МПТ - сбит материал

ЕМК – структура, основни блокове, шинна организация.
Приложение: за контрол и управление на различни обекти и процеси. Вид Embedded System (вградена МП система със спец. предназначение). Структура на микропроцесорно устройство
Класическа структура (Чарлз Бабидж): включват следните устройства (компоненти):
Централен процесор (аритметично-логическо устройство, АЛУ, Arithmetic Logic Unit) с възможност за работа със специфична система от инструкции. Инструкциите се изпълняват за определено време в зависимост от тактовата честота и спецификата им;
RAM (Random Access Memory) памет - енергозависима;
Управляващо устройство (УУ), Control Unit;
Входно устройство (Input Unit);
Изходно устройство (Output Unit);
УУ RAM АЛУ ВУ ИУ клавиатура
Магистрална (Шинна) организация:
АМ (AB, AL, address bus) – адресна магистрала;
ДМ (DB, DL, data line – магистрала за данни;
УМ - управляваща магистрала

Буфериране на шините (bus buffers);
Блок за управление: управляващо устройство (control unit, CU), ROM за макрокода; стекова памет (STACK), указател на стека (SP, stack pointer), контролер на прекъсванията (IC, interrupt controller);
Блок за обработка на командите: програмен брояч / брояч на командите (PC, program counter), регистър на командния код / код на инструкцията (IR, instruction register), дешифратор на на кода на инструкцията (ID);
Блок за обработка на данните: АЛУ, акумулатор (ACC, accumulator); регистри с общо предназначение (RB, registers block), флагов регистър (CC, code condition)

Памети с последователен достъп. Видове. Параметри.
Паметите биват още: адресни и безадресни.
Безадресни – конкретен механизъм (FIFO, LIFO) или признак (асоциативни)за достъп без конкретен адрес;
FIFO (First-In First-Out) – първи “влязъл” първи излязъл. При първи тях се чете първия бит записана информация. “Кюнец”.

Приложение на FIFO паметите:
При монитори – за четене на информация в процеса на визуализация; - За обработка (трансфер) на “подредена” информация между несинхронизирани шини и устройства:

LIFO (Last-In First-Out) – последен влязъл първи излязъл. При тези памети първи се чете последния записан бит информация. “Кофа”. Приложение: при Stack паметите (бърз достъп до данни).

3.Памети с непосредствен достъп SRAM – блокова схема , шини.
Видове:
RAM (random access memory)  енергозависими, за четене и за запис.
SRAM (static RAM); - биполярни;
CMOS;
BiCMOS
DRAM (dynamic RAM); - MOS
ROM (read-only memory)  енергонезависими, само за четене.
Режими на работа при RAM паметите:
неизбрана;
четене;
запис;
standby (понижена консумация).


Запомняща матрица – на база тригери (SRAM) или други специфични транзисторни структури (DRAM);
Адресни шини: А0...АN+M – адресират 2N ЗК с дължина на думата L.
RAM със сериен адрес (с допълнителен регистър само през 1 АШ).
CS (chip select) – избор на схема (избрана при ниско ниво CS=0);
R/W (read/write) – четене запис (при R/W=0 – запис), още – WE (write enable);

Памети с непосредствен достъп SRAM – режими на работа.
четене от паметта:

запис в паметта:



DRAM памети – блокова схема, шини, режими на работа.


Запомняща среда (матрица от 3К)
Логически схеми за избор на адрес.
Усилватели – за сигнала от 3К - Логика за въвеждане на адресите - Схеми за четене/запис.
Вътрешни броячи за регенерация
Изходна логика

Операции:
Четене( стандартно)
Четене(по страница– Fast Page Mode, FPM)
Запис
Четене-запис(Read-Modify-Write, IBM Corp.)

DRAM памети – методи за регенерация. Режим DMA – предназначение. Необходимост – разреждане на зап.капацитет с времето при необръщане към ЗК – загуба на данни.
Методи за регенерация на DRAM:
пакетна: спира се микропроцесора, регенерира се цялата памет;
периодична: регенерира се 1 ред (дума) от паметта;
принудителна – при липса на обръщение към паметта над минималното време за регенерация – преминава се към пакетна или периодична регенерация;
скрита – в рамките на вътрешния цикъл на обработка на една команда (по време на изпълнението й в АЛУ на микропроцесора).

DMA – direct memory access.
Същност – за достъп на устройството до паметта без да е необходима намесата на процесора. Осъществява обмен на блокове от паметта между две устройства.

Реализира се при персонални компютри: използва отделен DMA контролер или Bus mastering (PCI bus).

Разширение на паметта при памети с непосредствен достъп (разширяване на дължината на думата, увеличаване на обема)









ROM памети : основни типове и приложение.

Общи характеристики:
само за четене (MROM) или за четене и Програмиране по специален начин (PROM, EPROM, EEPROM, Flash);
енергонезависими;
с непосредствен достъп (адресни памети):
същата организация като RAM (pin to pin compatible);
еднакво време за достъп до всеки ЗЕ;  програмирането – по специален начин при  производството им или от потребителя.

Приложение:
За съхранение на програми за работа на микрокомпютъра и стартпрограми в PC (BIOS, монитори и др.);
За съхранение на големи таблици от данни (ТИ, т.нар. look-up tables); 3. За реализация на логически функции (OR, NOR, AND, NAND) – ПЛМ (програмируеми логически матрици).




PROM – структура, програмиране, особености.
Основни характеристики:
Еднократно програмируеми от потребителя (клиента) в лабораторни условия;
Структура – матрична решетка (масив) от “бушони ” (array of fuses) –
NiCr, poly-Si, W връзка с възможност за прегаряне – т.нар. Burning ROM; Процес на програмиране:
чрез устройство – Програматор.  пропуска се ток с Висока стойност, при което се прегаря жичката между АШ и
ШД (липса на връзка) или се оставя
(наличие на връзка). Биполярни (TTL).
Запис – бавен (5 мин.). Високо бързодействие.

програмиране – с ток (за разлика от EPROM);
еднократно програмиране;
биполярни PROM – защитени от радиоактивно въздействие;
високо бързодействие (до 1 ns); - висока консумация.

Памети ЕPROM – блокова схема, режими на работа.
вид ROM, енергонезависима памет (non-volatile memory);
представлява масив от MOS транзистори с плаващ гейт
(floating gate transistors) – т.нар. UVEPROM;
програмиране с по-високо от захр.напрежение Vpp = 12,7 v;
изтриване – чрез облъчване с ултравиолетова UV светлина с определена дължина на вълната (w=253 nm), за определено време
-


Режими на работа:
нормални: неизбрана, четене, standby
изтриване (UV светлина); N.B. Първоначално изтриване - около 20 min - програмиране (запис).

запис (програмиране) –
Отн. бавен х 50 ms,
Адресира се цял байт;

Памети ЕЕPROM – блокова схема, режими на работа.



Режими на работа:

FLASH памети специфика на ЗК. Типове.
Особености:
блоково програмиране/изтриване и индивидуален запис до конкретна ЗК;
изтриване – чрез F-N тунелиране;
програмиране – чрез F-N тунелиране или CHE механизъм.

Опасност при Flash ROM – евентуална промяна в дадена зона (portion disturbance) докато се записва в друга. Липсва селектиращ транзистор (СИ )

Предимство – напълно CMOS технология с допълнителни процеси за FG (до и под 0.18µm) – постигане на висока СИ!

Реализация на структурно ниво:
Boot block (Sector erased) Flash - изтриване на сектори от 4КB до 128KB
(16KB boot block – сигурност!);
Bulk erased Flash - изтрива се целия Flash.
Операциите четене и запис – на принципа на непосредствен побайтов достъп.
Съвременни FLASH архитектури – имат включен КА за автоматизация на WRITE и ERASE операциите.
Първите FLASH-софтуерно управление на операциите.
Общи шини на ЕМК НС11.

XTAL, EXTAL - осигуряват интерфейс с външен ТГ (тактов генератор):
кварцов(XTAL) или CMOS-съвместим(EXTAL) за тактуване на вътрешните схмеи. Честотата на външния генератор е 4 пъти по-висока от вътрешната за ЕМК. При използване на EXTAL , XTAL следва да се оставя свободен.
RESET - двупосочна шина. Вход - за инициализация на МП в начално състояние. Изход - с ОД за индикация на вътрешна грешка при Clock monitor или COP.
Поради невъзможност да се изпълнят правилно инструкции при понижаване на захранването се изисква включване на допълнителна LVI (low-voltage-inhibit) схема за предпазване на EEPROM.
E-Clock (E) - изход от вътрешния ТГ. Честотата в изход Е е 1/4 от тази на шини
XTAL/EXTAL. При E=low се извършва обработка във вътрешните структури на ЕМК, при E=high - постъпване на данни. В режим STOP E-Clock се спира. За намаляване на радиоемисиите изход E се забранява.
IRQ (Заявка за прекъсване, InterruptRequest) - вход за асинхронна заявка за прекъсване към ЕМК. Може да се окаже активиране по заден фронт или по ниво.

(Немаскирано прекъсване, Non-Maskable Interrupt) - вход за немаскирано прекъсване след Reset инициализация. При Reset , бита X в CCR(condition-code-register) се установява в 1 и всяко прекъсване се маскира, докато софтуерно не се разреши.
MODA,MODB (MODA/LIR, MODB/Vstby) - при Reset,MODA и MODB определят 1 от 4-те режима на работа: Single-chip(EMK), Expanded(МП), TEST, BOOT; LIR(load-instruction-register) - след избор на режима осигурява изход ОД като индикация, че изпълнението на инструкцията е започнало; Vstby - използва се за свързване на захранване за RAM в Standby режим
STRA/AS - Strobe A (STRA), Address strobe(AS) - в зависимост от режима на работа: В ЕМК(Single-chip) режим, STRA извършва функцията "input handshake" (strobe input); В МП(Expanded)режим, AS осигурява строб за адреса (adress strobe).
STRB/R/W - Strobe B и Read/Write - извършват или строб по отношение на изхода (output strobe) или индицират посоката на предаване на данни в ШД в зависимост от режима.

Програмен модел на НС11 ( вътрешни регистри)

Акумулатори А и В – 8-битови регистри с общо предназначение. Съхраняват временно операндите (данни) и резултата от изпълнение на предишна операция от АЛУ. За някои инструкции–образуват 16-битов регистър (акумулатор D).
Равнозначност на А и В с изключение на:
инструкции ABX, ABY добавят съдържанието на акумулатор В към индексни регистри X или Y;
инструкции TAP, TPA прехвърлят данни от акумулатор А към регистъра на състоянието и обратно;
Инструкция DAA (Decimal Adjust accumulator A) – след BCD аритметични операции;
Еднопосочност на операциите събиране, изваждане и сравнение.
Индексен регистър IХ - при индексна адресация осигурява 16-битова стойност (базов адрес), която да се добави към 8-битовото отместване от инструкцията за образуване на ефективен адрес (EA).
Допуска изпълнение на операции INX, DEX, CPX.
Може да се ползва като брояч или за съхранение на данни.
Индексен регистър IY - 16-битов. Подобно на IX участва в индексен адресен режим. Повечето инструкции, ползващи IY, изискват допълнителен байт от кодa/цикъл за изпълнение.
PC (програмен брояч) – 16-битов, съдържа абсолютния адрес на следващата команда за изпълнение. След Reset, РС се инициализира с един от 6-те вектора (в зависимост от режима):
CCR (регистър на състоянието). НЕ съдържа данни.Съдържа 8 бита (индикатори, флагове), от които:
5 индикатори на състоянието (C, V, Z, N, H);
2 маскови бита при прекъсване (IRQ, XIRQ); - бит за освобождаване от стоп режим (S).

Организация на адресното пространство( карти на паметта) в различните режимите на работа на НС11.

карти на паметта – различни за 3-те фамилии схеми от серията Е на ЕМК
НС11 (еднакви за режими ЕМК и МП);
различни карти (разпределение на адресното пространство за отделните режими на работа (Bootstrap, Test);
RAM ($0000-$01FF, 512 bt) - от адрес $0000 след Reset, възможна промяна – от регистър INIT (всяка 4K област $x000);
регистров блок ($1000-$103F, 64 bt) – от адрес $1000 след Reset, възможна промяна – от регистър INIT (всяка 4K област $x000);
Приоритет: Регистри RAM  ROM. Презастъпване – спазване на приоритета!

o RAM (SRAM) - за съхранение на инструкции, адреси/данни, променливи, междинни данни. Може да ползва директна адресация (пести ресурси); Съхранение съдържанието на RAM – методи:
Stop mode (SW) – E-clocks се спира, VDD e включено. PFраб (CMOS) 
MODB/VSTBY – батерийно захранване (Reset=low при ниско VDD