Проектирование микропроцессорной системы

расширяет область их применения. В дисковые автоматы (jukebox) можно устанавливать от 5 до 150 оптических дисков различных типов, включая WORM и МО-диски.  В  результате  объем сменной внешней памяти увеличивается до нескольких гигабайт, что бывает нужно в сети.

Наконец, существуют флоптические дисководы, в которых сочетаются обе технологии  оптическая и магнитная. Чтение и запись осуществляются здесь магнитным способом, позиционирование же реализуется с помощью оптических средств. При такой технологии повышается емкость диска. Эти устройства могут считывать обычные 1,44-Мбайт гибкие  диски,  а  на  специальных флоптических дисках записывают в 14 раз больше данных, т. е.

21 Мбайт. Со временем  емкость флоптических дисков будет увеличена до 80 Мбайт.

Итак, сменные оптические диски разных типов служат разным целям. Если вы занимаетесь издательской деятельностью или обработкой графической информации и собираетесь заменять устаревшие накопители SyQuest на что-либо более долговечное и надежное, то, возможно, вас заинтересуют З.5-дюймовые магнитооптические дисководы.

 

Что искать

 

3.5-дюймовые  накопители предлагают многие поставщики, но число производителей самих дисководов (механизмов) невелико (среди них  фирмы Chinon, Epson, Fujitsu, Ricoh и Sony). Некоторые производители, например Sony и Ricoh, продают изделия под своей маркой, а такте поставляют их другим компаниям, в частности Focus Enhancements и La Cie, которые собирают дисковые подсистемы, добавляя к ним кабели и источники питания. Дисководы других производителей, скажем, фирмы Epson, поставляются только под торговыми марками реселлеров. В таблице представлены лишь внешние модели, но большинство поставщиков предлагают н встраиваемые устройства.

Мы рассматриваем здесь накопители с интерфейсом SCSI, способные работать на обеих платформах  РС и Macintosh, поскольку многие издательства используют и те и другие машины. В большинстве случаев SCSI-интерфейс позволяет подключаться к любой системе и устанавливать накопители одной модели на все машины в офисе. Однако не забывайте, что  файлы, сохраненные на МО-дисках,  аналогичны  файлам на обычных гибких дисках их переносимость с одной платформы на другую обеспечивается лишь

посредством специальной преобразующей утилиты.

Сегодня уже сформированы стандарты форматов данных для магнитооптических  накопителей. Все перечисленные в таблице дисководы  удовлетворяют стандарту ISO на емкость 128 Мбайт, поэтому  файлы, записанные, например, из дисководе фирмы Ricoh, могут быть считаны с помощью устройства фирмы Pinnacle Micro, Mass Microsystems или любого другого, подключенного к компьютеру, работающему на той же платформе. Фирма MOST (Mass Optical Storage Technologies) выпускает дисководы, использующие односторонние диски объемом 266 Мбайт, однако они не читаются на дисководах, поддерживающих стандарт ISO (128 Мбайт). Если вы собираетесь пользоваться 256-Мбайт накопителем, в вашем распоряжении - устройства, предлагаемые множеством компаний, в числе которых Micro Design International и Ocean Microsystems.

При выборе накопителя необходимо выяснить время доступа - интервал между выдачей запроса и тем моментом, когда устройство считает и выдаст данные. Оно складывается из среднего времени поиска и запаздывания.

Время поиска сростом скорости вращения диска уменьшается. Немаловажно и запаздывание - время, за которое головка чтения/записи попадает на нужный сектор, составляющее приблизительно половину периода оборота диска.

Учтите, что поставщики могут указывать как время поиска, так и время доступа, но не оба эти параметра. Для быстродействующих дисководов обычно указывается время доступа, а для более медленных - поиска. Вам же нужно знать время доступа - только оно полностью характеризует быстродействие дисковода.

На скорость работы магнитооптических дисководов также влияет объем встроенной в них буферной (КЕШ-) памяти. При ее наличии увеличивается быстродействие накопителя. Однако, как и для жестких дисков, очень большой объем буферной памяти не требуется: оптимальный размер для 3.5-дюймовых дисководов - 256 Кбайт.

Следующий важный показатель - скорость передачи данных или, другими словами , скорость, с которой информация считывается и записывается на диск. Ее также называют скоростью непрерывной передачи данных при считывании. Не нужно путать этот показатель с пиковой скоростью - предельной скоростью передачи информации по шине SCSI. Для пользователя последняя не имеет значения, так как не влияет на быстродействие магнитооптических накопителей.

И, конечно же, не забывайте о гарантийном обслуживании этих устройств. Многие производители предусматривают возможность возврата изделия в течение 30 дней, однако важнее иметь продолжительный срок гарантии. Чаще всего гарантия дается на один год, но иногда и на три года.

В заключение отметим, что выбор оптического накопителя со сменным носителем должен быть целенаправленным: необходимо четко представлять себе, для чего он приобретается. Большинство специалистов в области электронного издательского дела выберут перезаписываемые 3.5-дюймовые МО-дисководы, обеспечивающие требуемую вместимость, безопасность и гибкость для хранения и обработки графической информации.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Проектирование аппаратной части  микропроцессорной системы

 

2.1.  Разработка структуры микропроцессорной системы

 

Проектирование новой микро-ЭВМ обычно начинается с описания ее архитектуры, представляющей собой модель микро-ЭВМ с точки зрения программиста. Модель в процессе проектирования преобразуется в структуру микро-ЭВМ, определяющую состав, назначение и взаимные связи необходимых аппаратурных компонентов, реализующих желаемую архитектуру.

В последнее время наибольшее распространение получил  принцип модульной организации вычислительных систем. Среди способов организации связи элементов внутри модулей и между модулями в системе можно выделить два: с помощью произвольных связей, реализующих принцип “каждый с каждым”, и с помощью упорядоченных связей  ( магистральный ), позволяющий минимизировать число связей.

Наиболее распространенной является схема микро-ЭВМ, имеющая две или три общие магистрали, к которым под воздействием устройства управления могут поочередно подключаться входящие в микропроцессор узлы. Такая структура требует ограниченного числа внешних контактов, но обмен информацией между узлами и блоками должен осуществляться в определенной последовательности.

В микро-ЭВМ процессор строится на БИС, образующих базовый МП-комплект. Процессор микро-ЭВМ может быть реализован в виде одной (однокристальный микропроцессор) или нескольких БИС (многокристальный микропроцессор).

Для построения остальных блоков микро-ЭВМ используются специализированные БИС или ИС средней степени интеграции. Основные типы ИС, применяемых в микро-ЭВМ, могут быть отнесены к одной из четырех групп: базовый микропроцессорный комплект (МПК) ИС; ИС запоминающих устройств; ИС устройств ввода-вывода информации в микропроцессор; ИС для связи микро-ЭВМ с объектами управления.

В соответствии с разработкой специализированных ИС для различных блоков микро-ЭВМ структурная схема ее может быть представлена как совокупность функциональных блоков (рис. 1), соединенных между собой в соответствии с требованиями интерфейсов. В приведенной схеме обработку информации осуществляет микропроцессор, синхронизируемый тактовыми импульсами устройства синхронизации. Обмен информацией между микропроцессором и остальными блоками микро-ЭВМ осуществляется по трем магистралям: адресной, данных и управляющей.

 

 

 

 

 

                

Дисплей              Клавиатура  

 

 

 

    ЦП       ЗУ           МИП     

      

 

ç===============================================è

        Системная 

                 шина

 

   МИС   МКН          МСО

 

 

Рис. 1.    Обобщенная структура микропроцессорной системы

 

где    ЦП - центральный процессор на основе микропроцессора;

ЗУ - полупроводниковая память (ОЗУ,ПЗУ);

МИП - модуль интерфейса пользователя;

МКН - модуль контроллеров прерываний и ПДП;

МИС - модуль интерфейса связи;

МСО - модуль связи с объектом;

Системная шина включает в себя три магистрали: адреса, данных и                   управления.

 

 

Магистраль адреса (МА) служит для передачи кода адреса , по которому проводится обращение к устройствам памяти, ввода-вывода и другим внешним устройствам, подключенным к микропроцессору. Обрабатываемая информация  и результаты вычислений  передаются по магистрали данных (МД). Магистраль управления (МУ) передает управляющие сигналы на все блоки микро-ЭВМ, настраивая на нужный режим устройства, участвующие в выполняемой команде.

Использование в микро-ЭВМ трех магистралей обеспечивает высокое быстродействие и упрощает процесс вычислений. Возможно построение микро-ЭВМ с одной или двумя магистралями, по которым последовательно передаются код адреса и обрабатываемая информация, но при этом увеличивается время выполнения команды и усложняется организация обмена между узлами.

 

 

 

 

2.2.  Выбор микропроцессора

 

Одним из основных критериев при выборе МП является  быстродействие. Так как к проектируемой системе не предъявляются высокие требования, то можно выбрать микропроцессор со средним быстродействием. Выберем микропроцессор из МПК серии КР580.

Микропроцессорный комплект серии КР580 является одним из распространенных комплектов БИС, позволяющий создавать эффективные вычислительные устройства, ориентированные на реализацию вычислительных задач и устройств управления. Основу комплекта  составляет    однокристальный   МП    КР580ВМ80. Кроме МП в состав серии КР580 входит большое число БИС, позволяющих относительно просто подключать к МП различные устройства, организовывать быстрый обмен информацией между блоками ЭВМ. Изучение особенностей построения микро-ЭВМ на МПК серии КР580 позволит легко освоиться с работой других аналогичных МПК.

Микропроцессорный комплект  КР580 включает в себя микросхемы:

1. Микропроцессорная БИС. 2. Программируемое устройство ввода-вывода параллельной информации различного формата КР580ВВ55.    

3. Программируемый блок приоритетного прерывания КР580ВН59.        

4. Программируемое устройство прямого доступа к памяти КР580ВТ57.   

5. Интегральный таймер  КР580ВИ53. 6. Универсальный синхронно-асинхронный  программируемый приемопередатчик  КР580ВВ51. 7. Программируемый контроллер  клавиатуры КР580ВВ79. 8. Системный  контроллер КР580ВН28.

Схемы выполнены по n-МОП технологии, входные и выходные сигналы соответствуют уровням работы ТТЛ-схем. Микро-ЭВМ, построенная на базе комплекта, работает с тактовой частотой до 2 МГц. Схемы программируются с помощью фиксированного набора команд МП БИС КР580ВМ80.

Микропроцессорная БИС КР580ВМ80 представляет собой однокристальный 8-разрядный МП с двумя магистралями: однонаправленной 16-разрядной адресной магистралью (МА), двунаправленной 8-разрядной магистралью данных (МД), и 12 сигналами управления ( шесть входных и шесть выходных ). МП применяется в качестве центрального процессора в устройствах обработки данных и управления. Канал адреса обеспечивает прямую адресацию внешней памяти объемом до 65535 байт, 256 устройств ввода и 256 устройств вывода.

Микропроцессорная БИС рассчитана на выполнение логических и арифметических операций  с 8-разрядными числами в двоичной  и десятичной системах счисления, а также операций с двойной разрядностью ( с 16-разрядными числами ).

 

 

 

 

2.3. Проектирование центрального  процессора

 

2.3.1.  Разработка функциональной  схемы центрального процессора

 

Основным элементом модуля центрального процессора является микропроцессор. Однако отдельный микропроцессор не может выполнить возложенные на него функции. МП выполняет команды по машинным циклам, которые в свою очередь выполняются по машинным тактам. Таким образом необходимо устройство, которое генерирует эти такты с определенной частотой. Этим устройством является генератор тактовых импульсов (ГТИ).

Обмен информацией между МП и другими устройствами организуется с помощью трех магистралей: МА, МД и МУ. Ввиду малой нагрузочной способности, а также ограниченного числа выводов МП необходимо использовать дополнительные схемы для организации этих магистралей. Эти функции могут взять на себя буферные схемы, к которым можно отнести также системный контроллер. Он помимо согласующих функций выполняет функцию формирования дополнительных сигналов управления. Таким образом из полученных функциональных блоков можно составить функциональную схему центрального процессора  (рис. 2 ).

 

 

                    ГТИ                                  МП

 

 

 

                                     БС                                  СК

 

 

ç============================================è

         Системная магистраль

 

Рис. 2.    Функциональная схема центрального процессора