Презентация "Обмен информацией в микропроцессорной системе" (10 класс) по информатике – проект, доклад

Учебный курс

Введение в цифровую электронику Лекция 5 Обмен информацией в микропроцессорной системе кандидат технических наук, доцент Новиков Юрий Витальевич

Схема включения процессора

Методы ускорения работы процессора

Повышение тактовой частоты — совершенствование технологии; Уменьшение времени выполнения одной команды; Оптимизация системы команд — уменьшение количества команд и добавление сложных команд (например, мультимедийных); Распараллеливание выполнения команд: два и более арифметическо-логических устройств (АЛУ); Распараллеливание процессов выборки команд и их выполнения: Конвейер команд (быстрая FIFO- память); Кэш-память.

Назначение регистров процессора

Регистры данных — временное хранение кодов данных. Регистры адресные — коды адресов в памяти для работы с массивами информации. Могут работать как реверсивные счётчики с параллельной записью информации. Постинкремент и предекремент. Регистры универсальные — могут хранить как адрес, так и данные. Регистр состояния процессора (PSW) — флаги состояния. Регистр-счётчик команд — хранит адрес текущей команды, параллельная запись и постинкремент. Регистр-указатель стека — хранит адрес в специальной зоне памяти — стеке. Постинкремент и предекремент.

Методы ускорения работы памяти

Уменьшение внутренних временных задержек в памяти — совершенствование технологии; Использование статической оперативной памяти вместо динамической — только в небольших микропроцессорных системах (дороже) ; Добавление небольшой быстрой статической памяти к большой медленной динамической — кэш-память; Использование копии содержимого постоянной памяти в оперативной памяти; Оптимизация структуры модулей памяти и способов обмена с модулями памяти.

Особые области памяти микропроцессорной системы

Память программы начального запуска (ROM) — содержит программу, которая выполняется при включении питания или при подаче сигнала сброса; Память для стека или стек — используется для временного хранения данных в режиме LIFO. Необходима при обслуживании прерываний и при работе подпрограмм. Память с таблицей векторов прерываний — содержит список начальных адресов программ обработки прерываний. Память устройств ввода/вывода (УВВ) — даёт возможность процессору общаться с внутренней памятью УВВ как со своей собственной.

Принцип работы стека

Механизм обработки прерывания

Адресные пространства памяти и устройств ввода/вывода

Общее (разделённое) адресное пространство памяти и УВВ — часть адресов отводится под память, часть под УВВ. Общие стробы обмена. Процессор может обращаться к памяти и УВВ совершенно одинаково, используя те же команды — удобно. Но уменьшается адресное пространство памяти, сложнее ПДП (медленнее). Отдельные адресные пространства для памяти и УВВ. Разные стробы обмена для УВВ и для памяти. Специальные команды обмена с УВВ (ввод и вывод), отличные от команд обмена с памятью. Не уменьшается адресное пространство памяти, проще организовать ПДП (быстрее).

Мультиплексирование шин адреса и данных

Достоинство мультиплексирования — уменьшение количества линий магистрали; Недостаток мультиплексирования — снижение скорости обмена по магистрали; Возможно частичное мультиплексирование (часть данных — по отдельной шине, часть — по шине адреса/данных)

Синхронный и асинхронный обмен

Строб записи — определяет момент проведения операции записи. Говорит исполнителю, что он может принять данные от задатчика (процессора). Строб чтения — определяет момент проведения операции чтения. Говорит исполнителю, что он может выдать свои данные для задатчика (процессора).

Сравнение синхронного и асинхронного режима

Синхронный режим — более простой (не требует сигнала подтверждения), но не даёт гарантии того, что исполнитель успеет завершить операцию к концу цикла. Циклы обмена всегда одинаковой длительности. Асинхронный режим — более сложный (требует сигнал подтверждения), но даёт гарантию того, что исполнитель успел завершить операцию к концу цикла. Циклы обмена разной длительности в зависимости от быстродействия исполнителя. Скорость обмена — при синхронном режиме постоянна, определяется задатчиком. При асинхронном режиме может быть быстрее или медленнее.

Распространение сигналов по шинам

Задержка распространения и разброс задержек; Разброс фронтов на разных линиях шины; Отражения сигналов от концов линий, искажения фронтов.

Цикл чтения из устройства ввода/вывода на магистрали ISA

Цикл записи в устройство ввода/вывода на магистрали ISA

Цикл чтения из памяти на магистрали ISA

Цикл записи в память на магистрали ISA

Цикл ПДП на магистрали ISA

Структура устройства ввода/вывода

Основные типы устройств ввода/вывода

Устройства интерфейса пользователя (ввод — клавиатура, мышь, джойстик; вывод — дисплей, индикаторы); Звуковые устройства (ввод — микрофон, линейный вход; вывод — динамик, линейный выход); Устройства долговременного хранения информации (диски) — в простейших системах отсутствуют; Таймерные устройства — могут не иметь выхода наружу, но необходимы для контроля времени (часы, интервалы); Контроллеры связных интерфейсов — USB, локальная сеть, Wi-Fi — для связи с удалёнными внешними устройствами и другими микропроцессорными системами.

Структура модуля памяти

Методы повышения скорости обмена по магистрали

Уменьшение длины линий магистрали — снижение задержек распространения; Улучшение фронтов сигналов магистрали — согласование, увеличение токов, снижение паразитных емкостей и т.д.; Оптимизация протоколов обмена; Оптимизация количества линий и мультиплексирования; Применение блочных режимов обмена (на одну адресную фазу — несколько передач данных); Использование нескольких магистралей для обмена с разными устройствами: УВВ, память, видеоконтроллер и т.д.