Тема 13. Структура и расширение памяти контроллера

ВПП– внешняя память программ, она расширяется только на 60 килобайт; ПД – память данных;SFR– регистр специальных функций. Внешняя память данных (ВПД) расширяется на 64 килобайта.

Можно получить 256К х8, тогда будем использовать R0 илиR1 (это минимум)

Структурная схема контроллера с расширенной пп и пд

Структурная схема с расширенной памятью контроллера

Способы расширения адресного пространства микропроцессора

Достаточно часто при разработке микропроцессорной системы возможности адресного пространства исчерпываются. В таком случае приходится прибегать к методам расширения адресного пространства. Адресное пространство памяти может быть расширено до 24 бит.

Для расширения адресного пространства можно воспользоваться параллельным портом. Внешние выводы параллельного порта при этом используются в качестве старших битов адресной шины. Такой метод расширения адресного пространства называетсястраничным методом адресации. Регистр данных параллельного порта при использовании его для расширения адресного пространства будет называться переключателем страниц. Схема использования параллельного порта в качестве переключателя страниц памяти приведена на рисунке .

Рис. Использование параллельного порта в качестве регистра адреса страниц памяти

В этой схеме параллельный порт используется в качестве простейшего контроллера памяти микропроцессорного устройства. При применении восьмиразрядного параллельного порта в микропроцессорной системе появились дополнительные восемь линий адреса. В результате адресное пространство микропроцессорной системы увеличилось до 16 Мегабайт. Структура нового адресного пространства приведена на рисунке 5, а принцип формирования нового адреса с использованием переключателя страниц приведён на рисунке 6.

Рисунок 5. Структура страничного адресного пространства.

Рис.6. Формирование адреса с использованием переключателя страниц.

Метод страничной адресации прост в реализации и при формировании адреса физической памяти не приводит к дополнительным временным задержкам, но при использовании многозадачного режима работы процессора для каждой активной задачи выделяется целая страница в системной памяти микропроцессора. При такой работе в системной памяти процессора остаётся много неиспользуемых областей. Решить возникшую проблему позволяет метод сегментной организации памяти.

Тема 14. Организация параллельного программируемого интерфейса

Вводом/выводом (ВВ) называется передача данных между ядром ЭВМ, включающим в себя микропроцессор и основную память, и внешними устройствами (ВУ). Это единственное средство взаимодействия ЭВМ с "внешним миром", и архитектура ВВ (режимы работы, форматы команд, особенности прерываний, скорость обмена и др.) непосредственно влияет на эффективность всей системы. За время эволюции ЭВМ подсистема ВВ претерпела наибольшие изменения благодаря расширению сферы применения ЭВМ и появлению новых внешних устройств. Особенно важную роль средства ВВ играют в управляющих ЭВМ. Разработка аппаратных средств и программного обеспечения ВВ является наиболее сложным этапом проектирования новых систем на базе ЭВМ, а возможности ВВ серийных машин представляют собой один из важных параметров, определяющих выбор машины для конкретного применения.

Программная модель внешнего устройства

Подключение внешних устройств к системной шине осуществляется посредством электронных схем, называемых интерфейсами ВВ. Они согласуют уровни электрических сигналов, а также преобразуют машинные данные в формат, необходимый устройству, и наоборот.

В процессе ввода/вывода передается информация двух видов:

управляющие данные (слова) ;

и собственно данные.

Управляющие данные от процессора, называемые также командными словами или приказами, инициируют действия, не связанные непосредственно с передачей данных, например запуск устройства, разрешение/запрещение прерываний, останов устройства и т.п.

Управляющие данные от внешних устройств называются словами состояния; они содержат информацию об определенных признаках, например о готовности устройства к передаче данных, о наличии ошибок при обмене и т.п. Состояние обычно представляется в декодированной форме - один бит для каждого признака.

Регистр, содержащий группу бит, к которой процессор обращается в операциях ВВ, образует порт ВВ. Таким образом, наиболее общая программная модель внешнего устройства, которое может выполнять ввод и вывод, содержит четыре типа регистров ВВ:

регистр выходных данных (выходной порт),

регистр входных данных (входной порт),

Каждый из этих регистров должен иметь адрес, который идентифицируется дешифратором адреса. В зависимости от особенностей устройства общая модель конкретизируется, например, отдельные регистры состояния и управления объединяются в один регистр, в устройстве ввода (вывода) имеется только регистр входных (выходных) данных, для ввода и вывода используется двунаправленный порт и т.п..

Рис. Программная модель внешнего устройства

Структурная схема параллельного периферийного адаптера

В случае, когда внутренних портов ввода-вывода микроконтроллера недостаточно для организации полного взаимодействия в системе, приходится использовать внешние порты ввода-вывода. Примером такого устройства может служить микросхема программируемого периферийного адаптера PPIIntel8255 (КР580ВВ55) . Это однокристальное программируемое устройство параллельного ввода-вывода информации. Оно способно осуществлять параллельный обмен данными с квитированием или без него как в режиме программного управления, так и по прерываниям. При этом возможна организация не только однонаправленного, но и двунаправленного ввода-вывода. Определение и переопределение типа интерфейса выполняется программными методами с помощью программных процедур инициализации.

В состав микросхемы входят три двунаправленных 8-разрядных порта, разбитых на две группы, два независимо программируемых устройства управления группами портов и интерфейсная логика для согласования с системной магистралью. Схема управления содержит регистр управляющего слова SFR, который доступен только для записи по системной магистрали.

Периферийное устройство подключается посредством портов ввода-вывода PA,PB,PC, настроенных на выбранный режим. Порт С в режиме 0 можно использовать не только как байтный, но и как два тетрадных. Они настраиваются по отдельности (см. ниже).