Курс лекций по информатике Микропроцессор

Художественная культура и искусство
Литература и искусство эпохи
Возрождения
(Ренессанса)
Курс лекций по истории искусства
Тибетский буддизм
Традиционная культура Японии
Культура Африки
Культура Византии.
Основные произведения раннего
христианства
Искусство средних веков
Начало Возрождения в Италии
История русской культуры
Древнерусская (российская) культура
Культура Киевской Руси
Особенность зодчества Киевской Руси
Культура Московского государства
Эпоха правления первых Романовых
Эпоха реформ Петра
Теория машин и механизмов
Физика решение задач
Основные законы динамики
Математический анализ
Электротехника и электроника
Соединение фаз звездой
Соединение фаз треугольником
Активная мощность трехфазной системы
Асинхронный электродвигатель
Расчеты электрических цепей
Дифференциальная форма закона Ома
Резонанс напряжений
Сопротивления в цепи переменного тока
Мощность цепи переменного тока
Однофазные выпрямители
Расчет выпрямителя
Короткое замыкание в R-L цепи
Начертательная геометрия
Аксонометрические проекции
Примеры позиционных и метрических задач
Геометрические основы теории теней
Примеры выполнения заданий
контрольной работы
Лекции и задачи по физике
Молекулярная физика и термодинамика
Атомная физика
Решение задач по ядерной физике
Примеры решения задач
Компьютерная  безопасность
Атаки на уровне сетевого
программного обеспечения
Безопасность компьютерной сети
Шифрование в каналах связи
Информационные системы
Технологии программирования
Мультимедийные технологии
Технологии баз данных
Нетрадиционная виды получения
электрической энергии
 

Архитектура микропроцессоров

Под архитектурой МП понимают его логическую организацию, определяемую возможностями МП по аппаратной или программной реализации функций, необходимых для построения микро-ЭВМ или управляющих устройств. Понятие архитектуры отражает структуру МП, способы обращения ко всем доступным элементам структуры, способы представления и форматы данных, набор операций, выполняемых МП, способы указания (адресации) данных, форматы управляющих слов, поступающих в МП извне, характеристики и назначение вырабатываемых МП управляющих сигналов, реакцию МП на внешние сигналы.

Естественно, что архитектура МП сильно зависит от способа управления операциями, т.е. МП с жесткой системой команд сильно отличается по архитектуре от МП с микропрограммированием, и уж тем более от МП с микропрограммированием и наращиванием разрядности. Поэтому сначала рассматривается архитектура МП с жесткой логикой на примере МП серии К580.

Микропроцессор КР580ИК80А

Данный тип МП является типичным представителем МП с жесткой системой команд. С него началось развитие основной линии развития МП и ОЭВМ, его основные характеристики прослеживаются в большинстве современных микроконтроллеров. С другой стороны он достаточно прост для изучения. Структурная схема МП показана на рис. 2.4.

Типичными элементами МП в этой структурной схеме являются: блок регистров общего назначения (РОН) - восьмиразрядных регистров, обозначенных как А, В, С, D ,Е, Н, L ; регистры специального назначения - счетчик команд (PC), указатель стека (SP), регистр флажков ( F регистр), регистры временного хранения (W, Z); 8-ми разрядное АЛУ; схема управления.

Некоторые из РОН могут объединяться в пары, образуя шестнадцатиразрядные регистры - BC, DЕ, НL . Регистры W и Z являются регистрами временного хранения и недоступны программисту.

Результат арифметической или логической операции анализируется, и некоторые ее признаки фиксируются в специальном регистре флажков F (восьмиразрядный регистр, у которого только пять разрядов несут следующую информацию):

Разряд Z устанавливается в "1", если результат операции = 0,

Разряд C  устанавливается в "1", если возникает перенос единицы из старшего разряда аккумулятора (переполнение),

Разряд AC устанавливается в "1", когда существует перенос из младшей тетрады аккумулятора в старшую (восемь разрядов аккумулятора можно разделить на две четырехразрядные тетрады),

Разряд S устанавливается в "1", если знак результата отрицательный (в МП предусмотрена возможность оперировать семиразрядными числами со знаком, причем знаковым является старший разряд 8-разрядного числа - если он равен"1"- то число отрицательное),

Разряд P устанавливается в "1", если в результате число единиц четное.

При не соблюдении вышеназванных условий соответствующие разряды регистра флажков устанавливаются в "0". Затем при выполнении следующей операции каждый разряд регистра флажков можно использовать: для выполнения условного перехода, арифметических операций и т.д.

Счетчик команд - 16-ти разрядный счетчик, в который при начальном запуске МП автоматически записывается 0000. Затем при выполнении каждой операции в него автоматически записывается через инкрементор либо 1, либо 2, либо 3 (в зависимости от типа операции), и информация от счетчика через фиксатор адреса и адресный формирователь поступает на внешнюю шину адреса для выборки соответствующей ячейки памяти. Число ячеек памяти, которое можно адресовать МП составляет 216= 64К (К=1024) байт. (Байтом называется 8-ми разрядное число данных).

 

 

Рис. 2.4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принцип работы МП

МП КР580ИК80А является МП с фиксированным набором команд. Для обеспечения функционирования на МП необходимо подавать двухфазную последовательность тактирующих импульсов уровня МОП (лог."1" соответствует уровню +12В), Ф1 и Ф2 (см. рис. 2.5). Расстояние между двумя передними фронтами соседних импульсов Фi называется тактом работы МП Т. Минимальная длительность такта соответствует 0,5 мкс. Такты нумеруются следующим образом: Т1... Т5 и группируются в так называемые циклы М1,М2... В каждый цикл входит от 3 до 5 тактов. А каждая команда содержит от 1 до 5 циклов. Таким образом, данный МП представляет собой асинхронный тип процессора.

В такте Т1 происходит выдача на ША содержимого счетчика команд, а также выдача на ЩД слова состояния процессора.

 В такте Т2 проверяется состояние входного сигнала "READY" ("Готовность") готовности внешнего устройства к обмену данными с МП. При отсутствии подтверждения готовности к обмену МП переходит к специальному такту ожидания Тw и повторяет его до тех пор, пока не появится сигнал готовности, и затем МП переходит к такту T3.

 

Рис. 2.5. Временная диаграмма работы МПС

В такте T3 из памяти принимается команда и дешифрируется (т.е. в этом такте ШД используется по своему прямому назначению). В такте Т4 команда начинает выполняться. Если команда предполагает обращение к оперативной памяти или устройству ввода-вывода, то требуется еще Т5 ... Т19.

В начале каждого цикла работы МП на ША выдается адрес ячейки памяти, в которой содержится команда (или с которой производится обмен информацией), или адрес требуемого УВВ (в этом случае на ША выдается двукратно повторенный 8-ми разрядный адрес УВВ, таким образом, МП может адресовать до 256 устройств ввода-вывода). Одновременно на ШД выдается так называемое слово состояния процессора, которое запоминается на весь цикл в регистре состояний (PC).

Организация стека в МПС

Стек - специальным образом организованные регистры (или ячейки памяти), в которых хранятся промежуточные результаты вычислений. Отличие стековой организации от обычной заключается в том, что доступ в регистры (или ячейки памяти) открыт только "сверху" стека. На рис. 2.6 показан стек, как говорят, глубиной 8 ячеек. Загрузка стека производится в вершину стека (показано стрелкой). Первый байт помещается в ячейку под номером 1, а нижние ячейки свободны. Затем при поступлении следующего байта, первый продвигается в ячейку 2, а его место занимает второй байт. И заполнение стека происходит подобным образом на всю глубину. В результате первый байт оказывается в самой нижней ячейке, а только что поступивший - в самой верхней. Выборка информации из стека происходит обратным порядком: выбирается самый верхний байт, а все остальные продвигаются вверх на один номер. Самым последним будет извлечен из стека байт  1, который был помещен туда первым. Эта особенность стека делает удобным хранение в нем промежуточных результатов, адресов переходов и т.п.

В МП может использоваться стек, расположенный как внутри МП (правда это встречается достаточно редко), так и во внешней памяти МПС. В МК почти всегда стек располагается во внутренней памяти, так как МК часто работают без внешней памяти. Но принцип записи в стек, указанный выше остается: при очередном обращении к стеку, указатель стека увеличивается или уменьшается на единицу, открывая тем самым доступ к "верхней" ячейке стека.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.6. Объяснение работы стека

На главную