Построение шин в микропроцессорных системах

Шины – это информационные каналы, используемые совместно многими устройствами в системе. В общем случае информация по шинам передается в виде слов, представляющих собой группу битов. Отдельные биты слова могут передаваться по отдельным линиям в шине, а могут передаваться и по единственной линии последовательно во времени. В первом случае шины называются параллельными, а во втором – последовательными.

Параллельные шины

а)

б)

Рис.10.1 Принцип обмена информации по шине данных между модулями (Сх. а), (Сх. б) – различные варианты графического изображение шин

Шина из 8 линий (рис.10.1) используется в режиме разделения времени для передачи информации между модулями. Специальный управляющий модуль определяет в каждый момент времени, какой модуль должен посылать информацию, а какой принимать. В каждом модуле имеется 8-разрядный регистр, служащий для приема информации. Входные линии регистра в каждом модуле соединены непосредственно с соответствующими линиями шин. Поэтому при подаче сигнала «разрешение загрузки» состояние шины передается в регистр. В каждый момент времени посылать информацию на шину может только один модуль.

Выходные линии в каждом модуле подключаются к соответствующим линиям шины через тристабильные формирователи, управляемые управляющим модулем.

Логика работы управляющего модуля, обеспечивающего пересылку слова по шинам между модулями:

Сначала подается сигнал на линию разрешения передачи в модуль отправитель.

При этом на шине устанавливается состояние выбранного регистра через

Тристабильные формирователи.

Затем подается сигнал на линию разрешения приема в модуль получатель, при

Этом состояние шины загружается в принимающий регистр.

Адресные шины и шины данных

Рис.10.2.

Схема 10.1 требует две управляющие линии на каждый подключенный к шине модуль. Таким образом, при m модулях к 8 линиям шины добавляется 2m управляющих линий. Число линий можно уменьшить, поставив в соответствие каждому модулю идентифицирующий этот модуль код. Минимальное число битов для представления кода при m модулях равно числу k при котором 2^k ≥ 2 ∙ m. Тогда управляющий модуль сможет выбрать отправителя и получателя, задавая идентифицирующие коды на этой шине, получившей название шины адреса.

На рис.10.2. адресные шины содержат 8 линий, идущих от управляющего модуля. При этом число модулей m, которые можно идентифицировать такой шиной равно,

2⁸/2 = 256/2 = 128

Одна дополнительная линия от управляющего модуля, стробирующая линия, определяет момент передачи информации.

Шина, по которой передается информация между модулями, называется шиной данных.

Опознавание «своего» идентифицирующего кода на ША входит в функции каждого модуля. Это делается при помощи набора вентилей, получивших название селектора адреса. Входы вентилей подключаются к адресным линиям либо непосредственно, либо через инверторы в зависимости от адреса модуля. При этом на выходах селектора адреса обозначенных соответственно как «выбор получателя» и «выбор отправителя» будут появляться логические «1» тогда, когда на соответствующую ША будет подан идентифицирующий код данного модуля.

Двунаправленные шины

В рассмотренных примерах рис.10.1. и 10.2. передача по шинам допускалась между любыми двумя модулями. Часто бывает, когда один из модулей всегда участвует в передаче и этот модуль управляющий. Такая ситуация стандартна для микроЭВМ, и в ней выбирается всегда только один из участвующих в передаче модулей. Такую шину называют двунаправленной, поскольку данные можно передавать между фиксированным (микропроцессором) и любым другим модулем в прямом и обратном направлении.

Запоминающие устройства

Запоминающее устройство (ЗУ), или память, – это устройство, с помощью которого информация существует во времени, точнее передается от одного момента к другому. ЗУ можно считать каналом, который позволяет передать в будущее информацию сгенерированную в настоящем. Обычно информация передается порциями, состоящими из фиксированного числа битов и называемыми словами. ЗУ можно представить в виде некоторого пространства, состоящего из множества идентифицируемых позиций для размещения слов. Слово информации передается в ЗУ и помещается в некоторую конкретную позицию. Этот процесс называется записью в память. Когда информация передается из памяти, она также выбирается из конкретной позиции. Этот процесс называется считыванием из памяти.