Рылғыларымен байланысы

Микропроцессордың жүйені жобалау кезінде деректерді ендіру-шығарудың басқару әдістерін дұрыс таңдау өте маңызды. Микропроцессордың бұл мәселені ұйымдастыруда үлкен мүмкіндігі бар. Бірақ бұл процестің тиімділігіне ендірілетін (шығарылатын) деректердің көзі (қабылдағышы) болып табылатын техникалық құралдардың ерекшелігі өте-мөте әсер етеді. Микропроцессор деректер көзінің (қабылдағыштың) әртүрімен өзара әрекеттесе алады. Кейбірінде деректер алмасу уақыттың кез келген мезетінде өтіп, жеткілікті интервалға (микропроцессордың тез әрекеттілігімен салыстырғанда) ие болады. Тағайындалған деректерді олар белгілі болғаннан соң уақыттың кең интервалында санайды (жазады). Деректерді ендіру-шығарудың мұндай құралдарына оператор мен жүйенің (мысалы, дисплей, клавиатура) өзара әрекеттесуіне арналған жабдықтар жатады. Микро-процессорға қарағанда айтарлықтай баяу жұмыс істейтін құрылғылар да бар, бірақ олар периодты режимде (мысалы, магниттік дискіге деректер жинағыш, басу құрылғылары) ғана әрекет жасайды. Оларда деректер уақыттың белгілі бір аралығында ғана жазылады (саналады). Дәл осы уақыт аралығында микропроцессор өзара әрекеттесу сеанысын жүзеге асырмаса,онда деректер жоғалып кетеді. Оған қоса микропроцессор осындай құрылғылардың күйін ғана қадағалайтын болса, онда ол жүйедегі басқа қызметті атқара бастайды. Сол себепті жүйеде өзара әреккеттесудің қарқынды және бәсең интервалын бөлу мәселесі шешілу қажет. Мысалы, сыртқы құрылғыға қарқынды күй индикациясының қосымша техникалық құралдырын, ал МП-ға жүйедегі қарқынды күйін туу сигналына сәйкес реакциясы бар құралдарды қосу керек.

Жүйеде түрлендіріп бергіштен алынатын басқару объектілерінің (процестердің) күйі туралы деректер болуы мүмкін, оларды өзгеоту жылдамдығы мен шекті мәні микропроцессор тарапынан қатаң қадағалайтындай болуы шарт.

Нақты жүйеде әртүрлі ендірілетін және шығарылатын деректердің сигналдары біріктіріліу мүмкін. Мұндай жүйеде ендіру-шығаруды орындаудың ұтымды әдісі болып, микропроцессор мен ақпарат көзінің (қабылдағыштың) асинхронды басқарушы сигналдардың алмасуы өтеді.

Микропрцессордың жұмысын үзу бойынша алмасу тек сыртқы құрылғы ҮЗУГЕ СҰРАУ деген дайындық сигналын тудырғанда, ал МП программаның орындалатын командасымен міндетті әрекетті білдіріп, СҰРАУ ҚАНАҒАТТАНДЫРЫЛДЫ деген жауап сиганалын тудырғанда ғана басталады. Содан кейін микропроцессор үзуді сұрауға қызмет көрсететін қосалқы программаға өтеді, ал ол дерек алмасу командасының ретін сақтайды. Үзудің қосалқы программасы біткеннен кейін, микропроцессор бұрын үзілген программа бойынша жұмыс жасауға қайта оралады. Барлық микроЭЕМ-де деректер программалы басқарылатын беріліс қолданылады. Берілістің бұндай әдісінде арнаулы программа дерек алмасуды басқарады. Деректерді берудің программалы-басқарылмалы үш түрі белгілі: синхронды, асинхронды және программаны үзу арқылы.

Деректерді синхронды беру уақытша қатынас белгілі шеткі құрылғыларға тән. Бердің бұл түрінде ендіру-шығару құрылғысы процессордың белгілі бір командасының орындалу уақытына тең уақыт ішінде деректерді қабылдауға не беруге дайын болуы тиіс. Синхронды беру техникалық және программалық құралдардың аз шығынында жүзеге асады.

Деректерді синхронды беру микроЭЕМ-де кеңінен пайдаланылады, оны кейде «қол алысу» арқылы алмасу деп те атайды. Бұндай беру кезінде ЭЕМ ендіру-шығпру операциясын орындау алдында шеткі құрылғылардың күйін тексереді. Алмасу кезінде: 1) құрылғы күйін тексеру; 2) құрылғының, егер ол алмасуға дайын болса, жұмысын белсенді ету; 3) деректерді беру (шығару не ендіру); 4) құрылғының белсендігін төмендету қажет. Бірінші адымда таңдап алынған құрылғының күйі туралы ақпарат енгізу командасы орындалады. Одан ары құрылғы күйі разрядының ішіндегі мәлімет бойынша шартты ауысуы орындалады. Егер құрылғы бос болмаса, программада оның күйін қайталап тексеру үшін ауысуы жүзеге асырылады, құрылғы дайын болғанда деректерді ендіруге не шығаруға команда береді. Беру аяқталғанда құрылғы бәсеңдейді. Асинхронды беру шеткі құрылғылар мен процессор арасындағы уақытша айырмашылығын үйлестіру мағынасында өте тиімді болып табылады. Оның кемшілігі сол, шеткі құрылғы алмасуға дайын болмаса, процессор оны тасуға мәжбүр. Бұл мироЭЕМ-нің өнімсіз уақыт шығынын кетіруіне мәжбүр етеді, ал көптеген жағдайда бұған рұқсат етуге болмайды. Мысалы, бұл жағдайда басқару процессінде беруді күту уақытында басқару сигналдарының деңгейін сақтау қажет болады. Мұндай қиындықтарды болдырмайтын әдіс программаны үзу арқылы деректерді беру болып табылады.

Программаны үзу арқылы деректерді беру – бұл ендіру-шығару операциясын орындау үшін микроЭЕМ программасын үзу арқылы орындалатын деректер алмасуының түрі. Алмасудың мұндай түрі әрекетті баяу шеткі құрылғылармен және де байланыс каналымен жұмыс істеу кезіндегідей микроЭЕМ деректерін беру беймәлім кезде өте ыңғайлы. Қарастырылып отырған берудің өзіне тән ерекшелігі сол, микрЭЕМ мен шеткі құрылғылардың арасында деректер алмасуды сыртқы құрылғылардың өздері жасайды. Алмасудың аталған түрін жүзеге асыру үшін деректерді асинхронды беру кезінде күту циклін аппаратық құралдармен орындалатын сыртқы үзідің бар-жоқтығын эквивалентті тексеру циклімен айырбастау керек. Әрбір машиналық операцияны орындау кезінде микропроцессор автоматты түрде үзу сигналының бар-жоқтығын тексеріп отырады. Деректерді программаны үзе отырып бергендегі іс-әрекет реті былай орындалады:

1. Шеткі құрылғы процессор атқаратын программаны үзуді талап етеді.

2. Ағымдағы команданы процессор орындап біткеннен соң, процессор үзуге дайындықты білдіретін сигналды береді.

3. Процессор команда санауышының мәліметтерін есте сақтап, үзуді өңдейтін қосалқы программа адресіне өтуді жүзеге асырады.

4. Ішкі регистрлердің (жұмысшы регистрлер мен күй регистрлері) мәліметті есте сақталады және арнаулы программаның басқаруымен деректерді беру орындалады.

5. Негізгі программаның орындалуын жалғастыру үшін кері оралу іске асырылады.

Микропроцессорларда, әдетте жоғарыдағы әрекет ретін жүзеге асырудың екі тәсілі бар: сұраным бар үзу және вектор бойынша үзу.

Сұраным бойынша үзу жағдайында техникалық не программалық құралдардың жәрдемімен шеткі құрылғы үзу сұрауының не сұрап тұрғаны анықталғанға дейін сұралады.

Одан ары МП үзуді қамтамасыз ететін қосалқы программаға өтіп, деректер алмасуын орындайды, құрылғының артықшылығы сұраным ретінде сәйкес анықталады. Вектор бойынша үзу кезінде барлық құрылғылардың алар орны бірдей болады. Бұл жағдайда сұраным талап етілмейді, сол себепті үзу орындалатын уақыт сұранымы бар үзуді орындағанда кететін уақыттан аз болады.

Деректер ауысуының қарастырылған әдістері сыртқы құрылғылар және микропроцессорлар арасында ақпарат алмасуға арналады. Деректер сыртқы құрылғылар мен жад арасында алмасқанда, оларды микропроцессерге жіберудің қажеті жоқ. Әдетте мұндай алмасу ақпарат ағынын жіберуге болады. Егер деректерді жадта (сыртқы құрылғы) оқуды жүзеге асырып, деректерді микропроцессор аккумуляторына орналастырса, содан кейін сыртқы құрылғының (жадтың) регистріне жазса, онда микропроцессордың уақыт шығыны өте көп болады. Жүйеге жадта тікелей араласа алатын контроллерді ендіруге болады, ол беруді басқаруды орындай отырып, бұл қызметтен жүйелік микропроцессорды босатады. Жадқа тікелей кіру ендіру-шығару операциясын орындағанда деректерді беру жылдамдығын айтарлықтай арттырып, сонымен бірге микропроцесордың жабдықтарын пайдалану тиімділігін жоғарылатады. Жадқа тікелей кіру каналын орнату программалық алмасуға балама, олай болса, программалық ақпараттық жабдықтарды теңгерудің жалпы заңдылығы дұрыс. Егер белгілі бір функциялар аппаратты түрде орындалса, онда бұл жайт программалық қамтамасыз етуді оңайлатады, функцияның орындалуына кететін уақыт шығынын олардың программалық жүзеге асыуымен салыстырғанда айтарлықтай кемітеді, бірақ қосымша апаратуралық шығынды қажет етеді. Ал, соңғысы өзіндік құнын, жүйенің габариттік өлшемі мен қуатын арттырады, бірақ беріктігін төмендетеді.

Микропроцессорлық жүйеде микропроцессор мен жадқа тікелей кіру каналының арасындағы біртұтас ақпараттық каналды бөлу мәселесі ақпараттық магистрал жолымен шешіледі. Ақпаратты тікелей кіру каналы бойынша бергенде микропроцессор сигналды басқаратын шығыстық схемаларын жоғары күйге аударып, сол арқылы жүйенің басқа бөлігінен оқшауланады, бұл оның ақпараттық каналының үзілуіне барабар.

Тікелей араласу каналындағы енгізу-шығару операцияларның жүйедегі есептеу процестерінде ықпал ету дәрежесі – осы канал контроллері ақпараттық құралдарының күрделілігімен анықталады. Қарапайым жағдайда контроллер ақпараттық магистрал бойынша дерек беруді басқаруды өзіне алады, ал микропроцессор сұраным каналын қанағаттандыру сиганлын берумен бірге каналда операцияның аяқталуын күту режиміне ауысуы орындалғанда болады. Ақпараттық магистрал шинасымен басқарудың шығыстық каскадтарын жоғары күйге аудару нәтижесінде микропроцессор электрлік әрі ақпараттық тиімді түрде жүйеден ажыратылады. Ішкі регистрлердің күйі «тоқтатылады», яғни күту режимінде микропроцессор өзіне тікелей араласу каналының сұрауымын қанағаттандыру мезетінде туындаған ақпараттық күйді сақтап қалады.

Микропроцессормен параллель қызмет ететін тікелей араласу каналының тексеруін құру ендіру-шығару операциясы кезінде микропроцессорды ажыратпауға мүмкіндік береді. Бірақ ақпараттық магистрал бойынша беру арқылы ендіру-шығару операциясын жүйедегі басқа операциялармен үйлестіру әрі оларды бос магистрал болғанда орындау қажет. Кезекті команда үшін жадпен айналасқаннан кейін микропроцессор оны талдап шешеді, осы уақыт аралығында жадқа шығатын адрес әлі белгісіз болады. Сол себепті тікелей араласу каналы жадқа қатысты циклді қамтып, деректер сөзін ендіру не шығару операциясын орындай алады. Жадқа қатысты қамту цикінің бұл әдісін тікелей араласу контроллері былай жүзеге асылырылады: микропроцессор өз қызметін істеген кезде жүйеде басқа операциялардың өтетінін «білмейді», өйткені олар микропроцессор қызметін ешбір тежемейді. Циклі бар тікелей араласу каналының кемшілігі – микропроцессордың тез әрекеттілігімен оның өнімділігінің шектеулі болатындығы: жад пен сыртқы құрылғылар арасында дерек алмасу команда іріктеу жиілігімен анықталатын жылдамдықпен өтеді.

6.5. Микропроцессорлардың программалық

Амтамасыз етілуі

МикроЭЕМ-де барлық операциялар екілік санау жүйесінде орындалатындықтан, ЕСҚ-на ендірілетін ақпараттық әрбір элементін екілік формада көрсету қажет. Программа командалары да екілік формада болуы тиіс. МикроЭЕМ-нің әр түріне командалардың белгілі бір жүйесіне тән.

Бірақ программаны екілік командаларда жасау қиын да, күрделі жұмыс. Сегіздік кодтаудың екілікке қарағанда біршама артықшы-лықтары бар, барлық айтарлықтай ұзын программа үшін олда тиімсіз. Программист белгілі бір микроЭЕМ-де пайдаланылатын барлық командалардың сегіздік кодтарын жатқа білуі тиіс, ал мұндай командалар жүздеп саналады. Программа жазу, жөндеу және оқу процесін жеңілдету үшін мнемоникалық не символдық код пайдаланылады. Әр команданыжай үщ не төрт әріпті мнемоникалық символдармен өрнектейді. Мнемоникалық символдарды машиналық операциямен байланыстыру біршама шнай, өйткені оларды команда атауын білдіретіндей етіп таңдауға болады. Содан кейін символдық программаны оның екілік баламасына тасымалдайды. Мұны кесте көмегімен команда жүйесіне сәйкес белгілі бір микроЭЕМ үшін қолмен не АССЕМБЛЕР деп аталатын арнаулы машиналық програмамен жасауға болады. Жеке символдарды көрсету үшін программистік екілік кодты пайдалана отырып мнемоникалық команда алфавитін микроЭЕМ жадына ендіре алады. Ассемблер әр мнемоникалық команданы команда тізімімен салыстырып, оны екілік баламамаен алмастырады. Түрлен-дірудің мұндай процесін программалық тарату (трансляция) дейді.

Әр микроЭЕМ өзі үшін ғана дәл анықталған командалар жиынын қабылдап, орындай алады. Команда жасағанда программист осы коман-далар жиынымен шектеледі. Команда саны мен түрі микроЭЕМ-нің мүмкіндігіне және қолданылуына қарай өзгереді.

МикроЭЕМ командаларын әртүрлі белгілері бойынша жіктейді.

Жад ұяшықтарының саны бойынша. Бір команданы орналастыруға қажет жад ұяшықтарының саны бойынша бір, екі және үш сөзді командаға бөлінеді. Ұзындығы екі және үш сөзді командалар іріктеу үшін сәйкес қатысты екі және үш циклді қажет етеді. Ұзындығы үлкен командаларда болады, бірақ олар іс жүзінде қолданылмайды.

Архитектуралық сипаттамасы бойынша. Микропроцессордың архитектуралық сипаттамасы бойынша мынадай командалар жатады: жад ұяшықтағы бар деректерді өзгертетін; аккумулятордағы деректерді өзгертетін; стегі бар операцияны орындайтын; АЛУ-дағы операцияны орындайтын; басқаруды беретін; күй регистріндегі деректі өзгертетін; ендіру-шығару.

Функционалдық белгісі бойынша командалардың ірі үш тобы болады: деректерді беретін, деректерді басқаратын және өңдейтін.

Функционалдық белгісі бойынша жіктеуді пайдалана отырып, микропроцессорда пайдаланатын негізгі командаларды жете қарастырайық. Бұл жағдайда команда орындайтын операцияның мағынасын көрсететін сөздермен белгілейік.

Деректерді беру командалары қайсібір өңдеу операциясын орындамай-ақ ақпаратты жай жіберуді қамтамасыз етеді. Бұл топтың командалары және ендіру-шығару командаларына ажыратылады. Жадқа қатысты командалар нақты регистрдің нөмірін, жад ұяшығының адресін және қажет болса, ЕСҚ модулінің нөмірін көрсетуі тиіс:

- ТИЕУ(ОҚУ), жад ұяшығының біріндегі мәлімет регистрге жіберіледі;

- ЕСТЕ САҚТАУ (ЖАЗУ), регистрдегі мәнімен жад ұяшығына жіберіледі;

Регистрге қатысты командалар ақпарат көзінің нөмері мен нәтиже регистрінің нөмірін көрсетуі тиіс. Бұл қосалқы топқа келесі командалар енеді:

- ЖІБЕРУ,бір регистрдегі мәнімен келесініе жіберіледі;

- ТІКЕЛЕЙ ҚАМТУ, регистрге команда кодында константа жазылады. Бұл команда регистрді 0-ге келтіруі не 1-ге қоюға пайдаланылады. Ендіру-шығару командаларын ендіру-шығару операцияларын дайындайтын командадан кейін,мысалы, ендіру-шығару құрылғысын апарат қабылдау режиміне келтіретін командадан кейін өтеді. Оған мына командалар жатады:

- ЕНДІРУ, ендіру құрылғысының регистріндегі мәнімен микропроцессордың ішкі регистріне жібереді.

Басқару командалары, көбінесе өту командалары деп аталып, сыртқы сигналдардың шамасына не жүйе ішілік жасалған шартқа сәйкес әртүрлі қызметті орындауға мүмкіндік береді. Басқару командалары шартсыз және шартты өту командаларына ажыратылады. Шартсыз өту командаларына мыналар жатады:

- ШАРТСЫЗ ӨТУ (ШЗӨ), программалық санауышқа ШЗӨ командасы адрестік өндірісіндегі мәліметтер жазылады, яғни командада көрсетілген адрес бойынша программаға өту қамтамасыз етіледі;

- ӨТКІЗІП ЖІБЕРУ, программаның келесі командасы өткізіліп жіберіледі;

- ОРАЛЫМЫ БАР ШАРТСЫЗ ӨТУ, программалық санауышқа жаңа мәлімет жазылады, бірақ ШЗӨ командасынан айырмашылығы жадта программалық сануыш пен бірқатар басқа регистрлердегі мәлімет сақталады. ОРАЛУ соңғы командасы бойынша қосалқы программа орындалғанна кейін программалық санауыштың және барлық регистрдің мәліметі қалпына келтіріледі. Шартты өту командалары қайсібір регистр разрядының, жалаушалы триггердің не басқа параметрлердің күйіе тексереді. Тексеру нәтижесінде сәйкес өту орындалама, жоқ па – сол анықталады.

Кейбір тілдерде тапсырмалардың параллель орындалалтын нұсқаулардың нақты әдістері қарастырылады. Басқа тілдерде компилятор параллельдеуге берілетіндерді талдауды әрі айқындауды қарастырады. Мұндай тілдерге Компел тілдері жатады. Программалау тілдерінде ең жақсысы не ең нашары жоқ. Программа тілдерінде әр нақты жағдайда іріктеу, қолданылу мақсатына қарай анықталады.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: