Таблица 1

ЛЕКЦИЯ_7

В самом общем виде компьютер, который мы предлагаем вам построить, можно представить в виде структурной схемы, изображенной на рисунке 1. В ней приведены три основных элемента - центральный процессор, память и устройство ввода/вывода. Эти три блока входят в состав любого компьютера.

Рис. 1. Структурная схема микроЭВМ

Центральный процессор - самый сложный элемент. Он представляет собой программно-управляемое устройство, обрабатывающее информацию и осуществляющее обмен ею между основными компонентами ЭВМ. В качестве центрального процессора в нашем компьютере используем большую интегральную схему (БИС) микропроцессора КР580ВМ80А. Выбор наш не случаен. Этот микропроцессор, думаем, еще долгое время будет популярным среди радиолюбителей из-за большого объема программного обеспечения, разработанного под его систему команд. А наличие у него фиксированной и простой системы команд облегчает составление программ даже в машинных кодах. И, наконец, что очень важно, этот микропроцессор уже появился в продаже.
Память микроЭВМ состоит из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), допускающего только считывание хранимой информации, и оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), работающего как в режиме чтения информации из ОЗУ, так и записи в него новых данных. Фактически память - это совокупность однотипных ячеек, в каждой из которых хранится закодированная информация. Единицей измерения ее объема является бит. Для хранения 1 бита достаточно иметь одноразрядную ячейку, в которую может быть записана 0 или 1. Разрядность ячейки памяти микроЭВМ определяется разрядностью шины данных микропроцессора (для микропроцессора КР580ВМ80А составляет 8 бит, или 1 байт).
Каждая ячейка памяти имеет свой номер - адрес. Число непосредственно адресуемых ячеек определяется разрядностью адреса, формируемого микропроцессором. В нашем случае это 16 разрядов, что позволяет иметь максимальный объем адресуемой памяти чуть больше 65 тысяч ячеек.
Устройства ввода/вывода включают в себя клавиатуру, дисплей и другие устройства, например, принтер. Информация между ними и микропроцессором передается через так называемые порты ввода/вывода. К микропроцессору КР580ВМ80А можно подключить в общей сложности 256 таких устройств.
Объем используемой памяти, число устройств ввода/вывода определяют конфигурацию компьютера, его возможности и стоимость. Так что мы вам предлагаем собрать компьютер, который имеет изменяемую конфигурацию. В своем минимальном исполнении, когда используется только процессорный модуль - это простая в изготовлении, дешевая одноплатная микро ЭВМ на доступных микросхемах. Однако, несмотря на минимальный объем ОЗУ и ПЗУ, простейшие клавиатуру и дисплей, наш первый модуль поможет вам не только разобраться в работе микро ЭВМ, но и научиться писать программы. Заметим, что это лишь наш первый этап в освоении компьютерной техники. Изготовив модуль и освоив его программирование, мы будем готовы сделать следующий шаг - расширить конфигурацию нашей микро ЭВМ, добавив дисплейный модуль с полной клавиатурой и квазидиск произвольного объема.
Так, шаг за шагом, от простого к сложному, мы с вами пройдем путь от простейшей микро ЭВМ к настоящему персональному компьютеру с мощным программным обеспечением на основе операционной системы СР/М.

Давайте подробно рассмотрим структурную схему на рисунке 1. Раскроем ее составные части.

Рис. 1. Структурная схема микроЭВМ

Шины - это совокупность проводов, объединенных между собой по функциональному признаку. Восемь проводов образуют шину данных, шестнадцать - шину адреса, пять - шину управления. Такая архитектура позволяет легко наращивать различные периферийные устройства, присоединяя их к персональной ЭВМ.
Блок-схема первого модуля условно разбита на три блока:

блок центрального процессора,
блок памяти,
блок интерфейса.

Такая разбивка его схемы на блоки сделана, исходя из удобства объяснения принципа работы отдельных узлов компьютера. Но, учитывая функциональную законченность каждого блока, вы можете использовать их по своему усмотрению в различных радиолюбительских конструкциях.
В состав блока центрального процессора на рисунке 1 входят микропроцессор и дополнительные элементы, обеспечивающие его работу, - генератор тактовых импульсов, формирователь сигналов шины данных и шины управления (системный контроллер), буфер шины адреса. Блок памяти, как сказано, состоит из ПЗУ и ОЗУ. Блок интерфейса - простейшая клавиатура с семнадцатью кнопками, дисплей на семисегментных индикаторах и схема сопряжения с кассетным магнитофоном.
В компьютере передаваемые сигналы представлены двумя уровнями напряжения - логическими " 0" и " 1". Сигнал, который вызывает выполнение некоторого действия, называют активным. Активное состояние может быть при логической единице либо при логическом нуле. В частности, на шине управления сигналы активны при уровне логического " 0". Таких управляющих сигналов пять:

ЧТЗУ - чтение памяти;
ЗПЗУ - запись в память;
ЧТВВ - чтение порта ввода/вывода;
ЗПВВ - запись в порт ввода/вывода;
ППР - подтверждение прерывания.

Шина управления используется лишь для вывода сигналов управления, то есть она однонаправленная. Основная причина введения активных сигналов низкого уровня (они помечены чертой сверху) состоит в простоте объединения их по ИЛИ. Кроме того, выходной каскад с таким сигналом большую часть времени находится в выключенном состоянии и потребляет меньше энергии от источника питания.
Как и шина управления, шина адреса лишь передает выходные сигналы микропроцессора. Отдельные линии шины адреса имеют обозначение от А0 до А15.
В отличие от шин управления и адреса, шина данных - двунаправленная. Передача данных здесь может производиться как от процессора, так и к процессору. Однако в каждый данный момент времени она осуществляется только в одном направлении. Отдельные линии шины данных обозначаются от D0 до D7.
По шинам компьютера информация передается в двоичном коде. Но его запись кодов требует много места и не всегда удобна. В дальнейшем мы будем пользоваться шестнадцатиричной формой представления кодированных сигналов, то есть системой счисления с основанием 16. В ней используются символы: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, А, В, С, D, Е и F. В таблице 1 приведены примеры представления чисел в двоичной, шестнадцатиричной и десятичной системах счисления.

Таблица 1

Процедура преобразования двоичного числа в шестнадцатиричное проста. Разряды, начиная с младшего, разбиваются на группы по четыре. Каждой группе подбирается соответствующий шестнадцатиричный символ. В частности, диапазон адресов компьютера составляет 0000₁₆ - FFFF₁₆ (в дальнейшем основание системы счисления мы указывать не будем, а в конце каждого кода будем добавлять букву Н, например: адресное пространство компьютера составляет 0000H-FFFFH). Шестнадцатеричная форма записи очень проста, да и воспринимать ее легче, чем двоичную. На дисплее, после соответствующего преобразования в дешифраторе двоичного кода в шестнадцатиричный, будут индицироваться шестнадцатиричные цифры. Ввод же с клавиатуры производится в шестнадцатиричных цифрах, хотя затем код каждой нажатой шестнадцатиричной клавиши будет преобразован дешифратором в двоичный код, подаваемый на шину данных.
На рисунке 1 отсутствует один блок, о котором нельзя не упомянуть, - это блок формирования выборки кодов адреса. Все внешние устройства микроЭВМ могут быть подключены к микропроцессору только при выполнении двух условий: на них должен быть подан управляющий сигнал с шины управления и это устройство должно быть выбрано соответствующим адресом. Формирование сигналов выборки кода адреса (ВК) внешних устройств осуществляется дешифрацией сигналов шины адреса.
В нашем первом модуле применяются два способа ввода/вывода информации. Изолированный - для портов клавиатуры (А0Н) и схемы сопряжения с кассетным магнитофоном (А1H). Отображенный на память для портов дисплея с адресами: 9000Н (порт младшего байта дисплея), 9001Н, 9002Н (порты старших байтов дисплея). Как уже отмечалось, число изолированных портов ввода/вывода не превышает 256, и их адреса изолированы от адресного пространства памяти. В микропроцессоре КР580 имеется две команды: ввода IN и вывода OUT, при выполнении которых данные из адресуемого порта загружаются в микропроцессор (ввод) или, наоборот, из микропроцессора передаются в адресуемый порт (вывод). Ввод/вывод, отображенный на память, характеризуется тем, что процессор обращается к портам как к ячейкам адресного пространства памяти и все команды, содержащие адреса портов, превращаются в команды ввода/вывода. В нашей микроЭВМ использованы оба эти способа.