Методические указания по микропроцессорным системам
м случае через одну шину данных выполняется несколько команд
всех микроЭВМ, ЗУ и периферийных устройств (см. рис. 2.3).
[pic]
Рис. 2.3. Метод общей шины
Во втором случае (см. рис. 2.4) переключающая коммутирующая матрица
соединяет любую микроЭВМ системы с любым ЗУ и периферийным устройством с
помощью специальной программы коммутации.
[pic]
Рис. 2.4. Метод коммутирующей матрицы
В иерархической структуре (см. рис.2.5) управляющая микроЭВМ (УµЭВМ)
организует опрос микроЭВМ (µЭВМ) нижних уровней и выдачу им команд данных.
[pic]
Рис. 2.5. Метод иерархии
Обмен данными между микроЭВМ системы может быть регулярным и
нерегулярным. В первом случае функционирование МПС можно расписать по
времени и применить метод разделения, при котором период работы каждого
канала разбивается на интервалы времени, закрепленные за каждой микроЭВМ
системы. При нерегулярном информационном обмене во избежание прерывания
работы микроЭВМ используют общее для всех микроЭВМ ЗУ, связанное также с
устройством управления каналами, которое при наличии свободного канала
закрепляет его за микроЭВМ и извещает ее об этом.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение микроЭВМ, укажите назначение и состав ее основных
узлов и блоков.
2. Перечислить основные типы архитектур МПС и указать особенности их
функционирования.
3. Перечислите способы организации межпроцессорного обмена в
распределенных МПС.
3. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ
Качественные и количественные изменения элементной базы средств ВТ
привели к изменению сложившихся принципов их проектирования (таких, как
жесткая структура, последовательное центральное управление, линейная
организация памяти и отсутствие возможности адаптации структуры ЭВМ к
особенностям решаемой задачи).
На смену классическим фоннеймановским принципам организации
вычислительных систем пришли идеи проблемной ориентации МПС, параллельной и
конвейерной обработки информации, использование табличных методов обработки
данных, принципы регулярности и однородности структур МПС; становится
реальной возможностью идея создания адаптивно-перестраиваемых систем, а
также аппаратная реализация функций программного обеспечения. Поэтому в
настоящее время при проектировании вычислительных систем на основе МПС
получил применение так называемый принцип «3М»: модульность,
магистральность, микропрограммируемость.
Принцип модульной организации предполагает построение вычислительных и
управляющих МПС на основе набора модулей: конструктивно, функционально и
электрически законченных вычислительных устройств, позволяющих
самостоятельно или в совокупности с другими модулями решать задачи данного
класса. Модульный подход при проектировании микроЭВМ и систем позволяет
(при реализации как универсальных, так и специализированных модулей)
обеспечить создание семейств (рядов) МПС, отличающихся функциональными
возможностями и характеристиками, перекрывающими значительный диапазон
применений, способствует сокращению затрат на проектирование, а также
упрощает наращивание мощности и реконфигурацию систем, отодвигает время
морального старения вычислительных средств.
Магистральный способ обмена информацией в отличие от способа
организации произвольных связей (по принципу «каждый с каждым») позволяет
упорядочить и минимизировать число связей в МПС. Он обеспечивает обмен
информацией между функциональными и конструктивными модулями различного
уровня с помощью магистралей, объединяющих входные и выходные шины.
Различают одно-, двух-, трех- и многомагистральные связи. Необходимо
отметить взаимосвязь схемотехнических и структурных решений, которые
проявляются при реализации данного способа обмена в виде создания
специальных двунаправленных буферных каскадов с тремя устойчивыми
состояниями и использовании временного мультиплексирования каналов обмена.
Микропрограммное управление обеспечивает наибольшую гибкость при
организации многофункциональных модулей и позволяет осуществить проблемную
ориентацию МПС, а также использовать в них макрооперации, что эффективнее
использования стандартных подпрограмм. Кроме этого, передача управляемых
слов в виде зашифрованных кодовых последовательностей соответствует
условиям минимизации числа выводов СБИС и сокращению числа межсоединений в
модулях.
Кроме перечисленных выше основных особенностей проектирования МПС,
следует отметить принцип регулярности, который предполагает закономерную
повторяемость элементов структуры МПС и связей между ними. Применение
данного принципа позволяет увеличить интегральную плотность, уменьшить
длину связей на кристалле, сократить время топологического и
схемотехнического проектирования БИС и СБИС, уменьшить число пересечений и
типов функциональных и конструктивных элементов.
При разработке архитектуры МПС (системный этап) необходимо решить
следующие задачи:
- дать описание концептуальной структуры функционального поведения
системы с позиций учета интересов пользователя при ее построении и
организации вычислительного процесса в ней;
- определить структуру, номенклатуру и особенности построения
программных и микропрограммных средств;
- описать характеристики внутренней организации потоков данных и
управляющей информации;
- провести анализ функциональной структуры и особенности физической
реализации устройств системы с позиции сбалансированности программных,
микропрограммных и аппаратурных средств.
Основные этапы проектирования МПС приведены на рис. 3.1.
На начальной стадии проектирования МПС может быть описана на одном из
следующих концептуальных уровней: “черный ящик”, структурный, программный,
логический, схемный.
На уровне “черного ящика” МПС описывается внешними спецификациями, где
перечисляются внешние характеристики.
[pic]
Рис. 3.1. Этапы проектирования МПС
Структурный уровень создается аппаратными компонентами МПС, которая
описывается функциями отдельных устройств, их взаимосвязью и
информационными потоками.
Программный уровень разделяется на два подуровня (команд процессора и
языковый) и МПС интерпретируется как последовательность операторов или
команд, вызывающих то или иное действие над некоторой структурой данных.
Логический уровень присущ исключительно дискретным системам и
разделяется на два подуровня: переключательных схем и регистровых
пересылок. Первый подуровень образуется вентилями (комбинационные схемы и
элементы памяти) и построенными на их основе операторами обработки данных.
Второй подуровень характеризуется более высокой степенью абстрагирования и
представляет собой описание регистров и передачу данных между ними. Он
включает в себя две части: информационную и управляющую: первая образуется
регистрами, операторами и путями передачи данных, вторая обеспечивает
зависящие от времени сигналы, инициирующие пересылку данных между
регистрами.
Схемный уровень базируется на описании работы элементов дискретных
устройств.
В жизненном цикле МПС, как и любой дискретной системы, выделяются три
стадии: проектирование, изготовление и эксплуатация. Каждая из стадий
подразделяется на несколько фаз, для которых существуют вероятности
возникновения конструктивных или физических неисправностей. Неисправности
классифицируют в соответствии с их причинами: физическая, если причиной ее
служат дефекты элементов, и субъективная, если ее причиной служат ошибки
проектирования.
Субъективные неисправности делят на проектные и интерактивные.
Проектные неисправности вызваны недостатками, вносимыми в систему на
различных стадиях реализации исходного задания. Интерактивные неисправности
возникают в процессе работы по вине обслуживающего персонала (оператора).
Результатом проявления неисправности является ошибка, причем одна
неисправность может служить причиной целого ряда ошибок, а одна и та же
ошибка может быть вызвана множеством неисправностей.
Существует также понятие дефекта - физическое изменение параметров
компонентов системы, выходящих за допустимые пределы. Дефекты называют
сбоями, если они носят временный характер, и отказами, если они постоянны.
Дефект не может быть обнаружен до тех пор, пока не будут созданы условия
для возникновения из-за него неисправности, результат которой должен быть,
в свою очередь, передан на выход исследуемого объекта для того, чтобы
сделать неисправность наблюдаемой.
Диагностика неисправности – процесс определения причины появления
ошибки по результатам тестирования. Отладка – процесс обнаружения ошибок и
определения источников их появления по результатам тестирования при
проектировании МПС. Средствами отладки являются приборы, комплексы и
программы. Иногда под отладкой понимают обнаружение, локализацию и
устранения неисправности. Успех отладки зависит от того, как спроектирована
система, предусмотрены ли свойства, делающие ее удобной для отладки, а
также от средств, используемых для отладки. Для проведения отладк
| |  скачать работу |
Методические указания по микропроцессорным системам |
