Сделай Сам Свою Работу на 5

Принципы построения микропроцессорных систем и микро-ЭВМ





Микро-ЭВМ, используемые для автоматизации различных процессов, называют управляющими микро-ЭВМ. Управляющие микро-ЭВМ в большинстве случаев создаются и программируются для решения специальных задач и используются в качестве устройств управления. В соответствии с объемом задач, решаемых при автоматизации, очень разнообразны функции, возложенные на микро-ЭВМ. Управляющая микро-ЭВМ, работающая в составе системы управления, коммутирует и обрабатывает поток информации, поступающий от трех источников: 1) протекающего процесса (данные процесса); 2) обслуживающего персонала (данные управления); 3) вышестоящей диспетчерской или координирующей ЭВМ, например, в иерархической схеме соединений ЭВМ или в многопроцессорной системе (данные связи).

Управляющие микро-ЭВМ имеют две особенности.

1. Для связи с измерительными и исполнительными звеньями технологического процесса требуются специальные аппаратные устройства, которые обеспечивают согласование как видов энергии и уровней мощности, так и функциональных принципов, так как форма сигналов процесса в большинстве случаев аналоговая, а в микро-ЭВМ — цифровая. Эти аппаратные устройства называются периферийными. В управляющих микро-ЭВМ они просты и приспособлены для решения специальных задач.



2. Скорость обработки данных в управляющих микро-ЭВМ должна соответствовать протекающему реальному процессу, чтобы в соответствующие моменты времени выполнить необходимые измерения и контроль, а также выдать переключающие и управляющие команды. Эта обработка данных процесса в реальном времени требует специальной организации аппаратных и программных средств управляющей микро-ЭВМ.

Управляющие микро-ЭВМ и микропроцессорные системы (МПС) применяются в различных устройствах: управляющих устройствах, измерительной аппаратуре, устройствах диагностики и контроля, системах предупредительной сигнализации и оповещения, устройствах обработки сигналов и изображений, регуляторах производственных и технологических процессов и т. д.

Аппаратные средства управляющей микро-ЭВМ состоят из трех подсистем:

1) центрального вычислительного устройства (ЦВУ), являющегося основной частью управляющей ЭВМ;



2) периферийных устройств и устройств сопряжения центрального устройства с «внешним миром»;

3) устройств функционального назначения (электропитания, обеспечения микроклимата).

На рис. 4.1 показана структура центрального вычислительного устройства. Тип и количество подключенных звеньев к ЦВУ зависят от постановки специальной задачи.

Центральное вычислительное устройство предназначено для выполнения функций: хранения информации, обработки информации, связи с «внешним миром» и содержит следующие устройства: центральный процессор (ЦП), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), параллельный и последовательный интерфейсы ввода-вывода, систему прямого доступа к памяти и систему прерываний.

 

Рис. 4.1. Структура центрального вычислительного устройства

управляющей микро-ЭВМ

Центральный процессор содержит арифметическое устройство и устройство управления. В управляющей микро-ЭВМ центральный процессор соответствует микропроцессору. В то же время один центральный процессор может состоять из нескольких микропро­цессоров (многопроцессорная система). Арифметическое устройство выполняет над операндами арифметические и логические операции. Поэтому арифметическое устройство обозначается еще как арифметическое логическое устройство (АЛУ). Устройство управления контролирует по центральному тактовому сигналу выполнение функций, необходимых для работы микро-ЭВМ. Оно получает команды из ОЗУ или ПЗУ, расшифровывает их и выдает соответствующую серию управляющих сигналов (часто последовательно во времени) различным функциональным устройствам.



В микропроцессорах арифметическое и устройство управления объединены в одном конструктивном элементе. Для промежуточного хранения информации, передаваемой в ОЗУ, служат регистры, часто объединенные в блоки. Адресование и доступ к регистрам организованы в различных микропроцессорах по-разному.

Интерфейсы ввода-вывода параллельный и последовательный осуществляют обмен данными между центральным процессором и периферийными устройствами под управлением ЦП. Операции ввода-вывода протекают подобно операциям считывания и записи в ОЗУ.

Система прямого доступа к памяти осуществляет операцию обмена информацией, хранящейся в ОЗУ микро-ЭВМ, с внешними устройствами или другой ЭВМ без участия ЦП.

Система прерываний позволяет обслуживать различные периферийные устройства по их требованию в соответствии с установленной в системе приоритетностью обслуживания.

Центральное устройство управляющей микро-ЭВМ в зависимости от решаемых задач можно реализовать на стандартной микро-ЭВМ; на одноплатной микро-ЭВМ, построенной на стандартном микропроцессорном наборе; на однокристальной микро­ЭВМ. Конкретная реализация центрального устройства зависит от различных параметров (требуемого объема памяти, количества портов ввода-вывода, быстродействия и т. д.).

Оперативное запоминающее устройство содержит: фактические данные, например, числа, операнды, постоянные величины, табличные значения, результаты вычислений, команды выполняемой программы. Оперативная память управляющей микро-ЭВМ состоит из быстродействующих полупроводниковых запоминающих устройств, которые при отключении питания теряют хранимую в них информацию.

Постоянное запоминающее устройство содержит команды программ и данные (константы), не изменяемые в процессе работы системы. Они сохраняются и при отключении электропитания. ОЗУ и ПЗУ управляющей микро-ЭВМ являются запоминающими устройствами с произвольной выборкой, т. е. содержимое каждой ячейки памяти имеет свой адрес. Указание этого адреса делает доступной информацию, хранимую в конкретной ячейке памяти.

Стандартные периферийные устройства выполняют следующие функции: диалог системы с оператором (терминал, дисплей, консоль оператора); документирование (устройство печати); долговременное хранение информации (внешние запоминающие устройства — накопители на дисках, магнитных лентах, перфолентах и перфокартах и т. д.); связь с другими системами и ЭВМ (устройство передачи данных).

Устройства сопряжения с объектом осуществляют связь управляющей микро-ЭВМ с технологическим процессом. Они предназначены для подсоединения измерительных и управляющих органов и состоят из аналоговых, цифровых и импульсных устройств ввода-вывода.

Через системную магистраль осуществляются связи внутри микро­ЭВМ, а через магистраль сопряжения к микро-ЭВМ подсоединяются внешние устройства.

Во время работы управляющая микро-ЭВМ обрабатывает или программу пользователя или организационные задачи. Программы пользователя являются целевыми, отражающими события, происходящие в управляемом технологическом процессе. Именно в процессе выполнения целевых программ управляющая микро-ЭВМ осуществляет взаимодействие с технологическим процессом. Решение организационных задач возлагается на специальные программы, обеспечивающие функционирование и взаимодействие функциональных узлов ЭВМ. Набор таких специальных программ называется операционной системой (ОС).

Задачи операционной системы включают:

- выполнение целевых программ (загрузка, запуск, прерывание и окончание);

- обмен данными с периферийными устройствами (синхронизация работы центрального устройства и устройств ввода-вывода);

- связь с оператором (диалоговый режим работы, сообщение об аварийной ситуации);

- управление зонами ОЗУ и периферийных устройств (запись результатов вычислений на магнитный диск);

- подготовка средств программирования для пользователя (программы обработки данных от преобразователей, программы ввода, программы отладки);

- обнаружение и обработка ошибок (защита данных, контроль и диагностика ошибок при внутренних операциях с данными, контроль отдельных функциональных блоков).

Для управляющих микро-ЭВМ специального назначения требуются ОС с ограниченными функциями, включающими лишь некоторые из перечисленных задач для обеспечения минимальных функций обслуживания системы. Программы ОС подразделяются на управляющие и системные.

Управляющие программы включают блоки прерывания, организации ввода-вывода, связи с оператором, обнаружения ошибок и т. д.; системные программы - обработка данных от преобразователей (для проблемно-ориентированных языков), служебные (контроль программ при вводе, тестирование аппаратуры, включение и выключение устройств), стандартные (кодовые преобразования, арифметические операции, математические стандартные функции). Совокупность оптимального набора управляющих, системных и целевых программ составляет программное обеспечение управляющей ЭВМ.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.