Лекції по МПС

2.1. Загальні поняття про обмін інформацією в МПС.

Найголовніше, що повинен знати розробник мікропроцесорних систем - це принципи організації обміну інформацією по шинах таких систем. Без цього неможливо розробити апаратну частину системи, а без апаратної частини не працюватиме ніяке програмне забезпечення.
За більш ніж 30 років, що пройшли з моменту появи перших мікропроцесорів, були вироблені певні правила обміну, яким слідують і розробники нових мікропроцесорних систем. Правила ці не дуже складні, але твердо знати і неухильно дотримувати їх для успішної роботи необхідно. Як показала практика, принцип організації обміну по шинах набагато важливіший, ніж особливості конкретних мікропроцесорів. Стандартні системні магістралі живуть набагато довше, ніж той або інший процесор. Розробники нових процесорів орієнтуються на вже існуючі стандарти магістралі. Більш того, деякі системи на основі абсолютно різних процесорів використовують одну і ту ж системну магістраль. Тобто магістраль виявляється найголовнішим системним чинником в мікропроцесорних системах.
Обмін інформацією в мікропроцесорних системах відбувається в циклах обміну інформацією. Під циклом обміну інформацією розуміється часовий інтервал, протягом якого відбувається виконання однієї елементарної операції обміну по шині. Наприклад, пересилка коду даних з процесора в пам'ять або ж пересилка коду даних з пристрою вводу/виводу в процесор. В межах одного циклу також може передаватися і декілька кодів даних, навіть цілий масив даних, але це зустрічається рідше.
Цикли обміну інформацією діляться на два основні типи:

Цикл запису (виводу), в якому процесор записує (виводить) інформацію;
Цикл читання (вводу), в якому процесор читає (вводить) інформацію.

В деяких мікропроцесорних системах існує також цикл «читання-модифікація-запис» або ж «ввід-пауза-вивід». В цих циклах процесор спочатку читає інформацію з пам'яті або пристрою вводу/виводу, потім якось перетворює її і знову записує за тією ж адресою. Наприклад, процесор може прочитати код з елемента пам'яті, збільшити його на одиницю і знову записати в цей же елемент пам'яті. Наявність або відсутність даного типу циклу пов'язана з особливостями процесора, що використовується.
Особливе місце займають цикли прямого доступу до пам'яті (якщо режим ПДП в системі передбачений) і цикли запиту і надання переривання (якщо переривання в системі є). Коли надалі мова піде про такі цикли, це буде спеціально обумовлено.
Під час кожного циклу пристрої, що беруть участь в обміні інформацією, передають один одному інформаційні і управляючі сигнали в строго встановленому порядку або, як ще говорять, відповідно до прийнятого протоколу обміну інформацією.
Тривалість циклу обміну може бути постійною або змінною, але вона завжди включає декілька періодів сигналу тактової частоти системи. Тобто навіть в ідеальному випадку частота читання інформації процесором і частота запису інформації виявляються у декілька разів менше тактової частоти системи.

Читання кодів команд з пам'яті системи також проводиться за допомогою циклів читання. Тому у разі одношинної архітектури на системній магістралі чергують цикли читання команд і цикли пересилки (читання і записи) даних, але протоколи обміну залишаються незмінними незалежно від того, що передається - дані або команди. У разі двохшинної архітектури цикли читання команд і запису або читання даних розділяються по різних шинах і можуть виконуватися одночасно.