Выборочные ответы к государственному экзамену факультета ВМС специальности 2201 'Вычислительные маши...

Билет № 16 вопрос №1

Принципы построения семейства микроЭВМ СМ 1800

Семейство микроЭВМ СМ 1800 включает в себя следующие типы микроЭВМ: СМ1800, СМ1804, СМ1810, СМ1814. МикроЭВМ СМ1800 и СМ1804 построены на базе 8-разрядного микропроцессора КР580ИК80А. МикроЭВМ СМ1810 и СМ1814 построены на база 16-разрядного микропроцессора К1810ВМ86. В основу построения семейства микроЭВМ СМ1800 положен модульный принцип, суть которого состоит в том, что машины выполняются из функционально законченных устройств (модулей) в виде одной или двух печатных плат, объединенных интерфейсом И41. Универсальность интерфейса И41 и модульность ЭВМ позволяют комплексировать многопроцессорные системы на уровне печатных плат, что обеспечивает высокую гибкость при создании управляющих и вычислительных комплексов, а так же открытость микроЭВМ как системы. Открытость микроЭВМ создает условия для расширения номенклатуры модулей и развития СМ1800. Так при создании микроЭВМ СМ1810 использованы новая элементная база и конструктивная реализация. Основу элементной базы семейства микроЭВМ СМ1800 составляют микропроцессорные наборы КР580 и К1810. Микропроцессорный набор К1810 представляет собой третье поколение микропроцессоров. Он расширяется арифметическим сопроцессором, аналогичным микропроцессору i8087 фирмы Intel, и процессором ввода-вывода КМ1810ВМ89. Модульная структура набора К1810 базируется на трех основных принципах:

1)   Основные функции проектируемой системы распределены между специальными элементами

2)   Многопроцессорный режим работы реализуется аппаратно

3)   Иерархическая структура интерфейса обеспечивает эффективную обработку потока данных в высокопроизводительных системах.

Основной микропроцессор К1810ВМ86 имеет следующие характеристики:

Тактовая частота – 5МГц

Корпус – 40 контактный

Разрядность – 16

Диапазон адресации – до 1 Мб для памяти , 64 Кб для устройств ввода-вывода

Передача данных и адреса – по одной физической линии с мультиплексированием по времени (данные после адреса).

Микропроцессор К1810ВМ86 имеет два режима работы: минимальный и максимальный. В минимальном режиме микропроцессор формирует управляющие сигналы для памяти и устройств ввода-вывода, обеспечивая однопроцессорный режим работы. В максимальном режиме сигналы управления памятью и устройствами ввода-вывода формируются контроллером КР1810ВГ88 на основании информации о состоянии микропроцессора. Линии, используемые в минимальном режиме для управления памятью и устройствами ввода-вывода, в максимальном режиме обеспечивают аппаратную реализацию многопроцессорного режима работы. Сопроцессор i8087 представляет собой 40 –контактную БИС и предназначен для выполнения арифметических операций с плавающей запятой. При его отсутствии они выполняются программно что существенно снижает производительность системы. Микропроцессор ввода-вывода КМ1810ВМ89 обычно работает под управлением центрального процессора К1810ВМ86, но может использоваться самостоятельно в контроллерах ввода-вывода. Он имеет два независимых программно – управляемых канала ввода-вывода, которые осуществляют обмен данными по прямому доступу в память со скоростью до 1,25 Мб/с. Сочетая высокую скорость передачи информации с программируемой логикой, микропроцессор КМ1810ВМ89 повышает эффективность системы, освобождая центральный процессор от рутинных операций по обработке информации устройств ввода-вывода.

Контроллер прерываний К1810ВИ59А предназначен для обработки сигналов прерываний, поступающих от периферийных устройств, и работает совместно с основным микропроцессором К1810ВМ86. Он принимает запросы от восьми источников, при каскадном подключении дополнительных контроллеров ВИ59А число источников можно увеличить до 64. Тактовый генератор К1810ГФ84 предназначен для формирования сигналов частотой 5 МГц, синхронизирующих работу микропроцессора К1810ВМ86, кроме того, формирует сигналы СБРОС и ГОТОВНОСТЬ. Буферные 8 разрядные регистры КР580ИР82 и ИР83 используются при демультиплексирования магистрали адреса – данных микропроцессора К1810ВМ86. Формирователи магистрали 8 – разрядные КР580ВА86 и ВА87 предназначены для обеспечения необходимой мощности интерфейсных сигналов, выходящих за пределы платы, они представляют собой биполярные приемопередатчики с трех стабильными выходами. Контроллер магистрали КР1810ВГ88 предназначен для декодирования байта состояния микропроцессора КМ1810ВМ89 или ВМ86 (в максимальном режиме), осуществляет генерацию во времени команд и управляющих сигналов для системной магистрали. Он также выдает сигнал стробирования адреса в буферные регистры КР580ИР82 и ИР83 во время демультиплексирования адреса – данных от микропроцессора К1810ВМ86. Арбитр шины КР1810ВБ89 предоставляет системную магистраль одному из нескольких задатчиков, которые выставили запрос на захват магистрали для доступа к ресурсам системы, например общей памяти.

На рисунке показана типовая модульная структура системы, которую можно построить на базе микропроцессорных наборов К580 и К1810. Как видно из рисунка, возможны системные и локальные магистрали, объединяющие несколько процессоров. Микропроцессоры всегда связаны с локальной магистралью, а запоминающие устройства, устройства ввода-вывода и модули процессора – с системной магистралью. Локальная магистраль реализуется микропроцессором К1810ВМ86 и координирует работу нескольких процессоров и сопроцессоров. Так в модуле центрального процессора МЦП-16 микроЭВМ СМ 1810 локальная магистраль связывает микропроцессор К1810ВМ86 и сопроцессор i8087. Системная магистраль состоит из пяти наборов сигналов: адреса, данных, управления, прерывания арбитража. Интерфейс И41 – пример общей системной магистрали, которая позволяет координировать работу модулей, выполняющих различные функции. Возможна также локальная системная магистраль, не выходящая за пределы модуля процессора, но позволяющая присоединять дополнительные устройства непосредственно к процессору. Она недоступна со стороны модулей системы, объединенных общей системной магистралью. Локальная системная магистраль разгружает общую и позволяет процессорному модулю осуществлять обмен информацией со своими устройствами, освобождая общую системную магистраль для работы с другими модулями. Таким образом, процессоры, узлы управления интерфейсами, объединенные локальной магистралью, и устройства, объединенные локальной системной магистралью (в данном случае локальная память и локальный ввод вывод), образуют модуль процессора. Простейший модуль состоит из микропроцессора, узла управления локальным интерфейсом, объединяющим локальную память и управления локальными устройствами ввода- вывода. Описанная структура построения используется при проектировании одноплатных ЭВМ, не имеющих возможностей расширения. На рис. Показан модуль процессора, предназначенный для работы в расширяемой модульной многопроцессорной системе. Узлы управления общей системной магистралью обеспечивают доступ модуля к общей памяти и обмен информацией с другими процессорными модулями. Если в системе имеется несколько процессоров, то все запоминающие устройства и устройства ввода-вывода, подсоединенные к общей системной магистрали, доступны процессорным модулям. Арбитры магистрали КР1810ВБ89 в каждом модуле процессора обеспечивают доступ модулей к общей системной магистрали, следовательно, к общей памяти и устройствам ввода - вывода.

Архитектура микроЭВМ

Значительно чаще используется минимальный режим работы с разделением магистрали адреса-данных. На рис. 2 показана схема реализации этого режима. Два буферных регистра КР580ИР82/83 позволяют получить доступ к памяти объемом 64 Кб. Добавив третий буферный регистр, объем можно увеличить до 1 Мб. Этот режим работы позволяет эффективно использовать компоненты из микропроцессорного набора К580. Формирователи КР580ВА86/87 могут объединять по схеме ИЛИ магистрали данных от нескольких источников информации. Контроллер прерываний КР1810ВИ59А обеспечивает реакцию процессора на любой из восьми возможных запросов на прерывание, при этом не требуется опрашивать регистры состояний источников прерываний, так как контроллер формирует код переданного микропроцессору источника прерывания. Минимальный режим работы набора К1810 широко применяется при проектировании персональных ЭВМ.