Схемотехника центрального процессора

Схемотехнические решения микропроцессорных систем (МПС) - важнейшая область знаний, без изучения которой не может быть полноценного представления о средствах микропроцессорных систем, и тем более, без освоения которой невозможно использование знаний, ранее приобретенных при изучении архитектуры и программирования МПС (разделы 1-18), на практике - при эксплуатации, ремонте и проектировании конкретных МПС. Это то самое звено в области знаний МПС, добавление которого позволяет курс основ микропроцессорной техники считать полноценным.

При изучении схемотехнических разделов очень важно уяснить, что, не смотря на частный характер применяемых микропроцессорных средств, схемотехнические решения узлов МПС всегда идут от частного к общему.

В начале, на базе компонентов микропроцессорного модуля строится центральный процессор с классической системной шиной (магистралью) типа Multibus или Q-bus (п.1.1), и уже к этой системной магистрали подключаются ПЗУ, ОЗУ и специальные контроллеры, в том числе обслуживающие ввод-вывод.

При этом системная магистраль может быть как полной, так и усеченной - все будет зависеть от конкретных функций, которые должна реализовать та или иная МПС.

Для детального ознакомления с этим вопросом остановим свой выбор на формировании системной шины Multibus. А в качестве основы для синтеза центрального процессора возьмем семейство микропроцессоров фирмы Intersil (ITS) хх80С86, полностью совпадающее, как это уже отмечалось в п.2.1, с архитектурой и составом команд МП х86, но производимое по современным КМОП технологиям. Для этого нам придется вникнуть в некоторые детали синтеза ЦП, которые, на первый взгляд, вроде бы являются частными, но на самом деле - это достаточно общие для всех микропроцессорных систем детали.

Состав микропроцессорного комплекта (МПК) хх80С86 (хх = CP, IP, CS, IS, CD, ID, MD и другие), куда, кроме микропроцессора, входят все микросхемы «обвязки», позволяющие синтезировать центральный процессор, и микросхемы системных контроллеров, на момент издания учебного пособия представлен несколькими фирмами в количестве семейств, превышающих десяток. По существу они отличаются друг от друга только корпусами и деталями технологии, о чем могут сообщать, например, первые буквы обозначения семейств МКП (таблица 1, п.2.1).

Поскольку здесь будет идти речь о схемотехнике, а не о конструкции, то в дальнейшем для простоты все семейства ITS будут идентифицироваться как семейство МПК на базе МП 80С86.

Семейство МПК на базе МП 80С86 минимальной конфигурации приведено в таблице 26, а основные электрические параметры входящих в него БИС (больших интегральных схем) и СИС (средних интегральных схем), кроме серии MD (таблица 1, п.2.1) — в таблице 27.

Таблица 26 - Микропроцессорный комплект семейства МП 80С86

Нагрузочная способность каждого выхода БИС относительно невелика (2,5 мА) и соответствует четырем входам микросхем, выполненным по стандартной ТТЛШ технологии (например, К555, К1555, 74хх). Поэтому для нагруженных МПС практически всегда выходные сигналы БИС необходимо буферизировать с помощью внешних схем (схем «обвязки»), обеспечивающих требуемую нагрузочную способность.