при синхронном обмене приходится искусственно наращивать продолжительность строба обмена для соответствия требованиям большего числа исполнителей Шины микропроцессорной системы, чтоб они успевали обмениваться информацией в темпе микропроцессора. Потому время от времени в магистрали предугадывают возможность как синхронного, так и асинхронного обмена, при этом синхронный обмен является главным и достаточно резвым, а асинхронный применяется только для неспешных исполнителей.


8Прохождение сигналов по магистрали При организации обмена по магистралям и шинам разработчику нужно учесть Шины микропроцессорной системы несколько принципиальных моментов, связанных как с особенностью распространения сигналов по шинам, так и с самой природой шин. В неприятном случае микропроцессорная система может просто не работать либо работать нестабильно, хотя вся логика цифровых устройств, входящих в систему, будет спроектирована безошибочно.

В случае, когда системная шина (магистраль) микропроцессорной системы Шины микропроцессорной системы является наружной, а не укрыта снутри микросхемы, нужно учесть особенности распространения сигналов по длинноватым линиям. Хотя почти всегда длина магистрали не очень велика, не превосходит 1—2 10-ов см, это все равно оказывает огромное воздействие на синхронизацию обмена.

На прохождение сигналов по магистрали оказывают влияние последующие причины:

· конечная величина задержки распространения сигналов Шины микропроцессорной системы по линиям магистрали;

· различие задержек распространения сигналов по различным линиям шины;

· неодновременное выставление сигналов на полосы шины;

· искажение фронтов сигналов, проходящих по линиям магистрали;

· отражение сигналов от концов линий связи (рис. 2.14).


Рис. 2.14. Прохождение сигналов по шине.

Для учета всех этих причин разработчики стандартных магистралей обмена и стандартных протоколов Шины микропроцессорной системы обмена всегда закладывают нужные задержки меж сигналами, участвующими в обмене. Не считая того, задержки меж сигналами выбираются таким макаром, чтоб устройство, которому адресован тот либо другой сигнал, имело довольно времени для его обработки. Если разрабатывается новенькая магистраль, все это тоже нужно учесть.

Потому пробовать «модернизировать» некий стандартный протокол и Шины микропроцессорной системы ускорять обмен по магистрали методом уменьшения задержек, предусмотренных эталоном, очень небезопасно. Точно так же небезопасно, не изменяя протокола обмена, пробовать прирастить длину магистрали, увеличивая тем задержки распространения сигналов по линиям и шинам. В особенности чувствительны к такового рода «модернизациям» синхронные магистрали, в каких не предвидено непременное доказательство выполнения Шины микропроцессорной системы каждой операции.

К примеру, продолжительность фазы адреса в цикле обмена выбирается таким макаром. В течение адресной фазы все сигналы всех разрядов кода адреса, пусть даже и сформированные микропроцессором не сразу, должны дойти до устройства-исполнителя по своим проводам шины. А устройство-исполнитель должно этот код адреса принять и обработать Шины микропроцессорной системы (другими словами отличить.


shkola-pryamogo-postizheniya.html
shkola-samoopredeleniya-aleksandra-tubelskogo.html
shkola-skopirovat-i-vstavit-vmesto-prochitat-i-napisat.html