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Struktur eines Mikrocomputers
Prinzipieller Aufbau Ein Mikrocomputer hat grundsätzlich die gleichen Eigenschaften, wie eingrößeres DV-System, die von-Neumann-Struktur. Die Besonderheiten sind: - CPU ist in einem Chip integriert (Mikroprozessor)
- Der Arbeitsspeicher zerfällt i.A. bei Steuerungsrechnern in Programmspeicher (ROM, PROM, EPROM,...) und Datenspeicher (RAM)
- Das E/A-Werk besteht aus speziellen E/A-Bausteinen, die als IC zahlreich undpassend für den verwendeten Mikroprozessor-Typ angeboten werden
 Mikroprozessor-Familie: - einfache serielle/parallele E/A-Bausteine,
- DMA-, CRT-, Floppy- und Platten-Controller,
- E/A-Prozessoren,
- Arithmetikprozessoren,
- Timer,
- Speicherverwaltungsbausteine,
- usw.
- Die Verbindung der einzelnen Komponenten erfolgt durch eine Bus-Struktur.(teilweiser Verzicht auf Parallelarbeit einzelner Komponenten).
- Ein einfacher Mikrocomputer besteht aus relativ wenigen, hochintegrierten Bausteinen.
Der System-BusBus = Anzahl von Leitungen, an die mehrere Funktionseinheiten parallel angeschlossen
sind. Der Informationsaustausch zwischen diesen Einheiten erfolgt zeitmultiplex
über den Bus. Zu jedem Zeitpunkt sind immer nur zwei Einheiten (Sender, Empfänger)
miteinander verbunden.
- unidirektionaler Bus: Information geht nur in einer Richtung (i.a. nur 1 Sender)
- bidirektionaler Bus: Informationsaustausch in beiden Richtungen (mehrere Sender)
In Mikroprozessor-Systemen ist (mit Ausnahme des DMA) der Mikroprozessor immer einer
der beiden aktiven Bausteine. Die Bus-Leitungen werden in funktionelle Gruppen gegliedert:
- Adreß-Bus (A-Bus):
unidirektional, 8-32 Leitungen, Auswahl von Speicherzellen, Bausteinen, E/A-Registern
- Daten-Bus (D-Bus):
bidirektional, 8-32 Leitungen, Datentransport zw. Mikroprozessor und Speicher/Peripherie
- Steuer-Bus (Control-Bus, S-Bus):
Unterschiedliche Übertragungsrichtungen - aber jede Leitung für sich unidirektional,
4-20 Leitungen, Steuerung der Zusammenarbeit der einzelnen Baugruppen
Der Bus ist eine ökonomische Verbindung mehrerer Baugruppen. Es sind flexible
Erweiterung und systematische Verschaltung möglich (Backplane, Bus-Platine).
Der Zugang erfolgt über Steckplätze (Slots). Ein Bus ist aber auch
relativ langsam, da keine Parallelarbeit möglich ist und das Fan-Out der
sendenden Komponenten ist begrenzt (u.U. spezielle Pufferbausteine = Bus-Treiber,
Bus-Extender nötig). Es gibt Systeme, bei denen ein Teil des Busses für
verschiedene Funktionen mehrfach genutzt wird Zeitmultiplex-Betrieb
(z. B. 8085: Datenbus/LSB Adressbus)
A-Bus Adreßbus
D-Bus Datenbus
S-Bus Steuerbus (Control-Bus)
RAM Random-Access-Memory (Schreib-Lese-Speicher)
ROM Read-Only-Memory (Festwert-Speicher)
SIO Serial Input Output
PIA Parallel Input Output
Bus-Treiber
Problem bei Bus-Systemen:
Es darf immer nur ein einziger Sender am Bus aktiviert sein - alle anderen Sender
müssen abgeschaltet sein.
Aufgaben des Bus-Treibers:
- An-und Abschalten der angeschlossenen Funktionseinheiten am Bus
- Durchschalten der gewünschten Übertragungsrichtung bei bidirektionalen
Busanschlüssen
- Erhöhung des Fan-Out (Anschlußkapazität) eines Busses
Bustreiber sind heute in der Regel Gatter mit Tri-State-Ausgang: Der dritte Zustand
(Z-State) ist ein hochohmiger Zustand = Trennen des Treibers vom Bus. Die Umschaltung
des Z-State erfolgt mit einem Enable-Steuersignal.
Die Ausgänge des Mikroprozessors und der übrigen Bausteine sind i. a. als
Tri-State-Ausgänge ausgeführt direkter Busanschluß möglich.
Für Funktionseinheiten ohne Tri-State-Ausgänge und als Bus-Extender gibt es
spezielle Treiber-ICs.
Unidirektionaler Treiber (Buffer, Line Driver) z. B. 74244
Bidirektionaler Treiber (Transceiver) z. B. 74245 (8-fach)
Systembeispiel
Aufzugsteuerung mit Mikroprozessor 6802. Auf dem CPU-Chip sind 128 Byte RAM
integriert. Somit wird extern nur noch E/A und ROM benötigt.
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