Принцип магистральности

Обычно систему элементов обозначают графически так, как показано на рис.1а. Это "затеняет" важнейший факт – выходные внешние свойства элементов разные, следовательно, существует граница ("нечто"), на которой происходит согласование свойств (параметров) (см. рис.1б). Преобразование свойств (как функция) выполняется только материальным объектом – промежуточным элементом, который называется блоком сопряжения(БС). Поэтому правильно изображать систему из двух элементов так, как показано на рис.1в.

В общем случае, при создании системы из N-элементов приходится согласовывать в предельном варианте каждую пару элементов, то есть количество блоков сопряжения и связей между ними растет почти экспоненциально от количества элементов, объединяемых в систему. В результате сложность проектирования системы, значения ее технических характеристик (габариты, вес, потребление и др.) значительно возрастают, что неприемлемо при разработке микро-процессорных систем (см. рис.2).

Принцип магистральности - №1 - открытая онлайн библиотека   Рис.1 Принцип магистральности - №2 - открытая онлайн библиотека
Рис.2
Принцип магистральности - №3 - открытая онлайн библиотека
  Рис.3

Выход был найден в такой разработке блоков сопряжения, когда они имеют общую (тождественную по характеристикам) для них связь, что позволяет объединить элементы в систему так, как показано на рис.3. Такая общая группа связей для блоков сопряжения называется магистралью, а способ объединения элементов в систему на ее основе - принципом магистральности. При этом достигается выигрыш в снижении сложности проектирования блоков сопряжения и, как следствие, уменьшении энергопотребления и улучшении массогабаритных показателей. Однако, за это приходится платить быстродействием – каждая пара элементов системы может взаимодействовать друг с другом только поочередно.

Благодаря этому принципу классическое ЭВС выглядит так, как показано на рис.4. Такая структура является общей для всех микропроцессорных систем (то есть является типом), поэтому назовем ее базовой структурой МПС.

Принцип магистральности - №4 - открытая онлайн библиотека

Рис.4

МП - микропроцессор; ГТИ - генератор тактовых импульсов, БНУ - блок началь­ной установки; ОЗУ - оперативное запоминающее устройство; ПЗУ - постоянное запоминающее устройство; БС – блок сопряжения; ВУ - внешнее по отношению к МП (но не к МПС) устройство; ША - шины адреса, ШД - шины данных; ШУ - шины управления.

Программа обработки данных и необходимые константы хранятся в энергонезависимом ПЗУ, а исходные данные и текущие результаты - в быстром (но дорогостоящем) ОЗУ, теряющем их при исчезновении питания. Различного рода перепрограммируемые и полупостоянные ЗУ в данных условиях следует рассматривать как ПЗУ, так как в процессе работы конкретной прог­раммы информация в них не изменяется (за исключением некоторых случаев самообучения, реализуемых электрически репрограммируемыми ПЗУ). Пара "МП - память", по существу, составляет "мозг" МПС. Все ос­тальные элементы предназначены для обеспечения связи с внешним миром.

Магистраль в общем случае можно разделить на три группы шин (единичных физических каналов передачи электрических сигналов – проводников): шины адреса (ША), несущие информацию об адресуемом элементе системы; шины данных (ШД), отвечающие за передачу элементам собственно данных; шины управления (ШУ), синхронизирующие во времени взаимодействие элементов системы и определяющие способ обмена между ними. Конкретная структура соединений между блоками сопряжения (БС ВУi) и внешними устройствами определяется типом межмодульных связей.