ОРГАНИЗАЦИЯ МИКРОСИСТЕМ

1.1. Понятия организации и архитектуры

Под организацией МС понимают состав ее программно-аппаратных средств, связи между ними и их функциональные характеристики. Микросистемы имеют многоуровневую иерархическую организацию со многими составными компонентами на каждом уровне. С нижним уровнем функционального описания МС и ее составляющих связано понятие физической организации МС—ее принципиальная схема. Термин логическая организация относится к более высоким уровням описания МС. Так, логическая организация на уровне аппаратуры—это состав, функциональные связи и характеристики взаимодействия аппаратных модулей в процессе выполнения различных задач, которые обычно называют структурной схемой или структурой. Рассматривая логическую организацию на уровне программного обеспечения (ПО), говорят о вычислительной среде и ее особенностях.

Конечная цель проектирования МС—создание работоспособного и оптимального изделия на базе одного или нескольких МП. Возможность ее достижения определяется в первую очередь выбором рационального соотношения между программными и аппаратными средствами МС. Для этого вводится понятие архитектуры.

Архитектура МС—это функциональные возможности аппаратных средств МС, используемые для представления программ и данных, а также для управления процессом вычислений [29]. Архитектура служит примером вычислительной среды нижнего уровня, связанной непосредственно с аппаратурой МС.

Микросистемам, построенным на основе микропроцессорных комплектов (МПК) младшего поколения, свойственны более простые архитектуры, что было важно для интегральной технологии прошлого десятилетия. Однако вычислительные возможности и быстродействие этих систем, как правило, были низки. Усовершенствование технологических приемов позволило увеличить степень интеграции аппаратуры и перейти к сложным 16-разрядным архитектурам с виртуальной памятью, обеспечивающим параллельную обработку многих задач в реальном масштабе времени [55, 60].

Микросистема состоит из построенного на базе МП центрального процессора (ЦП), основной памяти для хранения программ и данных, а также подсистемы ввода-вывода (ВВ) для связи МС с внешней аппаратурой (рис. 1.1). Задача управления МС возлагается на ЦП, который связан с памятью и подсистемой ВВ через каналы памяти и ВВ соответственно. Центральный процессор считывает из памяти МС команды, которые образуют программу, и декодирует их. В соответствии с результатом декодирования команд он осуществляет выборку данных из памяти МС и портов ввода, обрабатывает их и пересылает обратно в память или порты вывода подсистемы ВВ. Существует также возможность ВВ данных из памяти на внешние устройства и обратно, минуя ЦП. В этом случае обмен данными выполняется через канал прямого доступа к памяти (ПДП) [20, 25, 41], управление которым возлагается на подсистему ВВ. Иногда выделяются средства поддержки режима реального времени, в простейшем случае разделяемые процессором и подсистемой BВ.

Рис. 1.1. Базовая организация микросистем

Каждый уровень организации МС и любая ее составная часть имеют достаточно сложную внутреннюю структуру, детализация которой приводит к появлению различных типов структур и вычислительных сред. В соответствии с используемым в МС принципом программного управления их организация в значительной степени определяется методологией построения больших вычислительных систем. Однако из-за особенностей производства МПК БИС и их применения организация МС приобрела ряд черт, не свойственных большим ЭВМ.