Застосування МП дозволило створити новий клас обчислювальної техніки - мікропроцесорні системи, узагальнена логічна структура яких приведена на рисунку 1.
Центральне місце в цій структурі займає мікропроцесор, що виконує арифметичні і логічні операції над даними, здійснює програмне керування процесом обробки інформації, організує взаємодію всіх пристроїв, що входять у систему. Робота МП відбувається під впливом сигналів схеми синхронізації і початкової установки, часто виконуваної у виді окремого кристала.
Показаний на рисунку 1, МП може являти собою або однокристальний МП із фіксованою системою команд, або багатокристальний МП із мікропрограмним керуванням.
Рисунок 1 - Структурна схема мікропроцесорної системи
Представлена на рисунку 1 структура відбиває магістрально-модульний принцип організації мікропроцесорних пристроїв і систем. Окремі блоки є функціонально закінченими модулями зі своїми вбудованими схемами керування, виконаними у виді одного чи декількох кристалів ВІС чи НВІС. Міжмодульні зв'язки та обмін інформацією між модулями здійснюються за допомогою колективних шин (магістралей), до яких мають доступ всі основні модулі системи. У кожен даний момент часу можливий обмін інформацією тільки між двома модулями системи.
Магістральний принцип побудови сполучення модулів (інтерфейс ЕОМ) припускає наявність інформаційно-логічної сумісності модулів, що реалізується шляхом використання єдиних способів представлення інформації, алгоритму керування обміном, форматів команд і способу синхронізації.
Для більшості мікропроцесорів характерна трьохшинна структура, що містить шину адреси (ША), двонаправлену шину даних (ШД) і шину управління (ШУ). Як видно з рисунка 1, типова структура МП-системи припускає наявність загального сполучення для модулів пам'яті (постійних і оперативних запам'ятовуючих пристроїв) і периферійних пристроїв (пристроїв введення-виведення).
Як периферійні пристрої в МП-системах використовуються пристрої введення з перфострічки, дисплеї, магнітофони, гнучкі і тверді магнітні диски, телетайпи, друкувальні пристрої, клавіатура і т.п.
Периферійний пристрій приєднується до шин МП не безпосередньо, а через програмований периферійний адаптер (ППА) чи програмований зв'язковий адаптер (ПЗА), що обслуговують периферійні пристрої відповідно з передачею інформації паралельним чи послідовним кодом. Наявність програмованих адаптерів робить систему введення-виведення інформації в МП-системі дуже гнучкою і функціонально багатою.
Постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП) зберігає системні програми, необхідні для керування процесом обробки. В оперативному запам'ятовуючому пристрої (ОЗП) зберігаються прикладні програми, дані і результати обчислень.
Робота МП синхронізується тактовими сигналами CLK, що надходять на його входи від генератора синхронізації. Схема початкової установки виробляє сигнал RESET (скидання) мікропроцесора на основі аналізу напруги на виході блоку живлення або при примусовій зупинці роботи МПС із її клавіатури.
До складу цих МПС, як правило, входять:
- шинний контролер для сполучення пристроїв із системною шиною по паралельному інтерфейсу;
- адаптер послідовного інтерфейсу для побудови багатопроцесорних систем або сполучення джерел і приймачів сигналів, що не збільшують навантаження на системний інтерфейс;
- спеціалізований процесор арифметичної обробки сигналів (співпроцесор);
- ПЗП команд і констант;
- ОЗП операндів.
Для забезпечення роботи МПС до її системного інтерфейсу можна підключати пристрої спеціалізованої обробки арифметичних алгоритмів, таких як швидке перетворення Фур'є або пристрої обробки аналогових сигналів.
До складу таких пристроїв обробки аналогових сигналів входять:
-аналого-цифрові (АЦП) і цифро-аналогові (ЦАП) перетворювачі, що забезпечують безпосереднє сполучення цифрового пристрою обробки з аналоговими сигналами датчиків і приймачів;
- система пам'яті ПЗП і ОЗП;
- буфери даних, використовувані для тимчасового збереження (буферизації) даних при передачі між пристроями;
- МП, призначений для цифрової обробки аналогових сигналів.
У розглянутих структурах МПС реалізуються три способи організації (обслуговування) передачі інформації:
2) програмно-керуюча передача, ініційована запитом переривання від периферійного пристрою;
3) прямий доступ до пам'яті (ПДП).
При першому способі передача ініціюється самим процесором, а при другому - запитом переривання від периферійного пристрою.
При програмно-керованій передачі даних МП на весь час цієї операції відволікається від виконання основної програми, що веде до зниження продуктивності МП-системи. Крім того, швидкість передачі даних через МП може виявитися недостатньою для роботи з високошвидкісними зовнішніми пристроями.
Прямим доступом до пам'яті називається спосіб обміну даними, що забезпечує автономно від МП установлення зв'язку і передачу даних між ОЗП і зовнішнім пристроєм.
Прямий доступ до пам'яті, підвищуючи граничну швидкість введення-виведення інформації і загальну продуктивність МП-системи, робить її більш пристосованою для роботи в системах реального часу. Прямим доступом до пам'яті керує контролер ПДП, що виконує наступні функції:
- керування ініційованою периферійним пристроєм або процесором передачею даних між ОЗП і ПП;
- задавання розміру блоку даних, що підлягає передачі, і області пам'яті, використовуваної при передачі;
- формування адрес осередків ОЗП, що беруть участь у передачі;
- підрахунок числа байт, переданих через інтерфейс, і визначення моменту завершення заданої операції введення-виведення.
