Д6. МПЖ архитектурасы. МПЖ негізгі функциясы. Жазуға, оқуға, үзуге және жадқа тікелей қол жеткізу.

Тақырып: Микропроцессорлық жүйелердің (МПЖ) архитектурасы, негізгі функциялары және жадқа қол жеткізу әдістері

 

---

 

 Кіріспе

 

Микропроцессорлық жүйелер (МПЖ) – бұл сандық мәліметтерді өңдеу, басқару және сақтау үшін қолданылатын құрылғылар мен бағдарламалық қамтамасыз етуден тұратын электрондық жүйелер. МПЖ негізінде жұмыс істейтін микропроцессорлар барлық мәліметтер өңдеу операцияларын жүзеге асырады және сыртқы құрылғылармен байланыс орнатады. Мұндай жүйелер дербес компьютерлерден бастап өнеркәсіптік және тұрмыстық техникада кеңінен қолданылады.

 

---

 

 МПЖ архитектурасы

 

МПЖ архитектурасы микропроцессор, жады, кіріс-шығыс құрылғылары және байланыс жолдарынан тұрады. Архитектура микропроцессордың барлық компоненттерін бір жүйеге біріктіреді және олардың өзара байланысын қамтамасыз етеді.

 

# 1. Микропроцессор

 

Микропроцессор – МПЖ-ның негізгі есептеу және басқару құрылғысы. Ол барлық деректерді өңдеу операцияларын орындайды және жүйенің барлық элементтерін басқару үшін қажетті сигналдарды генерациялайды.

 

Микропроцессордың негізгі блоктары:

- Арифметикалық-логикалық құрылғы (АЛҚ): Арифметикалық және логикалық операцияларды орындайды.

- Басқару блогы: Микропроцессордың ішкі және сыртқы компоненттерін басқаратын сигналдарды шығарады.

- Регистрлер: Уақытша деректер мен командаларды сақтау үшін қолданылады.

 

# 2. Жады

 

МПЖ архитектурасында жады маңызды орын алады, себебі барлық мәліметтер және бағдарламалық кодтар жадыда сақталады. Жадының екі негізгі түрі бар:

- Тұрақты жады (ROM): Жадының бұл түрі бағдарламаларды және мәліметтерді ұзақ уақыт сақтауға арналған.

- Жедел жады (RAM): Уақытша деректерді сақтау үшін қолданылады. Жүйе өшірілген кезде RAM-дағы мәліметтер жойылады.

 

# 3. Кіріс-шығыс құрылғылары (I/O)

 

МПЖ сыртқы құрылғылармен (мысалы, дисплей, пернетақта, сенсорлар) өзара әрекеттеседі. Кіріс-шығыс құрылғылары деректерді микропроцессорға жіберіп, сыртқы құрылғыларға деректерді береді. Бұл құрылғылар арқылы микропроцессор сыртқы ортадан мәліметтерді алып, оған әсер ете алады.

 

# 4. Байланыс жолдары (шиналар)

 

Байланыс жолдары микропроцессордың барлық компоненттері арасында мәліметтер мен сигналдарды тасымалдау үшін қолданылады. Негізгі үш шина бар:

- Мәліметтер шинасы: Деректерді тасымалдайды.

- Адрес шинасы: Жадының немесе кіріс-шығыс құрылғыларының адресін көрсетеді.

- Басқару шинасы: Басқару сигналдарын тасымалдайды.

 

---

 

 МПЖ негізгі функциялары

 

Микропроцессорлық жүйелердің негізгі функциялары келесі операцияларды қамтиды:

 

1. Деректерді өңдеу: Микропроцессор арифметикалық және логикалық операциялар арқылы мәліметтерді өңдейді.

2. Басқару функциялары: Жүйенің барлық компоненттерін басқару үшін қажетті сигналдарды шығарады.

3. Жадқа қол жеткізу: Жадыға мәліметтерді жазу, оқу және оған тікелей қол жеткізу функцияларын орындайды.

4. Үзу: Кіріс-шығыс құрылғыларының немесе жүйенің басқа бөліктерінің сұранысына жауап беру арқылы үзу операцияларын басқарады.

 

---

 

 Жазуға, оқуға, үзуге және жадқа тікелей қол жеткізу

 

# 1. Жазу операциясы

 

Жазу операциясы кезінде микропроцессор деректерді жадыға немесе кіріс-шығыс құрылғыларына жібереді. Жазу процесі барысында микропроцессор адрес шинасы арқылы мәліметтердің сақталатын адресін көрсетеді және мәліметтер шинасы арқылы қажетті деректерді жібереді. Басқару сигналдары арқылы жадыға немесе кіріс-шығыс құрылғысына деректер жазылады.

 

# 2. Оқу операциясы

 

Оқу операциясы – бұл микропроцессордың жадыдан немесе кіріс-шығыс құрылғысынан мәліметтерді алу процесі. Микропроцессор алдымен адрес шинасы арқылы оқу керек деректердің адресін көрсетеді. Содан кейін жады немесе кіріс-шығыс құрылғысы мәліметтер шинасына қажетті деректерді жібереді, ал микропроцессор оны қабылдайды.

 

# 3. Үзу

 

Үзу – микропроцессордың сыртқы құрылғылардан келетін сигналдарға жауап беру тәсілі. Үзу арқылы микропроцессор сыртқы құрылғылардың сұранысын орындап, оған қайтадан бағдарламаға оралады. Үзу сұраулары бағдарламаның белгілі бір кезеңінде қажетті әрекетті орындауға мүмкіндік береді, мысалы, деректерді енгізу немесе шығару операцияларын өңдеу.

 

Үзу процесі мынадай қадамдардан тұрады:

1. Сыртқы құрылғы үзу сұрауын жібереді.

2. Микропроцессор ағымдағы команданы аяқтап, үзуге жауап береді.

3. Микропроцессор үзуге сәйкес бағдарламаға өтеді (әдетте үзу векторы деп аталады).

4. Үзу бағдарламасын аяқтағаннан кейін микропроцессор негізгі бағдарламаға оралады.

 

# 4. Жадқа тікелей қол жеткізу (DMA)

 

Жадқа тікелей қол жеткізу (Direct Memory Access, DMA) – бұл сыртқы құрылғылардың микропроцессордың қатысуынсыз жадпен тікелей байланысуына мүмкіндік беретін әдіс. DMA арқылы мәліметтерді жылдам тасымалдау жүзеге асады, бұл әсіресе үлкен көлемдегі деректерді беру кезінде тиімді.

 

DMA жұмыс принципі:

1. Сыртқы құрылғы жадқа тікелей қол жеткізуге сұрау жібереді.

2. DMA контроллері микропроцессорды уақытша өшіріп, мәліметтерді жадқа тікелей тасымалдайды.

3. Мәліметтерді тасымалдау аяқталғаннан кейін микропроцессор өз жұмысын жалғастырады.

 

DMA деректерді жылдам өңдеу мен тиімділікті арттыруға мүмкіндік береді, өйткені мәліметтерді микропроцессорсыз тікелей жадқа жіберу уақыты азайтылады.

 

---

 

 Қорытынды

 

Микропроцессорлық жүйелер архитектурасы деректерді өңдеу, жазу, оқу және жадқа тікелей қол жеткізу сияқты негізгі функцияларды қамтамасыз етеді. Үзу және DMA сияқты технологиялар микропроцессорлық жүйелердің тиімділігін арттырып, сыртқы құрылғылармен өзара әрекеттесуін оңайлатады. Осылайша, микропроцессорлық жүйелер деректерді өңдеуді жылдамдатып, күрделі басқару жүйелерін құруға мүмкіндік береді.