Микропроцессорлық жүйелерді жобалау процесі үш кезеңді қамтиды (1.1-сурет): 1) жүйе; 2) функционалдық-схемалар; 3) жөндеу және өнімділікті бағалау.

Күріш. 1.1. MPS жобалау кезеңдері

Жүйені жобалау сатысында алдымен МЖҚ-ға жүктелген тапсырманың жүйелік талдауы жүргізіледі, оның мақсаты, негізгі қасиеттері, қажеттіліктері, іске асыру идеялары, қаржыландыру көлемі және жобалау жолдары бойынша шешім қабылдау үшін жеткілікті басқа да белгілер көрсетіледі. анықталды. Содан кейін жүйенің функционалдық тәртібі және оған қойылатын талаптар орындалатын функциялар жиынтығын, қажетті өнімділікті қамтамасыз ету, маңызды функцияларды анықтау, құрамын анықтау тұрғысынан тұжырымдалады. перифериялық жабдықжүйелер, кіріс және шығыс деректердің құрылымдары, деректер ағындарының сипаттамалары және басқару ақпараты. Жүйенің жұмыс істеуінің үлкейтілген алгоритмі және МРС жұмыс істеу алгоритмінің формалды сипаттамасы әзірленуде. Жүйені жобалау кезеңіндегі келесі қадам MPS иерархиясының деңгейлерінің санын, олардың сыртқы орта немесе жүйе арасындағы байланыстарын анықтау болып табылады. Жүйенің архитектурасына қойылатын талаптар анықталады, аппараттық құралдармен жүзеге асырылатын функциялардың таралуы және бағдарламалық құралдар, интерфейстерге қойылатын талаптар негізделген. Берілген жылдамдықты және күрделілік пен шығынды азайту және әзірлеу уақытын қысқарту мүмкіндігін ескере отырып, жүйенің аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз етуіне қойылатын талаптарды теңестіру қажет. Аппараттық құралдарда неғұрлым көп функциялар іске асырылса, өнімділік соғұрлым жоғары болады, бірақ жүйе архитектурасы күрделірек және әзірлеу уақыты ұзағырақ.

Қазіргі уақытта LSI және VLSI мүмкіндіктерінің дамуына байланысты соңғы кезге дейін тек бағдарламалық жасақтамада орындалатын функцияларды аппараттық құралдарға беру үрдісі бар. Интеграция бағдарламалық қамтамасыз ету мүмкіндіктеріаппараттық конструкцияларда, негізінен ROM микробағдарламалары немесе «математикалық» кристалдар түрінде – микропроцессорлық жүйелерде жиі қолданылатын бағыт. Операциялық жүйенің көптеген функциялары бағдарламаларды ROM чиптеріне орналастыру арқылы аппараттық әдіспен жүзеге асырыла бастады. Мүмкін кезек программалау тілдерінің функцияларын аппараттық жүзеге асыруға келеді.

Маңызды нүктежүйені жобалау кезеңі таңдау болып табылады элементтік база, негізгі IPC, яғни. микропроцессорлар тобының түрі және басқа LSI. Осы кезеңге сүйене отырып, А техникалық тапсырма(ТҚ).

Жүйені жобалау кезеңі негізінен эвристикалық болып табылады және оның нәтижесі микропроцессорлық жүйенің блок-схемасы және әзірленген MPS қанағаттандыруға тиісті барлық талаптарды көрсететін техникалық сипаттамалар болып табылады.

Функционалдық және схемалық кезең үш салаға бөлінеді: аппараттық құралдарды әзірлеу, бағдарламалық қамтамасыз етуді әзірлеу және көмекші құралдарды әзірлеу, олар өз кезегінде аппараттық және бағдарламалық құралдарды да қамтиды. Бұл кезеңнің негізгі белгілері келесідей:

1) аппараттық құралдардың нақты құрылымына бағытталған аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз етуді бірлесіп әзірлеу және жөндеу қажеттілігі;

2) микропроцессорлық жүйелерді әзірлеу және жөндеудің принципті жаңа әдістері мен құралдарын пайдалану, мысалы, схема ішіндегі эмуляторлар, логикалық және қолтаңба анализаторлары, жөндеу кешендері және бағдарламалауды автоматтандыру құралдары;

3) әзірлеуші ​​бір уақытта микропроцессорлық жүйелерді жобалау тәжірибесіне ие болуы, сондай-ақ оларды қолданудың белгілі бір саласын түсінуі тиіс жобалау кезеңдерінің күшті өзара байланысы және біркелкі интеграциясы.

негізінде функционалдық схеманы жобалау кезеңінде блок-схема MPS техникалық құралдардың, алгоритмдердің және модульдердің функционалдық және схемалық диаграммаларын әзірлейді қолданбалы бағдарламалар. Бұл кезең стандартты схемалық және бағдарламалық шешімдерді кеңінен қолданумен және аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз етудің өзара күшті тәуелділігімен сипатталады, оларды әзірлеу барлық кезеңдерінде параллельді түрде жүргізілуі керек. Кезең аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз етуді біріктірумен аяқталады, ол тұтастай алғанда бүкіл MPS жөндеу кезеңін бастайды.

MPS жөндеу - ең көп уақытты қажет ететін кезең, сондықтан кірістірілген басқару құралдарын әзірлеуге және стандартты жөндеу құралдарын пайдалану әдістемесіне аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз етуді әзірлеу сияқты назар аудару керек. Түзету үшін кірістірілген құралдар, бағдарламалық және аппараттық құралдар, сонымен қатар логикалық және қолтаңба анализаторлары, жөндеу кешендері, ішкі эмуляторлар сияқты арнайы құрылғылар қажет. Диагностика және басқару құралдарын ендіру жүйені әзірлеу құнын біршама ұзартады және арттырады, бірақ оны жөндеуді және одан әрі жұмысын айтарлықтай жеңілдетеді.

Жүйені жобалау алынған сипаттамаларды бағалау арқылы әзірленген МПС-ны ол тағайындалған жүйеде тәжірибелік сынақтан өткізу арқылы аяқталады. Егер бағалау нәтижелері ТЖ талаптарына сәйкес келмесе, онда себептерді талдау жүргізіледі және оның негізінде МПЖ жеке модульдері немесе тұтастай алғанда бүкіл жүйе қайта құрастырылады.

Жобалау жобаланған MPS және барлық қажетті құжаттаманы ұтымды пайдалану бойынша ұсыныстарды қамтитын әдістемелік қамтамасыз етуді әзірлеумен аяқталады.

Қарастырылған кезеңдер, әдетте, жоғары білікті мамандардың салыстырмалы түрде аз санының қатысуымен ғылыми-зерттеу жұмысы түрінде жүзеге асырылады.

Әрі қарай жобалау кезеңдері әдетте әзірлеу жұмыстары түрінде жүзеге асырылады және көптеген орындаушылардың қатысуын талап етеді.

1. жұмыс істеуі,дизайн және сәулетмикропроцессорлық құрылғыларжәне жүйелер

1.1. Жалпымикропроцессорлық технология туралы мәліметтер

Негізгі ұғымдар жәнеанықтамалармикропроцессорлық технология

Микропроцессорлар мен микрокомпьютерлер электроника өнеркәсібінің жаппай өнімі болып табылады. Микропроцессорлық технология негіздерін білу кез келген профильдегі инженерлерге, әсіресе жүйелік инженерлерге, инженер-конструкторларға, есептеуіш жүйелердің (КЖ) технологиялық инженерлеріне қажет.

Микропроцессорлар (МП) қазіргі заманғы ұшақтар мен электронды құрылғыларда (РЭУ), технологиялық басқару жүйелерінде, икемді автоматтандырылған және басқа салаларда кеңінен қолданылады. МП қолдану еңбек өнімділігін арттыруға оң әсерін тигізеді, әртүрлі мақсаттағы жабдықтардың сапасын жақсартады. Техникалық жүйелерде МП және микрокомпьютерді қолданудың арқасында жабдықтың функционалдық мүмкіндіктері кеңейіп, оның сенімділігі мен жұмыс тұрақтылығы артып, ақпаратты өңдеу сапасы жақсарды.

Есептеу жүйелерінде МП және микрокомпьютерлерді пайдалану перспективалары мен мүмкіндіктері әлі толық ашылған жоқ. Өндірістік технологиялар мен МП архитектурасы үнемі жетілдірілуде. Сонымен, қазіргі заманғы бір чипті МП бит тереңдігі 64 битке жетеді. МП және микрокомпьютерлерді пайдалану кезінде әзірлеушілер өз архитектурасының мүмкіндіктерін бағалай білуі және техникалық сипаттама, сонымен қатар әртүрлі деңгейдегі бағдарламалау тілдерін білу. Жүйелік бағдарламалық құралды жасау үшін ассемблер тілі кеңінен қолданылады. Бағдарламалаушылардың жоғары өнімділігін қамтамасыз ету үшін деректерді өңдеу тапсырмалары жоғары деңгейлі тілдерді (мысалы, C) пайдалана отырып шешіледі. Қазіргі заманғы инженерлер – компьютерлік технология мамандары МП архитектурасы және әртүрлі деңгейдегі тілдерде электронды құрылғыларды бағдарламалау саласындағы білімді қажет етеді.

Микропроцессорлық технологиядағы негізгі ұғымдар: «микропроцессор», «IC», «IC», «LSI», «VLSI», «LIS микропроцессорлық жинағы», «микропроцессорлық құрылғы», «микропроцессорлық жүйе», «микропроцессор» сияқты ұғымдар. жабдықтар», «микрокомпьютер» (жалпы мақсаттағы және мамандандырылған), «енгізілген микрокомпьютер», «дербес компьютер», «тұрмыстық дербес компьютер», «кәсіби дербес компьютер», «микроконтроллер» т.б.

Кроме того, в микропроцессорной технике используются понятия, относящиеся к вычислительной технике, и в частности «магистраль», «шина», «интерфейс», «системный интерфейс», «периферийный интерфейс», «адаптер», «протоколы», «линия интерфейса « және т.б.

Микропроцессорлық технологиядағы бағдарламалық құралдарды оқып-үйрену кезінде компьютерлік технологиядағы бағдарламалық құралдарды сипаттау ұғымдарымен аты жөнінен сәйкес келетін жалпы ұғымдар пайдаланылады, атап айтқанда, «алгоритм», «бағдарлама», « бағдарламалық қамтамасыз ету« және т.б.

Негізгілердің бірі негізгі ұғымдармикропроцессорлық технология, бұл «микропроцессор».

Микропроцессор- ол кешенбағдарламалық басқарылатын құрылғы,өңдеуге арналған сандық ақпаратжәнебір немесе бірнеше интеграл түрінде жасалған осы өңдеу процесін басқаруинтеграциялану дәрежесі жоғары микросұлбалар (BIC немесе SBIБІРГЕ).

Интегралды схема (IХАНЫМ)сигналдарды түрлендіру, өңдеу және (немесе) ақпаратты жинақтау бойынша белгілі бір функцияны орындайтын, электрлік қосылған элементтердің (немесе элементтер мен құрамдастардың) және (немесе) кристалдардың жоғары ішкі орау тығыздығына ие және аспектіде қарастырылатын микроэлектрондық құрылғы. жалпы электроника өнімдерін сынау, жеткізу және пайдалану талаптары.

Жартылай өткізгіш IC- барлық элементтері мен элементаралық байланыстары жартылай өткізгіштің ішінде және бетінде орындалатын интегралды микросұлба.

Сандық IC- дискретті функция заңы бойынша өзгеретін сигналдарды түрлендіруге және өңдеуге арналған интегралдық схема.

Интеграция дәрежесі- СК күрделілік дәрежесінің көрсеткіші, ол оның құрамындағы элементтер мен құрамдас бөліктердің санымен сипатталады. Интеграция дәрежесі формула бойынша анықталады к= журнал Н, қайда к- интегралдау дәрежесін анықтайтын коэффициент, оның мәндері ең үлкен бүтін санға дейін дөңгелектенеді; Н- ИС элементтері мен компоненттерінің саны.

Үлкен интегралдық схема (BIМЕН)- биполярлық технологияны пайдалана отырып жасалған 500 немесе одан да көп элементтерді немесе MOS технологиясын пайдалана отырып жасалған 1000 немесе одан да көп элементтерді қамтитын интегралды схема, өте үлкен ажырамассхемасы (SBIМЕН)қамтидыэлементтердің үстінен.

ОрнатуBIS- архитектурада, дизайнда, электрлік параметрлерде үйлесімді және олардың мүмкіндіктерін қамтамасыз ететін әртүрлі функцияларды орындайтын LSI түрлерінің жиынтығы бөлісумикропроцессорлық технология өндірісінде.

микропроцессор жинағы (IPC)- архитектурасы, конструкциясы және электрлік параметрлері бойынша үйлесімді және оларды бірлесе пайдалану мүмкіндігін қамтамасыз ететін микропроцессорлық және басқа IC жиынтығы.

Микропроцессор екі электронды құрылғыларға да тән көптеген параметрлермен сипатталады (жылдамдық, қуат тұтыну, өлшемдер, салмақ, қуат деңгейлерінің саны, сенімділік, құны, корпус түрі, температура диапазоны және т.б.) және есептеуіш құралдар(разрядтың тереңдігі, команданың немесе микронұсқаулардың орындалу циклі, ішкі регистрлердің саны, микробағдарлама деңгейінің болуы, стек жадының түрі, бағдарламалық құрал құрамы және т.б.).

микропроцессорлық құрылғы ( MPU) - функционалды және конструктивтісхемалық және конструктивті болып табылатын дайын өнімбірнеше микросұлбаларды, соның ішінде бір немесе бірнеше микропроцессорларды қосубір немесе орындауға арналғанбірнеше функциялар: қабылдау, емдеу,ақпаратты беру, түрлендіру және басқару.

MPU біртұтас байланыстырушы сипаттамаларға ие (интерфейс, дизайн және т.б.) және нақты техникалық жүйенің бөлігі ретінде қызмет етеді.

Микропроцессорлық жүйе ( MPS) - бұл көп саныфункционалдық құрылғылардың бірімикропроцессоры бар.

Микропроцессор бұл жүйенің өзегі болып табылады және функцияларды орындайды орталық құрылғыбасқару және арифметикалық-логикалық мәліметтерді түрлендіруге арналған құрылғы. Барлық MPS құрылғыларының стандартты интерфейсі бар және бір ақпараттық магистральға қосылған.

Микропроцессорлық технология - микропроцессорлар мен есептеуіш құрылғылартехнологиясы (VT) және олардың негізінде жасалған автоматтандыру.

Бұл ең жалпы ұғымдар есептеу техникасы. Қазіргі уақытта барлық дерлік VT микропроцессорлық құрылғылар негізінде құрастырылған.

Жалпы мақсаттағы микрокомпьютер - бұл көлемі үлкен микрокомпьютерлерәртүрлі өңдеуге бейімделген операциялық ресурстарсандық және мәтіндік деректер және есептеуіш техникада пайдалануға арналғанорталықтары.

Бұл жеке компьютерлердің негізі болып табылатын микрокомпьютерлердің ең кең тараған класы.

Мамандандырылған компьютерлер - ол нақты іске асыруға арналған компьютерлерарнайы алгоритм:Фурье түрлендірулері, корреляциялық есептеулерфункциялары жәнебасқалар

Олар жүйелік командалардың шектеулі саны бар тар профильді компьютерлер.

кіріктірілген микрокомпьютер (микропроцессорлық құрылғы) - өңдеу блогыдеректер жәнеүй жағдайында пайдалануға арналған басқару элементтеріаспаптар, процестерді басқару жүйелері немесебасқару, компьютердің қосымша құрылғылары, оргтехника және т.б.

Бұл компьютерлердің көпшілігі тұрмыстық техникада (теледидарлар, радиоқабылдағыштар, кір жуғыш машиналар және т.б.) қолданылады.

Дербес компьютер (дербес компьютер) - диалог жүйесіжеке пайдалануға арналған, іске асырылдымикропроцессорға негізделгеншағын өлшемді сыртқы сақтауды білдіредіқұрылғылар мен деректерді жазу құрылғылары,жоғары деңгейлі тілдерде дамыған бағдарламалау жүйесін пайдалана отырып, барлық компьютерлік ресурстарға қол жеткізуді қамтамасыз етеді.

Бұл жеке пайдалануға арналған шағын өлшемді және құны әмбебап микрокомпьютер. Тұрмыстық дербес компьютерлерүй ақпарат орталығы ретінде әрекет етеді. Кәсіби тұлғакомпьютерлермаманның жұмыс орнында үлкен көлемдегі ақпаратты өңдеудің әртүрлі операцияларын автоматтандыруға арналған.

микроконтроллер- функциялары логикалық талдау және басқару болып табылатын бір немесе бірнеше микросхемаларда жасалған басқарылатын құрылғы.

Микропроцессорлардың классификациясы және олардың негізгі параметрлері

LSI саны бойынша бір чипті, көп чипті және көп чипті секциялы МП ажыратылады.

Бір чипті MPпроцессордың барлық аппараттық құралдарын бір LSI немесе VLSI түрінде жүзеге асыру. Бір чипті МП бекітілген разрядтық тереңдікке, командалар жиынына ие және құрылымдық жағынан бір интегралдық схема (IC) түрінде жасалған. Ол орындайтын барлық операциялар МП командаларының жиынтығымен анықталады. Бір чипті МП-ның ерекшелігі - ішкі ақпараттық мәліметтер мен басқару сигналдарын беру үшін ішкі магистральдың болуы. Бұл МП мүмкіндіктері кристалдың және буманың аппараттық ресурстарымен шектелген, бірақ кристалды біріктіру дәрежесінің және орам түйреуіштерінің санының жоғарылауымен МП параметрлері үздіксіз жетілдіріліп отырады.

В көпкристалдық МПлогикалық құрылым бөлек LSI және VLSI немесе бір VLSI-де бөлек кристалдар ретінде жүзеге асырылатын функционалды толық бөліктерге бөлінеді.

Көп чипті бөлінген МПмикропроцессорлық секциялар жиынтығынан тұрады.

микропроцессорлық бөлім- ол біріктірілген микропроцессорМП бөлігін жүзеге асыратын және қарапайым функционалдық құралдары бар схемабірлестіктертолық MP, MPU немесе микрокомпьютерлерді құру үшін бірдей типті немесе басқа микропроцессорлық бөлімдері бар.

Бөлімделген депутаттар микробағдарлама арқылы басқарылады. Бөлімделген MPC LSI серияларын қамтиды: K1800, KR1802, KM1804 және т.б. Олардың негізгі мақсаты жоғары өнімді көпразрядты МП және ШПК құру, олардың негізінде әртүрлі басқару компьютерлік жүйелері жүзеге асырылады.

IPC BIS негізі бір сериядағы IC негізгі жиынтығы болып табылады. Ол бекітілген разрядтық тереңдігі бар бір чипті MP IC және командалар жиынынан немесе бір чипті MP LSI жиынынан тұруы мүмкін. МП функционалдығын кеңейту үшін негізгі MPC LSI басқа LSI түрлерімен толықтырылған: RAM, ROM, PROM, интерфейстің интегралды схемалары, сыртқы құрылғы контроллері және т.б.

Өңделу түріне қарай сигналдар бөлінеді сандықжәне аналогтық МП.МТ-ның екі түрінде де ақпаратты өңдеу цифрлық болып табылады. Цифрлық МП-да таза цифрлық сигналдар өңделсе, аналогтық МП-да аналогтық сигналдарды өңдеу үшін аналогты-цифрлық құрылғы (ADC) және цифрлық-аналогтық түрлендіргіш (DAC) орнатылған. Оларда кіріс аналогтық сигналдар МП-ға ADC арқылы беріледі, цифрлық түрде өңделеді, ДАС-да аналогтық түрге түрлендіріледі және шығарылады.

Микропроцессорлық жинақты таңдау

есептеуіш құрылғыларды жобалау үшінжәне жүйелер

Белгілі бір есептеуіш құрылғы немесе жүйе үшін IPC таңдау ең қиын міндет болып табылады. Бұл олардағы IPC және LSI санының тұрақты өсуіне байланысты.

MPC таңдаған кезде жабдық белгілі бір талаптарға сай болуы керек: нақты уақыт режимінде жұмыс істеу; сенімділікті арттыру; шуға қарсы иммунитет; техникалық қызмет көрсетудің қарапайымдылығы; жабдықтың қызмет ету мерзімі ішінде қайта-қайта шешілетін бекітілген тапсырмалар кешенінің болуы.

IPC таңдау үш негізгі критерий бойынша жүзеге асырылады:

1) бағдарламалық қамтамасыз етуді әзірлеу аспектісінде разрядтың тереңдігін, пайдалануға болатын жалпы мақсаттағы регистрлердің санын, командалар мен адрестеу әдістерінің жиынтығын, стектің болуын және ұйымдастырылуын талдау қажет;

2) жүйені жобалауға қатысты мыналарды анықтау қажет: МП архитектурасының түрі (секциялық немесе бір чипті), басқару ұйымының түрі (микробағдарлама немесе қатты логикамен), басқа жиынтықтардан логикалық біріктірілген LSI бар болуы, жылдамдығы МП, үзіліс және жадқа тікелей қол жеткізу мүмкіндігі, автоматтандырылған дизайнның болуы;

3) MPS аппараттық құралдарын дамыту тұрғысынан мыналарды ескеру қажет: LSI электрлік үйлесімділігі, қуат көздерінің саны және қуат шығыны, қаптаманың өлшемі мен түрі, түйреуіштер саны, жұмыс температурасының диапазоны және т.б.

Белгілі бір қолданба үшін RPC таңдау көбінесе ол жасалатын технология негізінде жүзеге асырылады.

Сұрақтар мен тапсырмалар

1. Өндірістік жүйелерде МП және микрокомпьютерлердің қолданылуын қандай факторлар анықтайды?

2. Бір чипті МП-ның көп чиптілерден (секциясыз және секциялы) айырмашылығы неде?

3. МП, МПУ және МПС қандай жалпы параметрлерді сипаттайды?

4. Депутаттар қандай негізде сипатталады?

5. Қазіргі МТ-ның негізгі параметрлерін атаңыз.

6. Есептеу құрылғылары мен жүйелерін жобалау кезінде микропроцессорлық жинақтарды таңдаудың критерийлері қандай?

1.2. Жалпы мәселелерұйымдар жәнежұмыс істейдімикропроцессорлық құрылғыларжәне жүйелер

Микропроцессорлық құрылғылардың құрылымыжәне жүйелер

Кез келген MPS МП, жады жүйесі, ақпаратты енгізу-шығару жүйесі және басқару немесе басқару объектісімен өзара әрекеттесу жүйесінен тұрады.

микропроцессор жәнеорталық басқару құрылғысы және арифметикалық-логикалық мәліметтерді түрлендіру құрылғысы рөлін атқарады.

Жадбірнеше деңгейден тұратын жүйе ретінде физикалық түрде жүзеге асырылады.

Тұрақты сақтау құрылғылары (ТҰРАҚТЫ ЖАДТАУ ҚҰРЫЛҒЫСЫ)алдын ала жазылған деректерді ұзақ уақыт сақтауға арналған және оқу режимінде ғана пайдаланылады. Олар энергияға тәуелсіз.

Кездейсоқ қол жеткізу жады (OZP)процессордың жылдамдығына жақындайтын жылдамдықпен деректерді онлайн жазу және оқу режимдерінде жұмыс істеу. Олар энергияға тәуелді.

Сыртқы жад құрылғылары (Inесте сақтау)үлкен көлемдегі ақпаратты сақтау функцияларын орындайды, икемді және қатты дискілерді қамтиды магниттік дискілер, CD (лазер) және т.б.

Құрылғылардеректерді енгізу (ID)деректерді сырттан МР регистрлеріне немесе жадыға тасымалдауға арналған. Олардың ішінде пернетақта, әртүрлі басқару панельдері, магниттік және лазерлік дискілер және т.б.

Деректерді шығару құрылғылары (УКВ)МР регистрлерінен немесе жад ұяшықтарынан берілетін деректерді қабылдауға арналған. Бұл дисплейлер, басып шығару құрылғылары, ВЗУ, басқару пульттері, плоттерлер (плоттерлер) және т.б.

Басқару немесе басқару объектісін MPU немесе MPS-мен біріктіру үшін жабдық датчиктер мен жетектерді қамтуы керек. MPS пайдалана ма, оларды MPU қосу үшін блоктарконъюгация,интерфейсті сәйкестендіру функцияларын орындайтын. Кейде бұл блоктар объектімен байланыс құрылғылары (USO) деп аталады.

Микропроцессорлық құрылғылардың интерфейстеріжәне жүйелер

MPS-тің архитектуралық мүмкіндіктері көбінесе интерфейс түріне байланысты.

Бірыңғай интерфейс ережелер жиынтығы болып табыладыMPS құрылғыларының өзара әрекеттесуінің бірыңғай принциптері.

Интерфейс құрылғыларды қосуға арналған аппараттық құралдарды (қосқыштар, қосылыстар), қосылыстардың номенклатурасы мен сипаттамаларының спецификациясын, бағдарламалық қамтамасыз етуді, интерфейс сигналдарының табиғатын сипаттауды және олардың уақыт диаграммаларын, сондай-ақ сигналдардың электрофизикалық параметрлерін сипаттауды қамтиды.

Интерфейстің негізгі міндеті - біріздендіру негізінде әртүрлі құрылғылардың автоматты өзара әрекеттесуінің көрсетілген сапасын алдын ала анықтайтын аппараттық, бағдарламалық және конструктивті құралдардың үйлесімділігін қамтамасыз ету. функционалдық элементтерНәтижелер мен бақылау әрекеттерін жинау, түрлендіру, сақтау және шығару кезеңдерінде МДҚ-да ақпаратты өңдеудің бірыңғай процесінде.

MPS архитектурасы негізінен үш интерфейс деңгейімен анықталады: жүйелік, машинадан машинаға және шағын интерфейс (перифериялық құрылғы интерфейсі).

Жүйе интерфейсіпроцессормен және OZP-мен бірдей ақпарат алмасу үшін МРЖ негізгі модульдерін (блоктарын) бір жүйеге біріктіруді қамтамасыз етеді.

Жүйе интерфейстері шоғырланған (ДК интерфейстері), жергілікті шоғырланған (Q-шинасы) және жергілікті (Unibus) болып бөлінеді.

Машинадан машина интерфейсімультипроцессорлық жүйелердің құрылысын қамтамасыз етеді және жергілікті және бөлінген жүйелержәне желілер.

Шағын интерфейстерперифериялық құрылғылар мен ROM топтарының жұмысының физикалық принциптеріндегі айырмашылықты ескеру. Шағын интерфейс контроллерлері жүйе интерфейсіне қол жеткізуді қамтамасыз етеді. Бұл жағдайда перифериялық құрылғылар мен ROM контроллерлері сәйкес шағын интерфейске өтеді.

Микропроцессорды басқаруқұрылғылар (жүйелер)

МПҚ-да ақпараттық сигналдарды уақытша координациялау МП басқару құрылғысынан келетін арнайы сигналдар арқылы жүзеге асырылады. MPU немесе MPS сағаттық сигналдардың пайда болуымен синхронды түрде жұмыс істейді. MPU (MPS) ішінде орындалатын қарапайым әрекет деп аталады күй.Ол тактілік сигналдың бір кезеңін қамтиды - сағатталғанинтервал немесе соққы.

Сағат интервалдарының белгілі бір саны машинацикл.Жалғыз жад немесе енгізу/шығару құрылғысына кіру бір машина циклін қажет етеді. Бір циклде нұсқау немесе деректер, сондай-ақ мекенжай коды (мүмкін нұсқау немесе деректер байты және мекенжай коды байты) алынады.

Машина циклі- команданың бір бөлігі (кейде бүкіл команда). Әрбір машина циклінің басталуымен МП синхрондау істікшесінде синхрондау сигналы пайда болады. Ол сақтау құрылғысына (жадына) және (немесе) енгізу/шығару құрылғысына (I/O) беріледі және жаңа машина циклінің басталғаны туралы «хабарлайды», соның нәтижесінде олардың әрекет ету уақыты. МП жұмысы бар құрылғыларға қол жеткізіледі.

Схема 1.Команда құрылымы

Командалық цикл- жадтан команданы алу және оны орындау үшін қажетті уақыт аралығы. Ол бір немесе бірнеше машина циклдарынан тұрады. олардың саны, әдетте, жадыға немесе ICU-ның біріне МТ кіру санына тең. Команда құрылымы 1-диаграммада көрсетілген.

басқару құрылғысыбасқару және синхрондау функцияларын орындайды, яғни МП күйлерінің өзгеруін қажетті реттілікпен басқарады, оларды тактілік генератордың сигналдарымен үйлестіреді. Ол МП ішіндегі процестерді басқаруға арналған басқарудың ақырлы автоматынан және сырттан сигналдарды қабылдай отырып, жүйені басқаратын сигналдарды тудыратын схемадан тұрады.

Пәрмен коды шифрдан шығарылады, бұл команданы орындауға қатысатын МП модульдері мен блоктарында әрекет ететін екілік сигналдарға айналады.

Командалар циклі екі фазаға бөлінеді: алу фазасы және орындау фазасы.

Сынама алу кезеңі- автомат келесі циклдің басын белгілейді, оған сәйкес бағдарлама санауышындағы нөмір адрестік буфер регистріне беріледі. Ол жерден адрес шинасы арқылы нұсқаудың адрестік коды жадқа жіберіледі, онда ол шифрден шығарылады. Жад ұяшығынан «оқу» сигналынан кейін команда сөзі оқылады және деректер шинасы арқылы буферлік деректер регистріне жіберіледі, одан командалар регистріне беріледі, содан кейін шифры ашылады.

Орындау кезеңі- басқару құрылғысы команданы орындауға қажетті сигналдар тізбегін жасайды. Осы уақыт ішінде есептегіш деректері бір есе артады. Бұл орындалатын келесі нұсқаудың адресін құрайды.

Сөзді оқу немесе жазу қол жеткізу уақыты деп аталатын белгілі бір уақыт аралығында болады. Жадқа кіруге және одан дайын сигналды алуға жұмсалатын уақыт аралығы дайын күту циклі деп аталады. Ол машина циклінің бір бөлігін құрайды.

МП, жады және IUV арасындағы ақпарат алмасу негізінен үш режимде жүзеге асырылады: бағдарламамен басқарылатын алмасу, үзу режимінде алмасу, тікелей қол жеткізу режимінде алмасу.

Бағдарламамен басқарылатын алмасу.Бұл режимде МП жад немесе перифериялық құрылғы (PU) енгізу-шығару операциясын орындауға, бағдарламалық жасақтама деректерін тасымалдауды бастауға дайын екенін анықтайды. Әуе жарғыштарда ішкі күй туралы сигналдарды генерациялауға арналған аппаратура болуы керек. Депутат бұл ақпаратты оқиды және нәтижені талдау негізінде құрылғы ақпарат алмасуға дайын деген қорытындыға келеді. Болашақта интерфейс хаттамасына сәйкес деректер алмасу жүзеге асырылады.

үзу режимі.Ол ауа-жарылу мен МП (сыртқы жағдайлардың күтпеген пайда болуына реакция) арасында деректерді дереу тасымалдау қажет болғанда қолданылады. Бұл жағдайда МП негізгі программаның жұмысын үзіп, сыртқы құрылғыға қызмет көрсету бағдарламасын орындауға кірісуі керек. Бұл режим үзіліс деп аталады. МП үзулері МП үзу сұрауларына жауап беруге рұқсат етілгенде ғана мүмкін болады.

Үзіліс сигналын алғаннан кейін МП ағымдағы операцияны аяқтайды, ішкі деректер мен басқару регистрлерінің барлық ақпаратын жадыға жібереді және үзу қызметінің тәртібіне көшеді. Үзіліс бойынша ақпарат алмасу аяқталғаннан кейін үзілістің басында болған МП күйі қалпына келеді.

Үзілістердің үш түрі бар: қарапайым, векторлық және басымдық.

Қарапайым үзіліскейбір енгізу/шығару құрылғысы MP қызметін қажет ететінін хабарлайды.

Векторлық үзілісперифериялық құрылғыға қажетті үзіліс түрін (деңгейін) тануға мүмкіндік береді. Вектор құрылғының нақты мекенжайын көрсетеді.

Артықшылықты үзуүзілістерді танумен қатар, үзу құрылғыларына қызмет көрсетудегі басымдылық анықталуынан тұрады.

Тікелей режимжадқа қол жеткізу.Кейде депутаттан тыс ақпарат алмасу қажеттілігі туындайды. Бұл деректер массивтерін алмасуға кететін уақыттың азаюына байланысты. Бұл жағдайда MPP немесе MMS аппараттық құралында MPU-ны осы функциялардан босатып, деректерді беруді басқаратын тікелей жадқа қол жеткізу контроллері кіреді.

DMA процессорға параллель қосылған. Бұл арналарды бөлу MPS автобустарының күйін басқарудың үш күй логикасын қолдану арқылы жүзеге асырылады. Тікелей жадқа кіру кезінде МП өзінің бастапқы тізбектерін жоғары кедергілі күйге ауыстырады және жүйеден оқшауланады, бұл ақпараттық арнаны бұзуға ұқсас. Ішкі регистрлердің күйі тікелей қатынау арнасын сұрау кезіндегідей сақталады.

Жадқа тікелей қол жеткізуді жүзеге асырудың бірнеше жолы бар. Олардың барлығы бағдарламамен басқарылатын алмасу режимімен салыстырғанда ең жоғары деректер алмасу жылдамдығын қамтамасыз етеді. Көбінесе жадыға тікелей қол жеткізу режимі МП тоқтауымен және МП циклінің ұлғаюымен (уақыт бойынша ұзаруымен) жүзеге асырылады.

Тоқтату әдісібұл күйде МП деректерді беру ұзақтығына жүйелік шиналардан ажыратылғанына негізделген. Тоқтау күйіне кірер алдында МП орындауды аяқтайды қазіргі командажәне шиналар босатылғанша, бірнеше цикл бойы осы күйде қалады. Жадқа тікелей қол жеткізудің осы схемасына сәйкес, МП автобустардан ажыратылған кезде үзілістерге жауап бермейді, бұл кейбір жағдайларда MPS үшін қолайсыз болуы мүмкін.

Түсіру әдісісериялық деректер алмасудан тұрады. Жоғары жылдамдықтағы ауа-жарғыштар тек бір сөзбен алмасады; олардың қызмет көрсету сұранысы МП бір машиналық циклден екінші машиналық циклге ауысу күйінде болғанда ағымдағы команданың орындалуын бір машиналық циклге кешіктіру арқылы қанағаттандырылады. Бұл DMA режимінде МП әрбір деректер сөзін тасымалдау үшін тек бір машина циклі үшін үзіліс жасайды, содан кейін басқару МП-ға оралады.

мекенжай кеңістігі. Адрестің механизмі мен әдістері

Мекенжай кеңістігі MPU (MPS) - операциялық адрестер жиынтығыжады жәнеМП орындайтын бағдарламалар үшін қол жетімді ROM.

МП ЖЖҚ адрестік кеңістігінің өлшемі жалпы MPS өнімділігіне айтарлықтай әсер ететін шамалардың бірі болып табылады.

Мекенжай кеңістігі өлшемі - құндылық,ол максимуммен анықталадымекенжай өлшемі және минимум бірліктерімен көрсетіледіадрестелген жад элементтерінің саны - байтпен немесе үлкенбірлік (КБ, МБ, ГБ).

Егер MPU-дағы адрес 16-разрядты сөз ретінде құрылса, онда мекенжай кеңістігі 64 КБ, 20-бит - 1 МБ және т.б.. Кейде жеңілдету үшін ақпараттық сілтемелерМПУ компоненттері арасында және енгізу-шығару процедураларын бағдарламалауды жеңілдету үшін адрестік кеңістікте MP және UHV регистрлерінің адрестерін орналастырады. Ешқандай енгізу/шығару пәрмендері жоқ. MP және UVV регистрлерінің мекенжайлары жад ұяшықтарына кіруге бірдей.

Сөз, яғни 2 байттық адрес жасалғанда, адресі жұп (төменгі) байт төменгі, ал тақ адресі бар байт жоғары деп аталады.

Көбінесе LPA мекенжай кеңістігі мекенжайлардың жалпы ауқымын көрсететін диаграмма түрінде көрсетіледі. Бұл диапазонды құрылымдық модульдердің, микросхемалардың, микросхемалардың стандартты өлшемдеріне сәйкес келетін ішкі диапазондарға бөлуге болады. әртүрлі түрлеріжад (RAM, ROM және т.б.) немесе олардың арнайы тағайындалуы.

MP командалық жүйесінде адрес командалары маңызды орын алады.

Мекенжай командасы - құрамындағы командаоның операндтарының біреуі немесе екеуі де боладыжұмыс жадында.

Нұсқауды осылай ұйымдастырудың себептерінің бірі – команданың бір операндында толық физикалық адресті тікелей жазу мүмкін емес, себебі нұсқау ұзақтығына шектеулер қойылған. Сондықтан операндқа белгілі бір мән ғана қойылады, оның көмегімен команданың нақты адресі есептеледі.

Жалпы алғанда, адрестеу механизмі көбінесе ЖЖҚ-ға қол жеткізудің минималды санымен ақпаратты тиімді өңдеу үшін MPU (MPS) мүмкіндіктерімен анықталады. MPU (MPS) тілінде екі немесе одан да көп сөзден тұратын командалар жиі қолданылады.

Мекенжай сөзінің ұзындығын шектеу үшін әртүрлі адрестеу әдістері қолданылады, олар:

1) команданың ұзындығы қысқартылғаннан аз разрядтары бар жад ұяшығының толық адресін анықтау;

2) жадты кеңейту құрылғыларына қол жеткізуді қамтамасыз ететін өңдеу кезінде мекенжайлары есептелетін жад ұяшықтарына қол жеткізу;

3) программадағы адресті өзгертпей, бағдарлама жадтың кез келген орнына жүктелуі үшін команданың орнына (ағымдағы мекенжайына) қатысты деректер адрестерін есептеу.

Барлық адрестеу режимдерін екі топқа бөлуге болады:

1) орындау адресі командадағы бір кодтық мәнмен анықталатын режимдер;

2) орындау адресін қалыптастыру үшін команданың адрестік бөлігінің мазмұнын және бір немесе бірнеше регистрлерді пайдаланатын командалар.

Бірінші топқа тура, тура регистр, жанама, жанама регистр, тура, автоматты өсу және автоматты азайту, ал екінші топқа негізгі, салыстырмалы, стектік, виртуалды адрестеу жатады.

тікелей адрестеу.Операндтар жадтан (регистрлерден) нұсқауда жазылған адрес бойынша алынады. Дегенмен, тікелей адресті көрсету үлкен адрес нұсқаулығында сипаттау үшін көптеген биттерді қажет етеді. Оны азайту үшін кейбір микрокомпьютерлер мекенжай кеңістігінің шектеулі бөлігіне қол жеткізуді қамтамасыз ететін қысқа тікелей адрестеуді пайдаланады. Егер командадағы адрестер символдық емес (сілтемелер арқылы көрсетілген), бірақ абсолютті болса, онда мұндай тікелей адрестеу деп аталады. абсолютті.

Тікелей регистрлік адрестеу. ВНұсқау коды операнд орналасқан регистрдің атын сақтайды. Тікелей адрестеу жеткілікті икемді емес, себебі ол жадтағы бағдарламалардың қозғалысын және массивтермен жұмыс істеу ыңғайлылығын қамтамасыз ету үшін қажетті адресті өзгерту процедурасын орындауға мүмкіндік бермейді.

жанама адрестеу.Жадтан операнд жанама – жад ұяшығы арқылы таңдалады. Нұсқау кодында жад мекенжайының көрсеткіші бар. Мұндай адрестеумен нұсқауларды орындау кезінде жадыға екі рет қол жеткізіледі: алдымен адрес таңдалады, содан кейін операнд. Осылайша, командалық кодты өзгертпей, командалық код өрісі көрсететін жад аймағында сақталған мекенжайды өзгертуге болады.

Жанама регистрлік адрестеу.Жылдамдық бойынша ол тікелей адресацияға жақындайды, өйткені жанама адрес процессордың ішкі регистрінен таңдалады және қосымша жады циклін қажет етпейді. Бұл адрестеу схемасында регистр немесе регистр жұбы операндтың адресін қамтиды. Регистрлер тікелей адрестелетін командалар арқылы жүктеледі. Жанама регистрді адрестеу режимін қолдану деректерді беру процедураларында, массив элементтерін қарау кезінде және т.б. қажет болатын бағдарламаны орындау кезінде жад адресін есептеуге мүмкіндік береді.

тікелей адрестеу.Операнд нұсқау кодында болады. Бұл жағдайда командалар екі немесе үш сөзден тұруы мүмкін.

Автокөбейту және автоматты азайту адресі.Орындалатын адрес жанама регистрлік адрестеу сияқты есептеледі, содан кейін регистрдің мазмұны ұлғаяды. Байт адресі бар микрокомпьютерде регистрдің мазмұны келесі байтты көрсету үшін 1-ге, ал келесі сөздің адресін көрсету үшін 2-ге көбейтілуі керек, операнд өлшемі операциялық кодпен анықталады. Автоматты азайту режимінде операнд адресі адрестік регистрден 1 немесе 2-ні алып тастау арқылы қалыптасады. Автоматты ұлғайту адресациясынан айырмашылығы - азайту регистрдің мазмұны орындау адресі ретінде пайдаланылғанға дейін орындалады. Автоматты ұлғайту және автоматты азайту режимдерінің тіркесімі стек көрсеткіші ретінде кез келген регистрді тиімді пайдалануға мүмкіндік береді. Бұл адрестеу циклдарды ұйымдастыру кезінде және жолдық айнымалылармен операцияларда да қолданылады.

базалық мекенжай.Абсолютті мекенжайлары бар нұсқауларды қамтитын бағдарламаларды мекенжайларды өзгертпей жадқа жылжыту мүмкін емес. Бағдарламалардың жадтағы қозғалысын базалық адрестеу арқылы қамтамасыз етуге болады, оның көмегімен операндтың адресі базалық регистрдің мазмұнын – оң немесе теріс ығысуды және команда кодында орналасқан адресті қосу арқылы есептеледі.

Салыстырмалы адрестеу.Орындалатын адрес нұсқаудың адрестік өрісіне негізгі адресті қосу арқылы қалыптасады. Негізгі адрес ретінде бағдарлама есептегішінің мазмұны пайдаланылады. Салыстырмалы адрестеуді қолдану жадта дербес қозғалатын бағдарламаларды құруға мүмкіндік береді, себебі олар әрқашан программа санауышының мазмұнына қатысты ығысуды көрсетеді. Ауыстыру кез келген бағытта секіруді қамтамасыз ететін екі толықтауыш таңбалы бүтін сан ретінде түсіндіріледі.

стекке адрестеу.Операнд адресінің көрсеткіші бар регистр жанама түрде көрсетілген (операндтардың орны мен нәтижесі бекітілген нұсқаулар бар) автоматты өсу немесе автоазаю арқылы жанама регистрлік адрестеу - жасырын адрестеу). Жанама анықталған регистрдің (стек көрсеткіші) мазмұнымен көрсетілген жад орны шақырылады саммиті стек.Стек адресациясы деп аталатын жад бөлігіне арнайы қол жеткізуді қамтамасыз етеді стек,«соңғы кірген бірінші шығады» принципіне негізделген. Стекке қол жеткізу үшін стекке және одан ақпаратты жазатын нұсқаулар қолданылады. Егер стекке ақпаратты жазатын нұсқаулар стектің көрсеткішінің мазмұнын азайтса, ал стектен ақпаратты алып тастайтын нұсқаулар өсімше, онда стектің азаюы, әйтпесе ұлғаюы үшін жұмыс істейтінін айтамыз.

виртуалды адрестеу.Жадтың әрбір пайдаланушысы (операциялық жүйе немесе адам) қолданбалы мәселені шешу кезінде виртуалды мекенжайларды манипуляциялайды, соның арқасында шын мәнінде шексіз сыйымдылықтағы жад иллюзиясы жасалады. жедел жаджүйенің мүмкіндігі шектеулі. Иллюзия жүйенің негізгі жады (OZP) мен сыртқы жады арасында жад беттерін динамикалық қайта бөлуге негізделген виртуалды адрестеу механизмінің арқасында жасалады.

Әрбір пайдаланушы үшін операциялық жүйе виртуалды және физикалық беттер арасындағы сәйкестік кестесін жасайды. Егер негізгі жадта жоқ физикалық бетке қол жеткізілсе, ол сыртқы жадтан жойылады және негізгіге жүктеледі, ал қажет емес бет сыртқы жадта «жасырын» қалады. Виртуалды жады немесе жай ғана жүйелік жады функционалдық ерекшеліктеріне сәйкес ақпарат сақталатын сегменттерге бөлінуі мүмкін. Мысалы, бір сегментте – командалар, екіншісінде – деректер, үшіншіде – стек бөлімі. Немесе бір сегментте жазуға тыйым салынған - операциялық жүйенің ядросы, ал екіншісінде жазу мен оқуға рұқсат етілген - пайдаланушы бағдарламалары. Осылайша сегменттеу механизмінің көмегімен жадыны қорғау мәселелері шешіледі.

Сегменттеу K1810VM86 МП, ал виртуалды адрестеу IAPX286 MP (Intel) және 68010 (Motorola) құрылғыларында жүзеге асырылды.

командалық жүйе.Жалпы алғанда, команда машина тіліндегі нұсқау түріндегі атқарушы құрылғының жұмысының бір қадамы ретінде түсініледі. Команда орындалатын операция мен оның атрибуттарын анықтайды: берілген жұмыс циклінде орындалатын операция түрі; операцияға қатысатын бір немесе екі операндтың адресі; операция нәтижесінің орналасқан жері; келесі пәрменнің орны. МП-ның сыйымдылығы аз болғандықтан, мұндай ақпаратты бір машина сөзімен көрсету қиын, кейде мүмкін емес. Сондықтан команда бірнеше машина сөзінен тұруы мүмкін.

Жалпы командалардың келесі түрлері бөлінеді:

1) тасымалдау – бір бағытты (регистр-регистр, жад-регистр, регистр-жад, жад-жад), алмасу (регистр-регистр, жад-регистр, жад-жад), енгізу/шығару командалары;

2) арифметикалық;

3) логикалық;

4) өңдеу биттері;

5) есептеулер ретін өзгертетіндер – секірулер (шартсыз, шартты), ішкі бағдарламаларға шақырулар, ішкі бағдарламалардан қайтарулар, бағдарламалық үзілістер.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. МП және МПС жалпыланған құрылымын сипаттаңыз.

2. MPU және MPS интерфейстері қандай негіздер бойынша жіктеледі?

3. Пәрменді (нұсқауды) дискреттеу фазасында, орындау кезеңінде өңдеу кезінде МП қандай функцияларды орындайды?

4. Қандай жағдайларда МП және сақтау құрылғылары арасындағы ақпарат алмасу үзіліс немесе жадқа тікелей қол жеткізу режимінде жүзеге асырылады?

5. Мекенжай кеңістігінің өлшемі МП қандай параметрлеріне тәуелді?

6. 1-қосымшаны пайдалана отырып, тура, жанама, тікелей, негізгі, салыстырмалы, автоматты өсу, стек және виртуалды адресациясы бар мекенжай командаларына мысалдар келтіріңіз.

7. МП командалық жүйесінде команда коды қандай ақпаратты тасымалдайды?

1.3. Процесті формализациялаудизайнмикропроцессорлық құрылғыларжәне жүйелер

Дизайн аспектілері мен деңгейлері

MPU және MPS жобалау кезінде олар көп жағдайда пайдаланады блок-иерархиялық тәсіл, ондаЖобаланатын жүйе иерархиялық деңгейлерге бөлінеді. Ең жоғарғы деңгейде ең егжей-тегжейлі емес көрініс пайдаланылады, мұнда жобаланатын жүйенің жалпы мүмкіндіктері мен мүмкіндіктері ғана көрсетіледі. Келесі деңгейлерде деталь деңгейі артады. Бұл жағдайда MPS жеке блоктардың жиынтығы ретінде қарастырылады. Әрбір деңгейде белгілі бір күрделіліктегі міндеттер тұжырымдалады және шешіледі, олар осы деңгейде қол жетімді жобалау құралдарының көмегімен жүзеге асырылады. Блоктың тағайындалуы әрбір жеке блоктың құжаттамасы бір конструкторға түсінікті болатындай болуы керек.

Сонымен, блоктық-иерархиялық тәсіл ауқымды МПС жобалаудың күрделі тапсырмаларын шағын ауқымды тапсырмалар топтарына бөлуге мүмкіндік береді, ал топ ішінде әртүрлі тапсырмаларды қатар шешуге болады.

ESKD сәйкес құрылғылар мен жүйелерді жобалау кезінде құрылымдық, функционалдық және схемалық диаграммалар қолданылады.

Имитациялық жобалық схемада көлденең және тік деңгейлерді шартты түрде ажыратуға болады (1-кесте). Тік деңгейлер аспектілер деп аталады. MPU және MPS конструкциясының мынадай аспектілері бар: функционалдық, алгоритмдік, конструкторлық және технологиялық.

Функционалдық аспектүш көлденең деңгейден тұрады (2-ші, 3-ші және 4-ші): жүйелік (құрылымдық), функционалдық-логикалық және схемалық-компоненттік. Жүйе деңгейінде МПҚ блок-схемасы немесе, МПС құрастырылған, функционалдық-логикалық деңгейде - МПУ немесе МПЖ құрамына кіретін барлық құрылғылардың функционалдық және схемалық диаграммалары.

Схема-компонент деңгейінің схемалық ішкі деңгейінде іргелі электр тізбектеріинтегралдық схемалар немесе LSI фрагменттері (VLSI). Бұл жағдайда элементтер электрондық тізбектердің құрамдас бөліктері болып табылады: резисторлар, конденсаторлар, диодтар, транзисторлар және т.б. Компоненттің ішкі деңгейінде жартылай өткізгіш кристалының элементтерінен тұратын жеке IC компоненттері әзірленеді.

Алгоритмдік аспектсонымен қатар үш көлденең деңгейді қамтиды (1-ші, 2-ші және 3-ші): MPU немесе MPS жұмыс схемасының даму деңгейі, архитектуралық деңгей және микробағдарлама деңгейі. 1-деңгейде МПҚ немесе МПЖ жұмыс істеу схемаларын әзірлейді, МПЖ микропроцессорлық бөлігімен шешілетін тапсырмаларды анықтайды, жоспарлайды. бағдарламалық жүйелержәне алгоритмдердің блок-схемаларын құрастыру. Бағдарламалық модульдерді одан әрі дамыту.

2-ші (архитектуралық) деңгейдің негізгі міндеті - МПС микропроцессорлық бөлігінің архитектурасын таңдау. Кейде ол жүйелік деңгейдің міндеттерінің бірі ретінде қарастырылады, яғни архитектуралық және жүйелік деңгейлер функционалдық жобалаудың бір аспектісіне біріктіріледі.

1-кесте.Көлденең және тікдизайн деңгейлері

Көлденең деңгей

Аспектілер (тік деңгейлер)

Функционалды

Алгоритмдік

Дизайн

Технологиялық

LPA (MPS) жұмыс істеуі үшін заңдарды әзірлеу; алгоритмді жобалау; модульдік бағдарламалау

Жүйелік (құрылымдық)

Сәулет (машина)

Көтергіш, па-нель

Тұжырымдаманы әзірлеу технологиялық процесс

Функционалды-логикалық

микро бағдарламалық қамтамасыз ету

TEZ, модуль

Технологиялық процесс маршруттарын әзірлеу

Схема-техникалық-компонент-ny

IC кристалдары

Технологиялық операцияларды жобалау

3-ші (микробағдарлама) деңгей MPU микропроцессорында немесе аппараттық құралдағы MPS орындалатын операциялар мен процедуралардың микробағдарламаларын жобалауға арналған.

Дизайн аспектісістендтерді, панельдерді, TEZ_v, модульдерді және кристалдарды (chip_v) ІС жобалаудың көлденең иерархиялық деңгейлерін қамтиды (2-ші, 3-ші, 4-ші тең).

Технологиялық аспектүш көлденең деңгейден тұрады - 2-ші, 3-ші және 4-ші. 2-деңгейде МПУ немесе МПҚ дайындаудың технологиялық процесінің схемасы әзірленеді, яғни МПУ (МПС) дайындау кезеңдерінің құрамы мен реттілігі анықталады. 3-деңгейде МПУ (МПС) дайындаудың технологиялық процесінің маршруттары әзірленеді, яғни бұйымды дайындау бойынша операциялардың құрамы мен реттілігін анықтайды, технологиялық жабдықтардың түрлері мен топтарын таңдайды. 4-деңгейде өндірістің технологиялық операциялары жобаланады құрамдас бөліктер MPU (MPS).

Жобалау деңгейлерінің негізгі міндеттері

Жүйелік және архитектуралықдизайн деңгейлері:

1) ЖҚА (МҚҚ) ұйымдастыру принциптерін анықтау;

2) блок-схеманы әзірлеу, яғни құрылғының немесе жүйенің құрамын және жабдықтың жұмыс істеу процесінде оның құрамдас бөліктерінің өзара әрекеттесу әдісін анықтау;

3) LSI (VLSI) микропроцессорлық (микропроцессорлық) жиынын таңдау;

4) құрылғының немесе жүйенің параметрлеріне қойылатын талаптарды анықтау және жеке MPS құрылғыларын әзірлеуге арналған техникалық тапсырманы (ТЖ) қалыптастыру.

Жеке MPS құрылғыларын әзірлеуге арналған ТҚ мыналарды қамтиды: әрбір құрылғы орындайтын барлық функцияларды санау; құрылғының жұмыс жағдайлары; оның кіріс және шығыс параметрлеріне қойылатын талаптар; жабдықтың басқа құрылғыларымен алмасатын ақпараттың мазмұны мен нысаны туралы деректер; құрылғыны жасау үшін элемент негізі.

Функционалды-логикалық және микробағдарламадизайн деңгейлері:

1) әрбір құрылғының функцияларын егжей-тегжейлі көрсету;

2) программалық түрде орындалатын функцияларды алгоритмдік орындау және алгоритмдерді қабылданған алгоритмдік тілдердің бірінде көрсету;

3) ЖҚА (МҰҚ) ұйымдастыру принциптерін таңдау және оның тұжырымдамасын әзірлеу;

4) әрбір команда немесе микрокомандалар жиынтығы үшін негіз болатын микробағдарламаларды әзірлеу және олардың орындалу реттілігі;

5) функционалдық және электр схемаларының синтезі сандық құрылғылар MPS құрамына кіретін ;

6) MPP немесе MPS үшін мониторинг және диагностикалық сынақтардың синтезі;

7) сұлбаны жобалау деңгейі үшін TOR тұжырымы.

Кешенді MPP үшін негізгі жобалау критерийлері жәнеMPS:

1) дизайн сапасы;

2) жобалау құны;

3) әзірлеу мерзімі;

4) жұмыс істейтін мамандар-әзірлеушілер саны.

Жобалау процесін формализациялау мүмкіндіктеріне және оның итерациялық сипатына сәйкес MPP немесе MPS-тің компьютерлік дизайнын таңдауға артықшылық беріледі. Бүгінгі таңда MPP және MPS-тің үлкен күрделілігіне байланысты, микропроцессорлық бөліктің толық дамуы компьютерлік жобалау әдістерінсіз, әдетте, мүмкін емес.

Сұрақ. Тапсырма

1. MPP және MPS жобалаудағы блок-иерархиялық тәсілдің мәнін түсіндіріңіз.

2. Имитациялық MPP жобалау схемасында аспектілер нені білдіреді?

3. Көлденең деңгейлердің қайсысында MPP ТҚ ретінде жобаланған және оған қандай аспект сәйкес келеді?

4. МТЖ жобалаудың жүйелік деңгейінің негізгі міндеттерін атаңыз.

5. МПП жобасының сәулеттік деңгейінің ерекшеліктері қандай?

6. МРП және МПС жобалаудың функционалдық-логикалық деңгейінің мәні неде?

7. МПП микробағдарлама деңгейінде шешілетін негізгі міндеттер қандай?

1.4. Сәулетмикропроцессорқұрылғылар мен жүйелер

Архитектураның мәні және принциптері

микропроцессорлық құрылғылар мен жүйелерді әзірлеу

Сәулет өнерінің мәніMPU және MPS.

микропроцессордың архитектурасы көрсету үшін пайдаланылатын оның құрамдас электрондық компоненттерінің функционалдығында көрсетіледідеректер, машина операциялары,алгоритмдер мен есептеу процестерінің сипаттамасы.

Архитектура компьютерлік технологиялардың аппараттық, микробағдарламалық және бағдарламалық қамтамасыз етуді біріктіреді және нақты MPS құру кезінде пайдаланушы бағдарламалық жасақтама мен қосымша аппараттық құралдарда нені енгізу керектігін нақты анықтауға мүмкіндік береді.

Әйтпесе, МП архитектурасы оның логикалық ұйымы болып табылады, ол жобаланған MPU немесе MPS тағайындалған функцияларды аппараттық немесе бағдарламалық қамтамасыз етуді жүзеге асыруға қатысты МП мүмкіндіктеріне байланысты. Ол МП құрылымын, көрсету әдістері мен деректер форматтарын, командалар жиынтығын, басқару сөздерінің форматтарын, пайдаланушыға қолжетімді құрылымның барлық элементтеріне қол жеткізу әдістерін және МП-ның сыртқы сигналдарға жауабын көрсетеді.

МП архитектурасын пайдаланушының көзқарасы бойынша оның қасиеттері мен сипаттамаларының жиынтығы ретінде қарастыруға болады. Ол әзірлеушілер мен қолданушы бағдарламашылар пайдаланатын қасиеттерге қатысты LPU немесе MPU аппараттық, бағдарламалық және микробағдарламалық құралдардың комбинациясын оңтайлы біріктіру әдістемесін сипаттайды.

Даму кезінде сәулетMPU, сондай-ақ МП үшін деректер мен команда пішімдері, командалық жүйе мен адрестеу әдістері анықталады, адрестеу түрлері, интерфейстерге қойылатын талаптар негізделеді. Дұрыс таңдауархитектура MPU жұмыс істеу алгоритмдерін жүзеге асыратын есептеу процесін оңтайландыруға мүмкіндік береді.

Сәулет микрокомпьютер - функционалдық блоктар, компьютердің негізгі модульдері, деректер құрылымдары тұрғысынан микрокомпьютердің абстрактілі түсінігі. Архитектура аппараттық құралдардың мүмкіндіктерін, командалардың орындалу уақытын, бағдарламаны жүзеге асырудағы параллельділік дәрежесін және басқа ұқсас сипаттамаларды арнайы анықтамайды. Ол микрокомпьютер құрылымының аспектілерін көрсетеді, атап айтқанда: командалар жүйесі, адрестеу режимдері, деректер форматтары, пайдаланушыға қолжетімді регистрлер жиынтығы. «Архитектура» термині микрокомпьютер беретін мүмкіндіктерді сипаттау үшін қолданылады, ал «ұйым» термині бұл мүмкіндіктердің қалай жүзеге асырылатынын анықтайды.

Архитектура сипаттамасы микрокомпьютер моделі болып табылады, оны түсіну тек бағдарламашы үшін ғана маңызды емес. Ол жаңа микрокомпьютердің әлеуетті әзірлеушісі үшін бастапқы база ретінде пайдаланылуы мүмкін: бұл жағдайда әзірлеуші ​​белгілі бір логикалық схеманы, қажетті өзара байланысты компоненттер жиынтығын көрсететін архитектураның элементтерін түрлендіреді.

Барлық микрокомпьютерлер бар функционалды блоктар, өзіндік ішкі микроархитектурасы бар: 1) процессор, арифметикалық логикалық блоктан және басқару блогынан тұрады; 2) жад – сақтау элементтерінің (ұяшықтардың) және басқару блогының жиынтығы; 3) ақпаратты енгізу және шығару құрылғылары механикалық және электрондық модульдерді қамтитын күрделі құрылғылар болып табылады. Бұл функционалды блоктар шиналық жүйенің көмегімен біріктіріледі: деректер шинасы, ол арқылы микрокомпьютер блоктары арасында ақпарат алмасу жүзеге асырылады; адрестерді бағдарламалық басқарылатын құрылғыларға тасымалдау үшін қолданылатын адрес шинасы және басқарушы сөздерді тасымалдау үшін басқару шинасы.

Анықтама компьютер архитектурасы, әмбебап микрокомпьютер ретінде жалпы микрокомпьютер архитектурасының анықтамасынан мағынасы жағынан айырмашылығы жоқ.

Компьютердің архитектурасы , программист көзқарасы бойынша күрделі аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз ету жиынтығы ретінде компьютерлік жүйенің абстрактілі көрінісі (немесе анықтамасы). Негізінде архитектура - бұл компьютердің функционалдық (логикалық) ұйымдастырылуы туралы ақпарат.

Сәулет MPS - оның жеке деңгейлерінде жүйе жүзеге асыратын функцияларды анықтау және осы деңгейлер арасындағы шекараларды нақты анықтау. Ол MPS ұйымдастыру принциптерін және оның құрамдас бөліктерінің, атап айтқанда процессордың, жадының және т.б. функцияларын анықтайды. MPS архитектурасы логикалық құрылымдар мен модульдердің дизайн ерекшеліктерін және оларды өндіру технологиясын көрсетпейді.

Даму принциптеріMPU және MPS

Әу бастан микрокомпьютерді құрастыру мен жасауда негізінен келесі негізгі принциптер қолданылды: модульдік, магистральдық, микробағдарламалану және құрылымның заңдылығы.

Принцип модульдік ұйым модульдер жинағы негізінде микрокомпьютерлер мен MPS құрастыруды қарастырады.

Модуль - конструктивті, функционалдық және еэлектрлік аяқталдықұрылғы,бұл жалғыз немесе басқалармен үйлесімде мүмкін етедімодульдересептеу немесе басқару есептерін шешуберілген сынып.

Айырмау функционалдыжәне конструктивтімодульдер. Модульдік тәсіл жоғары деңгейлі элементтерді стандарттауға мүмкіндік береді және MPU мен MPS жобалау құнын төмендетеді, қуаттылықты арттыру мен жүйені қайта конфигурациялауды жеңілдетеді.

Модульдер мен олардың элементтері арасындағы байланыс негізінен екі принцип бойынша жүзеге асырылады: а) еріктілік принципібайланыстар,«әрқайсысы әрқайсысымен» ережесін жүзеге асырады және b) принципіреттелген қосылымдар- магистраль,қосылымдардың санын азайтуға мүмкіндік береді. Олар кіріс және шығыс шиналарды қосатын магистральдарды пайдалана отырып, әртүрлі деңгейдегі функционалдық және конструктивті модульдер арасында ақпарат алмасуды қамтамасыз етеді.

Көптеген микрокомпьютерлер мен MPS бағдарламалық басқарудың көп деңгейлі ұйымына ие.

Принцип микробағдарламаны басқару көп функционалды микропроцессорлық модульдерді ұйымдастыруда ең үлкен икемділікті қамтамасыз етеді және микрокомандалардың белгілі комбинациясы арқылы микрокомпьютердің проблемалық бағдарын жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Осы принциптің арқасында MPS жүйесінде макрооперацияларды қолдануға және ішкі бағдарламаларды пайдаланғанға қарағанда командалар мен бағдарламаларды тиімдірек орындауға болады.

Микробағдарламаны басқару мыналарды қамтамасыз етеді:

Микробағдарламаны өзгерту мүмкіндігіне байланысты құрылғының үлкен икемділігі,

жад, сияқты матрицалық құрылымдарды кеңінен қолдану арқылы құрылғылар құрылымының заңдылығын арттырады.

Бөлінген басқару және бөлінген жады мәселелеріне параллель шешімді ұсынады,

Жад микросхемаларын пайдалану арқылы құрылғылардың сенімділігін арттырады,

Құрылғылардың жұмысын басқаруды жеңілдетеді, өйткені микробағдарламаны басқару блогын басқару сақтау құрылғысының мазмұнын басқаруға дейін азаяды.

Жүйелілік принципі құрылым элементтерінің қайталануын және олардың арасындағы байланыстарды алдын ала анықтайды.

Жүйенің заңдылығы, әдетте, оны ұйымдастырудың әртүрлі деңгейлерінде қарастырылады. MPP және MPS құрылымының заңдылығын арттырудың негізгі жолдары:

1) есте сақтау құрылғыларын кеңінен қолдану;

2) жекелеген микрооперацияларды тізілімдерге жатқызудан бас тарту;

3) тізілім құрылымдарын пайдалану;

4) жалпы мақсаттағы регистрлерді және жад ұяшықтары түріндегі басқа регистрлерді өндіру;

5) ақпарат алмасудың негізгі әдісін қолдану;

7) микробағдарламалық басқару принципін қолдану;

8) параллельді MPS әзірлеу.

Микропроцессорлық құрылғылар мен жүйелердің архитектураларының классификациясы

MPU және MPS архитектураларының бірнеше классификациялары бар, олар негізінен жалпыланған компьютер архитектурасының сипаттамаларына сәйкес келеді.

КлассификацияМ. Флина.Бұл компьютерлер арасындағы архитектуралық айырмашылықтарды көрсететін сәтті классификациялардың бірі. Компьютердің архитектуралық ерекшеліктері командалар (нұсқаулар) ағыны және мәліметтер ағыны тұрғысынан сипатталады. Бұл тәсіл компьютердің архитектурасын белгілі бір кластарға тағайындауға мүмкіндік береді (2-кесте, 2-сызба).

кесте 2Флинннің компьютер архитектурасының классификациясы

Командалық ағын

Бірыңғай деректер ағыны

Бірнеше деректер ағыны (MD)

Жалғыз (Жарайды)

OKOD (SISD) (бір процессорлы компьютерлер)

SIMD (параллель немесе ассоциативті процессорлары бар компьютерлер)

Бірнеше (МК)

MKOD (MISD) (басты конвейерлік компьютерлер)

MKMD (MIMD) (көп процессорлы немесе көп машиналы кешендер)

Жіктеу машиналардың құрылымы бойынша емес, компьютерде оның машиналық нұсқауларының деректермен әрекеттесуі тұрғысынан жүргізіледі. Осыған қарамастан, Флинннің классификациясы өте жалпы, яғни ол көппроцессорлық компьютерлерден басқа барлық параллельді компьютерлерді бір класқа жатқызады және құбырлы компьютер мен МП матрицасы арасындағы ешқандай айырмашылықты көрсетпейді.

Архитектураның басқа классификациялары да қолданылады, атап айтқанда, Ф.Шар таксономиясы, Р.Хокни мен К.Джешоптың құрылымдық систематикасы арнайы құрылымдық белгілерді қолданады.

Құрылымдық систематика Р.Хокни және C. Джесшоп. Бірінші деңгейде барлық есептеу жүйелері көптік (мөлшер) принципі бойынша бір компьютерлік және көп компьютерлік жүйелерге бөлінеді. Бір компьютері бар есептеу жүйелері өз кезегінде бір конвейерлі МП және көптеген МП бар компьютерлерге бөлінеді.

Олардың біріншісі дәстүрлі сериялық компьютерлер, ал екіншісі конвейерлі, құбырсыз және микропроцессорлық матрицаларға бөлінген параллельді компьютерлер класын құрайды.

Схема 2.Флинннің компьютер архитектурасының классификациясының иллюстрациясы

Параллельділігі бар бірінші құбырсыз компьютерлердің біріне мысал ретінде бірнеше скалярлық процессорлар негізінде құрастырылған CDC-6600 компьютерін келтіруге болады.

Құбырлы компьютерлер CDC-7800, FPC AP-120B компьютерлері сияқты тек скалярлық нұсқауларды орындайтындарға және векторлық нұсқауларды орындайтындарға бөлінеді. Векторлық нұсқауларды қолданатын компьютерлер өз кезегінде CRAY-1 сияқты арнайы конвейері бар компьютерлерге және әмбебап конвейері бар CYBER 205 компьютеріне бөлінеді.

Машиналық кластағы компьютерлер процессорлар матрицасы баролар процессорлардың матрицадағы қосылу мүмкіндігіне қарай, олардың сыйымдылығына қарай және т.б. Бұл типтегі алғашқы машиналар ILLIAC-IV, BSP, STA-RAN, ICL DAP, OMEN және т.б.

Мақсаты бойынша компьютерлер екі негізгі топқа бөлінеді: әмбебап және мамандандырылған .

Сәулетфон Нейман

Әмбебап компьютерлерде дәстүрлі «фон Нейман» архитектурасы (немесе скаляр архитектурасы) бар.

Бағдарламамен басқарылатын компьютерлерді құрудың негізгі принциптері.

1946 жылы атақты американ математигі Дж.фон Нейман алғаш рет бағдарламамен басқарылатын компьютерлерді құрудың негізгі принциптерін тұжырымдады, олар уақыт өте келе толықтырылып, нақтыланды:

1) программалық басқару принципі - компьютер берілген бағдарламаға сәйкес бастапқы деректерді автоматты түрде түрлендіре алады;

2) шартты көшу принципі аралық есептеулердің немесе бастапқы деректердің нәтижелеріне байланысты бағдарламаның белгілі бір бөліміне көшуді жүзеге асыруға мәселені шешу процесінде мүмкіндікті қамтамасыз ететін бағдарламалардың икемділігі мен әмбебаптығын қамтамасыз етеді;

3) программаның тұрақтылық (қауіпсіздігі) принципі программаның компьютердің сақтау құрылғысына орналастырылуы;

4) жады элементтеріне кездейсоқ қол жеткізу принципі;

5) екілік санау жүйесін қолдану принципін;

6) көп деңгейлі (иерархиялық) жады принципі.

Бұл принциптер қазіргі компьютерлер үшін де өзекті болып табылады, бірақ машиналардың жаңа буындары мен отбасыларының құрылуымен олар толықтырылды және нақтыланды.

бастап компьютерде үшінші ұрпақ,сонымен қатар келесі принциптер қолданылады:

- мультибағдарламалау- ЖЖҚ-да сақталатын бір немесе басқа, бірінен тәуелсіз, бағдарламалардың әртүрлі командаларын бірлесіп орындау;

- ақпарат пен бағдарламалық қамтамасыз ету үйлесімділігі- отбасының әртүрлі үлгілерінде бар бағдарламаларды іске қосуға мүмкіндік береді;

Жоғары техникалық стандарттау деңгейі- барлық машиналар үшін сыртқы және басқа құрылғылардың жалпы номенклатурасын;

Мүмкіндік көп сатылы жұмыстарды ұйымдастырукомпьютерлерді құру және жетілдіру туралы.

Төртінші буын машиналарыпринциптеріне негізделген:

- көп өңдеу- ортақ жадымен жұмыс істегенде бірнеше процессорларды ауыстыру;

Ұйымдар виртуалды жад- жедел жадтың адрестік кеңістігінің шексіз дерлік көлемін қамтамасыз ету;

кең BI пайдалануC және VLSIжәне үлкен стандартталған блоктардан (макромодульдер) функционалды икемді есептеу жүйелерін құру идеясына негізделген макромодульдік құрылым;

Ішкі қолдану жоғары деңгейлі тілдер.

Бесінші буын машиналарыерекшеленеді:

Процессорлардың интеллектуалдық деңгейінің айтарлықтай артуы;

Графиктердің, кескіндердің, құжаттардың, программалау тілдерінің енгізу-шығару функциясын одан әрі дамыту;

Табиғи тілдің көмегімен ақпаратты интерактивті өңдеу мүмкіндігі;

Өздігінен білім алу, ассоциативті құру және қорытынды жасау қабілеті.

Бағдарламалау тілдері бағдарламаларды құру процесінде адам мен машина арасындағы табиғи интерфейсті жүзеге асыра алады. Өте жоғары деңгейлі тілдер мыналарды қамтамасыз етеді:

Пайдаланушының өзара әрекеттесу интеллектінің жоғары деңгейі есептеу жүйесідерекқорларға қол жеткізудің әртүрлі деңгейлерінде қажетті ақпаратты таңдау және бейтаныс міндеттерді шешу үшін қажетті жаңа идеяларды алу үшін білім базасы;

Компьютердің дәстүрлі архитектурасына бағытталған қолданыстағы бағдарламалық қорларды пайдалану.

Мамандандырылған компьютерлер шешу кезінде өнімділікті айтарлықтай жақсартуға арналған кейбір түрлерітапсырмалар. Бұған алдымен параллельді есептеулерді қолдану арқылы қол жеткізілді. Уақыт өте келе әртүрлі функцияларды параллель орындауға немесе арифметикалық құрылғыларды, атап айтқанда процессорлық матрицаларды қайталауға негізделген машиналар пайда болды.

Параллель архитектуралар

Параллелизм екі бағытта дамыды:

1) процессордың жылдамдығы мен жедел жадыға қол жеткізу жылдамдығы арасындағы айырмашылықтарды азайту арқылы компьютердің құрылымын жақсарту;

2) белгілі бір топология бойынша біріктірілген бір типті компьютерлік құрылғылардың қайталануы.

Параллелизм бірнеше иерархиялық деңгейлерде қолданылды, атап айтқанда:

1) тапсырмалар деңгейі – компьютерде орындалатын тапсырмалар арасындағы немесе тапсырманың фазалары арасындағы;

2) бағдарлама деңгейі – бағдарламаның бөліктері арасында (мысалы, циклдар шегінде);

3) командалық деңгей – командаларды орындау фазалары арасында (процессор нұсқаулары);

4) арифметикалық және разрядтық деңгейлер – ішіндегі векторлық операцияның элементтері арасында логикалық схемаларарифметикалық құрылғы.

Негізгі жолдарыпараллелизмді енгізуКомпьютердің архитектурасын келесі топтарға бөлуге болады:

- функционалды өңдеу- бірнеше құрылғыларды әртүрлі функцияларды орындау мүмкіндігімен қамтамасыз ету, атап айтқанда, логика, қосу, көбейту және т.б.

- құбырларды өңдеу- процессор құрылғысының тиімділігін арттыру мақсатында конвейер принципін қолдану;

- матрицаны өңдеу- жалпы басқару жүйесі бар бірдей процессор элементтерінің матрицасын пайдалану, мұнда барлық элементтер бірдей операцияны орындайды, бірақ деректері әртүрлі;

- көп өңдеу- бірнеше процессорлармен жүзеге асырылады, олардың әрқайсысы өз нұсқауларын орындайды және олардың барлығы ортақ жедел жады арқылы өзара әрекеттеседі.

Сигнал және мжалғыз микропроцессорлар

Сигнал матрицалық процессорлар - процессорлар,негізделгенбасқару принципіағынның өзі арқылыдеректер.

Нұсқаулар операндтары қолжетімді болған кезде орындала бастайды. Бұл жағдайда көрші процессорлардан мәліметтердің келуі күйдің өзгеруі ретінде түсіндіріледі және белгілі бір әрекетті бастайды.

Сигнал процессорлары сигналдың таралуы сияқты жұмыс істейді. Олар бөлінген ғаламдық асинхронды матрицалық есептеу жүйесі.

медиа жүйесі - процессорлық желі,ырғақты орындайтынесептеулер мен мәліметтерді жүйе арқылы жіберу.

Әрбір процессор деректер ағыны желіде жүйелі түрде сақталуы үшін белгілі бір қысқа есептеулерді орындай отырып, деректерді уақыттың әр сәтінде жүйелі түрде сорып отырады. Бұл процессорлардың әрқайсысы тек бір ғана тапсырмалар класына бағытталған, сондықтан арнайы компьютерлер класына жатады.

Аппараттық деңгейде бұл компьютерлер жаһандық синхрондауға тән, бұл сағатты синхрондау, қуат тұтынудың жоғарылауы, сенімділіктің төмендеуі және т.б. сияқты мәселелердің туындауын алдын ала анықтайды.

Әмбебап ағынды мультипроцессорлық жүйелер үшін ортақ жадты пайдаланумен және процессорлардың өзара әрекеттесуімен байланысты қақтығыстардың мәселелері маңызды. Бұл мәселелер ағындық жүйелерді модульдік және жергілікті (сигнал матрицалық процессорларда жүзеге асырылады) ауыстыру арқылы шешілді.

Көптеген арнайы компьютерлер қолданылады «Гарвард архитектурасы» , оның мәні осында нұсқаулық жады кеңістігіжад кеңістігінен бөлінгендеректернұсқаулар мен деректерді бір уақытта алу үшін.

RISC компьютерінің архитектурасы

Нұсқаулар/командалар жиыны аз компьютерлер ( RISC - қысқартылған нұсқаулар жинағы компьютер).

Компьютерлердің негізгі қасиеттерібірге RISC- сәулет:

1) пішім түрлерінің саны аз тіркелген ұзындық командаларын пайдалану;

2) командалардың қарапайымдылығының арқасында барлық дерлік командаларды орындау үшін бірдей аппараттық құрылғыларды пайдалануға мүмкіндік беретін жүйелілік;

3) бір машиналық циклде (циклда) көптеген командаларды орындау;

4) регистрлерге фокустау – орындау жадыға қол жеткізумен байланысты жүктеу және жазу командаларынан басқа барлық деректер операциялары регистрлерде орындалады.

Артықшылықтары RISC- сәулет:

1) аппараттық қамтамасыз етуді жүзеге асырудың салыстырмалы қарапайымдылығы;

2) командалардың шифрын жылдам шешу;

3) циклдің қысқа ұзақтығы және сәйкесінше командалардың жылдам орындалуы;

4) тиімді командалық жолды құру мүмкіндігі.

Кемшіліктер RISC- сәулет:

1) операндтар мен жедел жад ұяшықтарының салыстырмалы түрде төмен алмасу жылдамдығы;

2) Қосымша талаптарбағдарламалық құралға.

Қазіргі матрицалық және параллельді компьютерлердің өнімділігі айтарлықтай жоғары және өзгермелі нүкте операцияларын орындау кезінде 64 разрядты операндтарда секундына миллиардтаған операцияларға жетеді. Қолданбалы есептерді шешу кезінде олардың өнімділігі айтарлықтай төмендейді және қазіргі әмбебап компьютерлердің өнімділігіне жақындайды.

Қазіргі заманғы құбырлы және матрицалық MPS арасында Cray MP және басқалары сияқты суперкомпьютерлерді атап өту керек.

Сұрақ. Тапсырма

1. MPU (микрокомпьютер) архитектурасы нені көрсетеді және оның МП архитектурасынан қандай айырмашылығы бар?

2. МПУ, микрокомпьютер және MPS әзірлеуде қолданылатын модульдік, магистральдық, микробағдарламалану және құрылымның заңдылық принциптерінің мәнін түсіндіріңіз.

3. Компьютердің архитектурасы қандай негізде жіктеледі?

4. Фон Нейманның компьютер архитектурасының мәні неде?

5. Компьютерлік Гарвард архитектурасының мәні неде?

6. Компьютер архитектурасына параллелизмді енгізу жолдарын атап көрсетіңіз.

7. Мағынасын түсіндіріңіз мультибағдарламалаукомпьютерлер.

8. МП медиа желісі мен сигнал матрицасы МП жұмыс принципі қандай, олардың айырмашылығы неде?

9. Компьютерлердің RISC-архитектурасының мәні неде, оның бұрын қарастырылған архитектуралармен салыстырғанда қандай артықшылықтары мен кемшіліктері бар?

Әдебиет.

1. Виробнических жүйелердегі микропроцессор және микроЭОМ: Посібник.- К.: Видавничий орталығы «Академия», 2002. - 368 б. (Алма матер).

2. Корнеев есептеу жүйелері.- М.: «Таным», 199б.

3., Киселев микропроцессорлары.- М.: «Таным», 199б.

Түзету құралдарының мүмкіндіктері

Жүйені жөндеудің уақыты мен сапасы жөндеу құралдарына байланысты. Әзірлеуші ​​инженердің қарамағындағы құрылғылар неғұрлым жетілген болса, аппараттық құралдар мен бағдарламаларды жөндеуді соғұрлым тезірек бастауға болады және қателерді тезірек табуға, көздерді локализациялауға болады, оларды жою жобалаудың кейінгі кезеңінде қымбатқа түседі.

Түзету құралдары:

1) абстрактілі бейнелеудің әртүрлі деңгейлерінде жүйенің немесе/және оның моделінің әрекетін бақылау;

2) жүйенің әрекеті немесе/және оның моделі, процесі және абстракцияның әртүрлі деңгейлерінде ұсынылатыны туралы ақпаратты жинау;

3) жүйелерді түрлендіру, оларға сынау қасиеттерін беру;

4) жобаланған жүйенің сыртқы ортасының әрекетін модельдеу.

Жүйенің немесе оның моделінің әрекетін бақылау арқылы біз жүйені немесе оның моделін іске қосу немесе тоқтату, соңғысын белгілі бір күйге ауыстыру үшін енгізу әрекеттерінің анықтамасы мен жеткізілуін түсінеміз. Жобалаудың кез келген кезеңінде енгізілуі мүмкін субъективті ақаудың орнын анықтау үшін жүйенің мінез-құлқы туралы ақпаратты жинай білу және оны осы жоба үшін қабылданған формаларда ұсыну қажет. Мысалы, бұл хронометраждық диаграммалар, схемалар, регистрлерді тасымалдау тілі, ассемблер және т.б.

Жалпы жағдайда жобаланған жүйенің қателік көзін локализациялау мүмкін емес, жүйенің мінез-құлқы туралы оның сыртқы шығыстарында ғана ақпарат бар, сондықтан жобаланған жүйе трансформацияланады. Мысалы, әртүрлі «аппараттық» ROM-лары бар монокристалды микрокомпьютерді шығарар алдында бағдарламалар эмуляциялық чипте түзетіледі, онда негізгі желі сыртқы контактілерге қосылады және ROM орнына жедел жад орнатылады.

Микропроцессорлық жүйелер өзінің күрделілігі, талаптары мен функциялары бойынша сенімділік параметрлері, бағдарламалық қамтамасыз ету көлемі бойынша айтарлықтай ерекшеленуі мүмкін, бір процессорлы және көппроцессорлы, микропроцессорлық жиынтықтардың бір түріне немесе бірнешеуіне құрылған және т.б. Осыған байланысты жобалау процесін жүйелерге қойылатын талаптарға байланысты өзгертуге болады. Мысалы, ROM мазмұны бойынша бір-бірінен ерекшеленетін MPS жобалау процесі бағдарламаларды әзірлеуден және ROM дайындаудан тұрады.

Құрамында микропроцессорлық жиынтықтардың бірнеше түрі бар мультипроцессорлық микропроцессорлық жүйелерді жобалау кезінде жадты ұйымдастыру, процессорлармен өзара әрекеттесу, жүйелік құрылғылар мен сыртқы орта арасындағы алмасуды ұйымдастыру, әртүрлі жұмыс жылдамдығы бар құрылғылардың жұмысын үйлестіру және т.б. мәселелерін шешу қажет. Төменде. микропроцессорлық жүйені құруға тән кезеңдердің шамамен тізбегі:

1. Жүйелік талаптарды формализациялау.

2. Жүйенің құрылымы мен архитектурасын дамыту.

3. Жүйенің аппараттық және бағдарламалық құралдарын жобалау және дайындау.

4. Кешенді жөндеу және қабылдау тестілері.

1-кезең. Бұл кезеңде сыртқы спецификациялар құрастырылады, жүйе функциялары тізімделеді, жүйеге техникалық тапсырма (ТЖ) ресімделеді және әзірлеушінің ниеті ресми құжаттамада ресми түрде баяндалады.

2-кезең. Бұл кезеңде жеке құрылғылар мен бағдарламалық қамтамасыз етудің функциялары анықталады, олардың негізінде жүйе іске асырылатын микропроцессорлық жинақтар таңдалады, аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз етудің өзара әрекеттесуі, жеке құрылғылар мен бағдарламалардың уақытша сипаттамалары анықталады. .

3-кезең. Аппараттық құралдармен орындалатын функцияларды және бағдарламалармен орындалатын функцияларды анықтағаннан кейін схема құрастырушылар мен бағдарламашылар бір уақытта сәйкесінше прототип пен бағдарламалық жасақтаманы әзірлеуге және жасауға кіріседі. Жабдықты әзірлеу және өндіру құрылымдық және схемалық схемаларды әзірлеуден, прототипті жасаудан және желіден тыс жөндеуден тұрады.
Бағдарламалық қамтамасыз етуді әзірлеу алгоритмдерді әзірлеуден тұрады; бастапқы бағдарламалар мәтінін жазу; бастапқы бағдарламаларды объектілік программаларға аудару; желіден тыс жөндеу.

4-қадам. Күрделі жөндеуді қараңыз.

MPS жобалаудың әрбір кезеңінде адамдар ақауларды енгізіп, дұрыс емес жобалық шешімдер қабылдай алады. Сонымен қатар, жабдықта ақаулар болуы мүмкін.

«Архивті жүктеп алу» түймесін басу арқылы сіз өзіңізге қажетті файлды тегін жүктейсіз.
Бұл файлды жүктеп алмас бұрын, сіздің компьютеріңізде талап етілмеген жақсы эсселерді, бақылауларды, курстық жұмыстарды, тезистерді, мақалаларды және басқа құжаттарды есте сақтаңыз. Бұл сіздің еңбегіңіз, ол қоғамның дамуына атсалысып, адамдарға пайдасын тигізуі керек. Осы жұмыстарды тауып, білім қорына жіберіңіз.
Біз және барлық студенттер, аспиранттар, білім қорын оқуда және жұмыста пайдаланатын жас ғалымдар сіздерге алғысымыз шексіз.

Мұрағатты құжатпен жүктеп алу үшін төмендегі өріске бес таңбалы санды енгізіп, «Мұрағатты жүктеп алу» түймесін басыңыз.

Ұқсас құжаттар

Жобалық шешімдердің нұсқаларын талдау және оның негізінде оңтайлы шешімді таңдау. Бастапқы мәліметтерді талдау негізінде микропроцессорлық жүйенің функционалдық диаграммасын синтездеу. Микропроцессорлық жүйенің аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз етуді әзірлеу процесі.

курстық жұмыс, 20.05.2014 қосылған


Микроконтроллер мен ридер негізіндегі микропроцессорлық жүйені құрудың теориялық негіздері электронды кітаптар, олардың техникалық-экономикалық көрсеткіштерін талдау және аналогтарымен салыстыру. Компьютермен жұмыс істеу кезіндегі еңбекті қорғаудың негізгі нормалары.

диссертация, 13.07.2010 қосылған


MP құрылғысын қолданудың орындылығы. Микропроцессорлық жүйенің архитектурасы. Оқшауланған шиналармен LSI БТ құрылымдық ұйымы. Микроконтроллердің мазмұны және мүмкін бағыты. Қарапайым енгізілген микроконтроллердің жалпыланған құрылымы.

аннотация, 28.04.2011 қосылған


Микропроцессорлық жүйенің құрылымы, оны басқару және сигнал беру алгоритмі. Мекенжайды тарату картасы. Электр тізбегінің сұлбасын құрастыру және элементтік негізді таңдау. Ток шығынын есептеу, қоректендіру, бағдарламалық қамтамасыз ету.

курстық жұмыс, 22.01.2014 қосылған


Микропроцессорлық жүйенің аппараттық және бағдарламалық бөліктері арасында функцияларды бөлу. Микроконтроллерді таңдау, құрылымдық, функционалдық және электр схемасын әзірлеу және сипаттау. Бағдарламалау ортасын, алгоритм схемасын және бағдарлама листингін таңдау.

курстық жұмыс, 17.08.2013 қосылған


Микропроцессорлық басқару жүйесінің мақсаты мен құрылғысы. Микропроцессорлық басқару жүйесінің функционалдық диаграммасын сипаттау. Төлем статикалық сипаттамаөлшеу арнасы. Микропроцессорлық басқару жүйесінің жұмыс істеу алгоритмін құру.

курстық жұмыс, 30.08.2010 қосылған


Микроконтроллерлер туралы жалпы түсінік, олардың қолданылуы және тағайындалуы. SDK 1.1 және SDX 0.9 стендтерін пайдалана отырып, микропроцессорлық мәліметтерді жинақтау жүйесінің жобасын әзірлеу. БҚ құру және оны SDK-1.1 зертханалық стендке жүктеу.

курстық жұмыс, 31.01.2014 қосылған

Даму кезеңіең жауапты, уақытты қажет етеді және жоғары білікті әзірлеушілерді талап етеді, өйткені бұл кезеңде жіберілген қателер әдетте дайын үлгіні сынау сатысында ғана анықталады және бүкіл жүйені ұзақ және қымбат қайта өңдеуді талап етеді.

Бұл кезеңнің негізгі міндеттерінің бірі функцияларды бөлуоның аппараттық және бағдарламалық бөліктері арасында микропроцессорлық жүйе арқылы орындалады. Аппараттық құралдарды барынша пайдалану әзірлеуді жеңілдетеді және тұтастай алғанда жүйенің жоғары өнімділігін қамтамасыз етеді, бірақ әдетте шығындар мен қуат тұтынудың өсуімен бірге жүреді. Сонымен қатар, бағдарламалық қамтамасыз етудің үлес салмағының артуы жүйелік құрылғылардың санын, оның құнын азайтуға мүмкіндік береді, жүйені жаңа қолданбалы жағдайларға бейімдеу мүмкіндігін арттырады, бірақ қажетті жад сыйымдылығының ұлғаюына әкеледі, өнімділіктің төмендеуі және жобалау уақытының ұлғаюы.

MPS аппараттық және бағдарламалық бөліктері арасындағы функцияларды қайта бөлу процесі итеративті сипатта болады. Таңдау критерийібұл жерде көрсетілген көрсеткіштерді (жылдамдық, энергия тұтыну, құны және т.б.).

тұрғысынан бақылаужәне диагностика MPS бұл кезеңнің келесі мүмкіндіктері бар:

• дәлелденген сынақ бағдарламалары жоқ: MPS аппараттық құралының дизайны әрқашан бағдарламаларды әзірлеумен, кейде оған арналған аппараттық құралмен қатар жүреді. тестілеужәне жөндеу ;
• құрылыс сынақ бағдарламаларыжәне нәтижелерді талдауды әзірлеуші ​​әзірленетін жүйенің жұмыс істеу принциптері мен құрылымы туралы өз идеялары негізінде қолмен жүзеге асырады;
• бір уақытта бірнеше ақаулардың пайда болу ықтималдығы жоғары; электрондық компоненттердің ақауларымен де, орнатушылар мен бағдарламашылардың қателерімен де байланысты ақаулар болуы мүмкін;
• алдыңғы қамтамасыз етумен байланысты ақаулық себебінің белгісіздігі: жабдықтағы ақаулар немесе бағдарламадағы қателер;
• әзірлеушінің ықтимал қателері: жүйе әзірлеуші ​​ұсынған әрекеттерді мүлдем дұрыс орындай алады, бірақ бұл рецепттердің өзі дұрыс емес.

Осы себептердің барлығы тапсырмаларды құрайды бақылаужәне диагностикаМПС әзірлеу кезеңінде ең қиыны, ал персоналдың біліктілігіне қойылатын талаптар өте жоғары.

Осы кезеңде бақылау және диагностиканың аспаптық құралдары келесі талаптарға сай болуы керек:

• сандық және аналогтық сигналдарды өлшеу мүмкіндігі;
• әртүрлі жұмыс режимдері және берілген режимге жылдам реттеу;
• өлшеу нәтижелерін ұсынудың тиімділігі мен анықтығы;

• аппараттық және бағдарламалық құралдармен жұмыс істеу мүмкіндігі.

  Өндіріс сатысында микропроцессорлық жүйеТалаптар бірінші орында:

  • жоғары өнімділік,
  • толықтық бақылау,
  • қызмет көрсететін персоналдың біліктілігіне қойылатын талаптарды төмендету мақсатында жоғары автоматтандыру.

  Бақылауосы кезеңде пайдаланылған пайдалану арқылы жүзеге асырылады сынақ бағдарламалары. Тестілеу сынақ әсерлерін шығаруға және оларға реакцияларды автоматты түрде талдауға арналған арнайы әзірленген бақылау стендтерінде (жеткілікті үлкен өндіріс көлемі болған жағдайда) жүргізіледі. Әдетте, тек осы кезеңде бақылау«жақсы – жақсылық жоқ» принципі бойынша жүйенің өнімділігі. Ақаудың орнын және сипатын анықтауды неғұрлым жоғары білікті қызметкерлер жеке процесте жүзеге асырады.

  Жұмыс кезінде бақылау, әдетте, келесі себептерге байланысты алдыңғы кезеңдерге қарағанда оңайырақ:

  • бір уақытта екі немесе одан да көп ақаулардың пайда болу ықтималдығы өте аз;
  • әдетте талап етіледі бақылаусынақтар өнімнің өзімен бірге жеткізілген кезде нақты мәселелерді шешкенде ғана дұрыс жұмыс істеу.

Дегенмен, MPS-ке жедел қызмет көрсетуге арналған құралдарға қойылатын талаптар өте қарама-қайшы.

Бұл бір жағынан, бұл құралдардың жинақылығы, тіпті жиі тасымалдануы үшін талап болса, екінші жағынан процестің жан-жақтылығы мен автоматтандырылуына қойылатын талаптар. бақылаубіліктілігі төмен кадрларды жұмысқа ала білу.

Енді нақты құралдарды қарастырайық. бақылаужәне жөндеумикропроцессорлық жүйелер.

Белгілі бір сынақтың ақауларды локализациялау дәлдігі оның шешімі деп аталады. Қажетті рұқсат нақты сынақ мақсаттарымен анықталады. Мысалы, прототипті жөндеу кезінде ең алдымен ақаулық сипатын (аппараттық немесе бағдарламалық құрал) анықтау қажет. Зауытта оны жүзеге асырған жөн диагностикажөндеу шығындарын азайту үшін ең аз ауыстырылатын элемент деңгейіне дейін ақаулар. Жабдықты жөндеу үшін пайдалану кезінде сынау кезінде көбінесе өнімнің қай қосылатын модулінде ақау бар екенін анықтау қажет.

Нысандар бақылаужәне жөндеуміндетті:

• жүйенің және/немесе оның моделінің әрекетін бақылау;
• жүйенің әрекеті және/немесе оның моделі, процесі туралы ақпаратты жинау және әзірлеушіге ыңғайлы деңгейде ұсыну;
• жобаланған жүйенің сыртқы ортасының әрекетін модельдеу.

Уақыт пен сапа жөндеужүйелері қаражатқа тәуелді жөндеу. Әзірлеуші ​​инженердің қолындағы неғұрлым жетілдірілген құралдар, аппараттық құралдар мен бағдарламаларды жөндеуді соғұрлым тезірек бастай аласыз және жобалаудың кейінгі кезеңдерінде анықтау және жою әлдеқайда қымбат болатын қателерді тез тауып, жоюға болады.

MPS әзірлеу, өндіру және пайдалану тәжірибесі көрсеткендей, қорытынды бақылауөнімділік нақты жабдықта және жұмыста орындалуы керек сағат жылдамдықтары. Сондықтан құралдар нақты уақыт режимінде кіріс әрекеттерін генерациялау және шығыс реакцияларды тіркеу мәселелерін шешуді қамтамасыз етуі керек. MPS-де екі бағытты автобустардың болуы басқару жабдығын бір кезең ішінде жіберуден қабылдауға ауыстыру мүмкіндігін талап етеді. тактілік жиілік. Уақытты басқару өте жылдам құралдарды қажет етеді. Сонымен қатар, айтарлықтай ұзындығы сынақ бағдарламаларыжедел жадты, сыртқы құрылғы контроллерлерін, қуат көзін, сағат генераторын және т.б. пайдалану қажеттілігін тудырады.

Автономды түрде жөндеужабдық мыналарды орындай алатын құралдарды қажет етуі мүмкін:

• аналогтық өлшемдерді орындау;
• белгілі бір пішін мен ұзақтығы импульстарды беру;
• берілген уақыт диаграммасына немесе берілген уақытқа сәйкес бірнеше кіріске бір уақытта сигналдар тізбегін қолдану жұмыс істеу алгоритміжабдық;
• көптеген жолдардағы сигналдардың мәндерін көрсетілген оқиғалармен анықталған уақыт аралығында сақтау;
• жинақталған ақпаратты өңдеушіге ыңғайлы пішінде өңдеу және ұсыну.

Офлайн үшін жөндеуТізбек деңгейіндегі жабдық осциллографтар, вольтметрлер, амперметрлер, жиілік өлшегіштер, импульстік генераторлар, қолтаңба анализаторлары. Қосымша ақпарат алу үшін жоғары деңгейтізбек ішіндегі эмуляторларды, ROM эмуляторларын пайдалану, логикалық анализаторлар, әзірлеу тақталары, сондай-ақ оларды әзірлеу кезеңінде LSI жүйесіне енгізілген арнайы жөндеу құралдары.