Основные понятия и определения микропроцессорной техники. Принципы построения микропроцессорных систем

Однако динамическое ОЗУ, в отличие от статического, требует регенерации, предотвращающей потерю информации из-за разряда конденсатора током утечки. Регенерация заключается в считывании состояния заряда конденсатора и восстановлении этого состояния посредством последующей записи. Регенерация требует дополнительного времени в цикле обращения к памяти, что снижает быстродействие. Достоинством DRAM являются: малое энергопотребление, так как энергия потребляется ячейкой только в моменты записи и регенерации; низкая стоимость; большая информационная емкость отдельной микросхемы. Недостатками DRAM являются: невысокое быстродействие, время доступа составляет 60-80 нс; сложность управления, что объясняется необходимостью регенерации.  

Однако, именно из-за низкой стоимости и малого энергопотребления DRAM используется в качестве основной памяти всех компьютеров. SRAM применяется только в тех случаях, когда необходима небольшая емкость оперативной памяти и высокое быстродействие как, например, в кэш-памяти.

На рис. 5.1 приведена структурная схема подключения к магистрали МПС модуля ОЗУ.

Селектор адреса декодирует старшие разряды ША и дает разрешение (сигнал CS) на работу микросхем модуля. Схема управления обрабатывает стробы обмена ,   и выдает сигналы управления:  – запись в ОЗУ,  – чтение из ОЗУ. Буфер данных имеет вход Т – направление передачи данных. В зависимости от сигнала на Т («0» или «1») меняется направление передачи данных: из ОЗУ на ШД или наоборот с ШД в ОЗУ. Для чтения данных из ОЗУ схема управления должна выдать сигнал  = 0 для буфера данных, при этом на магистраль МПС передаются данные из выбранной ячейки ОЗУ. Буфер ОЗУ обязательно должен иметь выходы с тремя состояниями. Когда МП не обращается к данному модулю, буферы данных должны быть в Z-состоянии, чтобы не влиять на работу других устройств, подключенных к шине данных.

Рис. 5.1. Структура модуля памяти МПС

6. Реализация обмена данными между внешними устройствами и микропроцессорной системой (МПС). Модуль ввода/вывода МПС, выполняемые функции, функциональная схема устройства ввода/вывода.

Проблема организации обмена данными между внешними устройствами и МПС связана с асинхронным характером процессов, инициирующих начало и конец обмена. В МПС используют три способа организации обмена, каждый из которых по-разному решает отмеченные проблемы:

1)  программно-управляемая передача, активизируемая процессором;

2)  передача информации с прерыванием программы, активизируемая по запросу прерывания от внешнего устройства;

3)  передача информации в режиме прямого доступа к памяти (ПДП).

При программно-управляемой передаче и передаче данных с прерыванием программы обмен осуществляется под управлением процессора. В режиме ПДП передача информации выполняется без участия процессора под управлением контроллера ПДП.

Программно-управляемый обмен бывает синхронным и асинхронным. Инициатором обмена всегда выступает процессор, реализующий требуемые операции ввода/вывода с помощью соответствующих команд. Синхронная передача применяется при взаимодействии с быстродействующими внешними устройствами, которые всегда готовы к обмену информацией. Этот способ передачи реализуется при минимальных затратах аппаратных и программных средств.

Асинхронный обмен является более универсальным и более сложным способом программно-управляемого обмена. Он используется при работе с внешними устройствами, быстродействие которых ниже быстродействия процессора. В некоторые моменты времени такие внешние устройства могут быть не готовыми к обмену. Поэтому для выполнения программно-управляемого обмена в общем случае необходимо использовать специальные средства, синхронизирующие процесс приемо-передачи. Эти средства содержатся в контроллерах (адаптерах) внешних устройств