Микропроцессорные системы. Обмен информацией с использованием прямого доступа к памяти

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Южно-Уральский  государственный университет

Факультет: «Заочный инженерно-экономический»

Кафедра: «Системы управления»

 

 

 

Реферат

по  предмету: Микропроцессорные устройства

на тему: Микропроцессорные системы. Обмен информацией с использованием прямого доступа к памяти.

 

Руководитель:

Алешин Е.А.

«___»__________2012 г.

 

Выполнила:

студентка группы

ЗИЭФ – 560

Сайбатулова Г.

«___»__________2012 г.

 

 

 

Аша,

2012 г.

 

Содержание:

Введение

1. Микропроцессорная система.
2. Режим работы микропроцессорной системы:

Прямой доступ к памяти (ПДП, DMA)

Заключение

Библиографический список

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В любой  сфере человеческой деятельности - в науке, технике, производстве - методы и средства вычислительной техники  направлены на повышение производительности труда. В связи с этим уровень  специалистов в существенной мере определяется их подготовкой в следующих направлениях, связанных с применением средств  вычислительной техники:

-управление  технологическими процессами, включая  автоматизированные контроль и  диагностику технических средств;

-использование  ЭВМ для автоматизированного  проектирования, научных исследований, административно-организационного  управления.

Стремительное совершенствование технологии производства интегральных полупроводниковых компонентов, обеспечившее возможность создания высокоэкономичных цифровых устройств  обработки и хранения информации, а также появление эффективных  средств программирования оказывают все более существенное влияние не только на развитие техники измерений и управления, но и на подход к автоматизации вообще. Первые попытки применения цифровых устройств для автоматизации производственных процессов относятся к началу 60-х гг., когда были разработаны первые управляющие вычислительные машины. В 70-х гг. ЭВМ стала обычным элементом оборудования автоматизированных систем.

Дальнейшее  развитие электронной вычислительной техники привело к ее широкому применению в военном деле, как  составной части автоматизированных систем управления войсками и вооружением. Что предопределило повышение требований к квалификации современного инженера, которому необходимо знать основы организации  и функционирования универсальных  и специализированных управляющих  электронных вычислительных машин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Микропроцессорная система.

Микропроцессорная система  может рассматриваться как частный  случай электронной системы, предназначенной  для обработки входных сигналов и выдачи выходных сигналов. В качестве входных и выходных сигналов при этом могут использоваться аналоговые сигналы, одиночные цифровые сигналы, цифровые коды, последовательности цифровых кодов. Внутри системы может производиться хранение, накопление сигналов (или информации), но суть от этого не меняется. Если система цифровая (а микропроцессорные системы относятся к разряду цифровых), то входные аналоговые сигналы преобразуются в последовательности кодов выборок с помощью АЦП, а выходные аналоговые сигналы формируются из последовательности кодов выборок с помощью ЦАП. Обработка и хранение информации производятся в цифровом виде.

Характерная особенность  традиционной цифровой системы состоит  в том, что алгоритмы обработки  и хранения информации в ней жестко связаны со схемотехникой системы. То есть изменение этих алгоритмов возможно только путем изменения  структуры системы, замены электронных  узлов, входящих в систему, и/или  связей между ними. Например, если нам  нужна дополнительная операция суммирования, то необходимо добавить в структуру  системы лишний сумматор. Или если нужна дополнительная функция хранения кода в течение одного такта, то мы должны добавить в структуру еще  один регистр. Естественно, это практически  невозможно сделать в процессе эксплуатации, обязательно нужен новый производственный цикл проектирования, изготовления, отладки  всей системы. Именно поэтому традиционная цифровая система часто называется системой на "жесткой логике".

 
Электронная система.

Любая система на "жесткой  логике" обязательно представляет собой специализированную систему, настроенную исключительно на одну задачу или (реже) на несколько близких, заранее известных задач. Это  имеет свои бесспорные преимущества.

Во-первых, специализированная система (в отличие от универсальной) никогда не имеет аппаратурной избыточности, то есть каждый ее элемент обязательно  работает в полную силу (конечно, если эта система грамотно спроектирована).

Во-вторых, именно специализированная система может обеспечить максимально  высокое быстродействие, так как  скорость выполнения алгоритмов обработки  информации определяется в ней только быстродействием отдельных логических элементов и выбранной схемой путей прохождения информации. А  именно логические элементы всегда обладают максимальным на данный момент быстродействием.

Но в то же время большим  недостатком цифровой системы на "жесткой логике" является то, что для каждой новой задачи ее надо проектировать и изготавливать  заново. Это процесс длительный, дорогостоящий, требующий высокой  квалификации исполнителей. А если решаемая задача вдруг изменяется, то вся аппаратура должна быть полностью  заменена. В нашем быстро меняющемся мире это довольно расточительно.

Путь преодоления этого  недостатка довольно очевиден: надо построить  такую систему, которая могла  бы легко адаптироваться под любую  задачу, перестраиваться с одного алгоритма работы на другой без изменения  аппаратуры. И задавать тот или  иной алгоритм мы тогда могли бы путем ввода в систему некой дополнительной управляющей информации, программы работы системы. Тогда система станет универсальной, или программируемой, не жесткой, а гибкой. Именно это и обеспечивает микропроцессорная система.

 
Программируемая (универсальная) электронная  система.

Но любая универсальность  обязательно приводит к избыточности. Ведь решение максимально трудной  задачи требует гораздо больше средств, чем решение максимально простой  задачи. Поэтому сложность универсальной  системы должна быть такой, чтобы  обеспечивать решение самой трудной  задачи, а при решении простой  задачи система будет работать далеко не в полную силу, будет использовать не все свои ресурсы. И чем проще решаемая задача, тем больше избыточность, и тем менее оправданной становится универсальность. Избыточность ведет к увеличению стоимости системы, снижению ее надежности, увеличению потребляемой мощности.

Кроме того, универсальность, как правило, приводит к существенному  снижению быстродействия. Оптимизировать универсальную систему так, чтобы  каждая новая задача решалась максимально  быстро, попросту невозможно. Общее  правило таково: чем больше универсальность, гибкость, тем меньше быстродействие. Более того, для универсальных  систем не существует таких задач, которые  бы они решали с максимально возможным  быстродействием.

Таким образом, можно сделать  следующий вывод. Системы на "жесткой  логике" хороши там, где решаемая задача не меняется длительное время, где требуется самое высокое  быстродействие, где алгоритмы обработки  информации предельно просты. А универсальные, программируемые системы хороши там, где часто меняются решаемые задачи, где высокое быстродействие не слишком важно, где алгоритмы  обработки информации сложные. То есть любая система хороша на своем  месте.

Однако за последние десятилетия быстродействие универсальных (микропроцессорных ) систем сильно выросло (на несколько порядков). К тому же большой объем выпуска микросхем для этих систем привел к резкому снижению их стоимости. В результате область применения систем на "жесткой логике" резко сузилась. Более того, высокими темпами развиваются сейчас программируемые системы, предназначенные для решения одной задачи или нескольких близких задач. Они удачно совмещают в себе как достоинства систем на "жесткой логике", так и программируемых систем, обеспечивая сочетание достаточно высокого быстродействия и необходимой гибкости. Так что вытеснение "жесткой логики" продолжается.

2. Режим работы микропроцессорной системы:

Прямой доступ к памяти (ПДП, DMA) — это режим, принципиально отличающийся от двух ранее рассмотренных режимов тем, что обмен по системной шине идет без участия процессора. Внешнее устройство, требующее обслуживания, сигнализирует процессору, что режим ПДП необходим, в ответ на это процессор заканчивает выполнение текущей команды и отключается от всех шин, сигнализируя запросившему устройству, что обмен в режиме ПДП можно начинать.

Операция ПДП сводится к пересылке  информации из устройства ввода/вывода в память или же из памяти в устройство ввода/вывода. Когда пересылка информации будет закончена, процессор вновь возвращается к прерванной программе, продолжая ее с той точки, где его прервали (рис. 1.13). Это похоже на режим обслуживания прерываний, но в данном случае процессор не участвует в обмене. Как и в случае прерываний, реакция на внешнее событие при ПДП существенно медленнее, чем при программном режиме.

Понятно, что в этом случае требуется  введение в систему дополнительного  устройства (контроллера ПДП), которое  будет осуществлять полноценный  обмен по системной магистрали без  всякого участия процессора. Причем процессор предварительно должен сообщить этому контроллеру ПДП, откуда ему  следует брать информацию и/или  куда ее следует помещать. Контроллер ПДП может считаться специализированным процессором, который отличается тем, что сам не участвует в обмене, не принимает в себя информацию и  не выдает ее (рис. 1.14).

 
Рис. 1.13.  Обслуживание ПДП.

 
Рис. 1.14.  Информационные потоки в режиме ПДП.

В принципе контроллер ПДП может  входить в состав устройства ввода/вывода, которому необходим режим ПДП или даже в состав нескольких устройств ввода/вывода. Теоретически обмен с помощью прямого доступа к памяти может обеспечить более высокую скорость передачи информации, чем программный обмен, так как процессор передает данные медленнее, чем специализированный контроллер ПДП. Однако на практике это преимущество реализуется далеко не всегда. Скорость обмена в режиме ПДП обычно ограничена возможностями магистрали. К тому же необходимость программного задания режимов контроллера ПДП может свести на нет выигрыш от более высокой скорости пересылки данных в режиме ПДП. Поэтому режим ПДП применяется редко.

Если в системе уже имеется  самостоятельный контроллер ПДП, то это может в ряде случаев существенно  упростить аппаратуру устройств ввода/вывода, работающих в режиме ПДП. В этом, пожалуй, состоит единственное бесспорное преимущество режима ПДП.

 

 

 

Заключение

Микропроцессорная технология потенциально имеет много назначений: создание персональных электронных партнеров, интеллектуализация (в известном  смысле "оживление") всей техносферы, усиление и защита функций организма с помощью персональных медико-кибернетических устройств, в том числе вживляемых в организм...

В результате эволюции электронной  технологии от "микро" к "нано" и ее слияния с "генной", вероятно, будет достигнуто состояние, при котором станет возможным синтез в массовых количествах любых технических устройств. Однако вряд ли в этом состоит основная цель будущей нанотехнологии. Она, по всей вероятности, сможет синтезировать структуры, способные к эволюции и саморазвитию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

Интернет  ресурсы:

1. http://www.intuit.ru/department/hardware/mpbasics/1/mpbasics_1.html
2. http://всеос.рф/blogs/%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D1%8B-%D0%BE%D0%B1%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%B0-%D0%B8%D0%BD%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%B9-%D0%B2-%D0%BC%D0%BF%D1%81/
3. http://dfe3300.karelia.ru/koi/posob/microcpu/index.html
4. http://online-studies.ru/obmen-informacii-v-rezhime-pryamogo-dostupa-k-pamyati/