Модули микро ЭВМ и особенности их работы

Как было уже сказано, микропроцессор обязательн о- должен работать совместно с памятью и устройствами ввода—вывода данных. При этом комплект, состоящий из микропроцессора, памяти, и устрой ств вв ода—вывода, называют микроЭВМ, а составляющие части этого комплекта — модулями.

Комбинируя тип модулей и их количество, можно создавать разнообразные микроЭВМ, начиная от простейших контроллеров для управления режимом стиральных машин и кончая сложнейшими персональными компьютерами.

Несмотря на обилие видов микроЭВМ, почти все они имеют единую, типовую структуру, напоминающую структуру обычных ЭВМ. Такая структура изображена на рис. 40. Она представляет собой схему соединений модулей микроЭВМ при помощи многопроводных шин адреса, данных и управления. Часто совокупность проводов этих шин выполняют в виде одной, общей шины, называемой коммутирующим устройством или магистралью. К общей шине могут быть подсоединены и другие модули внешних устройств, например, клавишный пульт, телевизионный дисплей, печатающее устройство-принтер и др.

Рассмотрим особенности работы модулей микроЭВМ.

Микропроцессорный модуль

Промышленность выпускает более 40 видов различны х- макропроцессоров. Помимо четырехразрядного микропроцессора серии К584 и восьмиразрядного серии К580, освоен выпуск нескольких шестнадцатиразрядных микропроцессоров серий Kl801, К1803, K1810 и К1883 е улучшенными параметрами, позволяющими создавать современные высокопроизводительные микроЭВМ.

Большой популярностью пользуются также микропроцессоры серии К145, специально разработанные для бытовых нужд (микрокалькуляторы, сервисная автомобильная электроника, управление стиральными машинами, телевизорами, магнитофонами и др.).

Работу микроЭВМ будем рассматривать с учетом того, что микропроцессорный модуль этой микроЭВМ собран, на базе микропроцессора серии К580.

Модуль памяти

Память, описанная в разд. 2.2, получила название оперативного запоминающего устройства (сокращенно ОЗУ). Этот вид памяти является основным для микроЭВМ.

Выполняется ОЗУ на электронных элементах, чаще всего на триггерах, позволяющих быстро и оперативно запомнить 0 или 1 каждого бита данных путем установки триггера в сброшенное (0) или во взведенное (1) состояние. Несмотря на большую скорость и гибкость в работе, ОЗУ имеет один существенный недостаток: при выключении питания триггеры теряют свое устойчивое состояние и переходят в новое (случайное) произвольное положение, при котором данные, хранимые в ОЗУ, теряются. Чтобы избежать этого, применяют постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), выполненное так, что при выключении питания содержимое ячеек памяти не изменяется. Данные в ПЗУ записывают однократно при его изготовлении и в процессе эксплуатации ПЗУ (в отличие от ОЗУ) данные можно только считывать, а вносить новые, стирать и заменять другими нельзя.

Существуют разновидности ПЗУ, называемые программируемым постоянным запоминающим устройством (ППЗУ) и ре-программируемым постоянным запоминающим устройством (РППЗУ).

ППЗУ отличается от ПЗУ тем, что программируется не на заводе-изготовителе, а самим пользователем с помощью специального прибора—программатора. Причем программируется только один раз. После ввода программы данные, находящиеся в ППЗУ, уже нельзя изменить.

РППЗУ, называемое также стираемым ПЗУ, допускает многократное изменение данных. В качестве примера укажем на РППЗУ типа К573РФ1 с ультрафиолетовым стиранием. Если микросхему К573РФ1 извлечь из микроЭВМ и подвергнуть ультрафиолетовому облучению, то все ячейки памяти К573РФ1 станут выдавать на выходе единицы, и это приводит к тому, что содержащиеся там данные в виде комбинации нулей и единиц будут стерты. Устанавливая после облучения К573РФ1 в программатор и задавая адрес и данные, можно снова запрограммировать К573РФ1 по своему усмотрению.

Для сохранения данных при выключении питания, кроме ПЗУ, применяют также ОЗУ, потребляющее мало энергии. Если параллельно проводам питания такого ОЗУ подключить батарейку, то ее энергии будет достаточно для того, чтобы триггеры памяти ОЗУ сохраняли свое состояние при отключении основного питания в течение нескольких часов и даже дней. Такое ОЗУ называют энергонезависимым и иногда применяют при реализации памяти микро-ЭВМ.

Во время работы микроЭВМ часто используют разновидность ОЗУ, называемую сверхоперативным запоминающим устройством (СОЗУ), которое позволяет кратковременно запомнить и в нужный момент выдать цифровые данные. В качестве СОЗУ употребляют регистры РОН микропроцессора или регистры, установленные в других модулях микроЭВМ.

Чтобы закрепить понятия СОЗУ, ОЗУ и ПЗУ, рассмотрим несколько примеров аналогичного использования запоминающих устройств в повседневной жизни человека. Выполняя, например, умножение в столбик, мы часто произносим: пятью пять — двадцать пять. Пять пишем, два в уме. Временное, сверхоперативное запоминание двойки в уме и является примером работы СОЗУ. Регистр микроЭВМ, как и человек, временно запоминает какой-то промежуточный итог вычислений.

Как известно, феноменальной памятью обладают немногие. Чаще всего, желая что-то запомнить, мы пользуемся записной книжкой, занося туда адреса, фамилии, номера телефонов и другие данные, а затем, заглядывая в нее, вычитываем нужные сведения, заменяем их, исправляем и записываем новые. Такой вид оперативного запоминающего устройства — записная книжка — соответствует машинному ОЗУ. И наконец, мы часто пользуемся постоянной памятью (ПЗУ) в виде книг, журналов, таблиц лотерейных выигрышей и др. Сведения, имеющиеся в этих источниках данных, можно только читать. Нельзя исправлять или вносить новые данные в книгу или таблицу выигрышей аналогично тому, как нельзя изменять данные в ПЗУ.

Несколько слов о размерах памяти, вернее о количестве запоминающих ячеек, содержащихся в ней. В простейших микроЭВМ применяют ОЗУ, позволяющее разместить около тысячи байтов данных, что соответствует 1 килобайту (1 кбайт). Точнее 1 кбайт = = 1024 байт (округляя, принято говорить, что килобайт равен тысяче байтов).

Современные микроЭВМ снабжаются ОЗУ емкостью в десятки и сотни килобайтов. Размеры ПЗУ бывают примерно в 2—8 раз меньше ОЗУ.

СОЗУ в виде регистра содержит всего 8 или 16 элементов ячейки памяти, где запоминается 1 или 2 байта данных.

Все рассмотренные виды памяти находятся внутри микроЭВМ и предназначены для размещения команд и данных выполняемой программы. Отметим, что решение некоторых сложных задач требует выполнения сотен тысяч, а то и миллионов команд. Разместить такое количество команд в ОЗУ или ПЗУ не представляется возможным. Поэтому их помещают во внешние запоминающие устройства (ВЗУ), не входящие в состав комплекта микроЭВМ, а потом частями, по мере необходимости, переписывают в ОЗУ для выполнения. ВЗУ реализуют с помощью различных технических средств. Чаще всего для этой цели используют магнитную ленту, магнитные диски и бумажную ленту. Намагниченный участок магнитной ленты или пробитое отверстие в бумажной ленте соответствует единице (1), а размагниченный участок или отсутствие отверстия — нулю (0). В таких ВЗУ можно размещать миллионы байт данных (1 млн. байт = 1 мегабайт = = 1 Мбайт).

Недостатком ВЗУ является малая скорость работы. Приходится затрачивать много времени (несколько секунд, а то и минут) для того, чтобы отыскать на ленте тот участок, где записаны нужные данные.

Последние годы стало весьма популярным в качестве ВЗУ использовать бытовые магнитофоны. С этой целью к магнитофону добавляют специальную электронную приставку, подключаемую к шинам адреса, данных и управления микроЭВМ, что позволяет записывать нужные данные на магнитофонную ленту или считывать их с ленты в ОЗУ. На одном миллиметре магнитофонной ленты удается записать 60—80 бит данных, а в магнитофонной кассете разместить примерно 200—300 и байт данных. Часто применяют также дисковод — устройство, состоящее из вращающегося магнитного диска и электромагнитной головки, считывающей намагниченные участки дорожек, нанесенных на диске.