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
 

Организация прерываний

Как уже стало понятным из вышеприведенного материала, одной из основных функций МП является обмен данными между МПС и УВВ. Этот обмен может быть реализован по-разному, в зависимости от вида УВВ и других параметров. Существует 3 основных способа обмена:

·         программный обмен,

·         обмен по прерываниям,

·         обмен по прямому доступу к памяти.

Рассмотрим самый простой способ обмена - программный обмен. Его структурная схема приведена на рис. 2.7.

 

Рис. 2.7. Структурная схема программного обмена

Собственно обмен происходит только по ШД, никаких других линий для этого не нужно. В составе УВВ должны быть 2 регистра - регистр данных (РД), с которым производится обмен, и регистр состояния (РС), который показывает состояние УВВ. В частности в составе этого регистра должен быть какой-либо бит, показывающий готовность УВВ к обмену. Пусть "1" - устройство не готово, а "0" - готово к обмену. Тогда структурная схема программы обмена показана на рис. 2.8.

Как видно из рис. 2.8, если устройство не готово, процессор все время опрашивает РС, не выполняя никакой другой работы. Поэтому основным недостатком этого способа обмена является нерациональное расходование процессорного времени. Достоинство - исключительная простота аппаратурной и программной реализации. Поэтому сфера применения способа - простейшие МПС, не требующие высоких скоростей обмена.

В состав МПС могут входить устройства, информация с которых должна поступать незамедлительно, как только она готова, т.е. устройство не может "ждать" пока МП сам обратиться к нему с предложением об обмене. Таким образом, оно должно сообщить МП о готовности к обмену, а МП должен прервать текущую программу и приступить к обмену. Для этого и существует режим прерывания (рис.2.9).

 

 

 

Рис. 2.8. Структурная схема программного обмена.

 

Рис. 2.9. Структурная схема системы прерываний

Устройство выдает в МП сигнал INT ("Прерывание"), МП прерывает исполнение текущей программы и опрашивает ШД, чтобы узнать какое устройство выдало этот сигнал (подразумевается, что УВВ, которое подало сигнал "Прерывание" уже выдало на ШД специальный 8-ми разрядный код, по которому процессор распознает это устройство). В зависимости от кода на ШД МП переходит к одной из 8-ми подпрограммам обслуживания прерывания, которые помещаются в первых ячейках памяти, а адрес основной программы, с которого было осуществлено прерывание, запоминается в стеке. После окончания обслуживания устройства, из стека извлекается адрес основной программы, с которого она была прервана, и происходит переход на этот адрес основной программы, с которого начинается выполнение прерванной программы. Таким способом можно обеспечить обслуживание до 8-ми устройств, однако при использовании специальной БИС контроллера прерываний число устройств может быть увеличено до 64. Более подробно о режиме прерываний будет рассказано позднее.

Организация ПДП

Режим прямого доступа в память (ПДП) используется для обслуживания быстродействующих внешних устройств, которые должны записывать и считывать из памяти большие массивы информации. Запись и воспроизведение через процессор, как это делается обычно, в этом случае невыгодно по временным соотношениям, поэтом и используется режим ПДП. Специальный контроллер ПДП (в настоящее время выпускается специальная БИС контроллера ПДП) выдает сигнал HOLD ("Блокировка") на МП, означающий готовность осуществить ПДП. По этому сигналу процессор как бы "отключается" от остальной МПС (рис. 2.10). Как видно из рис. 1.5, ШД и ША подключаются к внутренним регистрам МП через буферы, которые имеют не два логических состояния на выходах (как обычно 0 и 1), а три, т.е. добавляется третье состояние, при котором выходы буферов имеют бесконечный входной импеданс и не влияют на внешние устройства, подключенные к ШД и ША. Такой способ снизить нагрузку на шины очень широко используется в микропроцессорной технике. Таким образом, процессор перестает принимать и выдавать данные и адрес, а управление передается контроллеру ПДП (по сигналу HLDA ("подтверждение блокировки") подтверждения перехода в режим ПДП). После окончания обмена данными между устройством и памятью сигнал "Блокировка" снимается, и управление вновь передается МП.

 

Рис. 2.10. Режим ПДП

 

 

 

Форматы данных и команд

Команды на выполнение МП определенных операций хранят в памяти в виде 8-ми разрядных слов в соседних ячейках. Сами данные всегда 8-ми разрядные, причем младший бит обозначается - D0 , а старший - D7 (см. рис. 2.11). Байт данных можно условно разделить на старший полубайт (4 старших разряда) и младший полубайт (4 младших разряда). Каждый полубайт при написании программы представляется шестнадцатеричным числом, так что байт, изображенный на рис. 2.11 можно записать в виде Е716. Диапазон представления чисел таким форматом 0…25510.

Представленный на рис. 2.11 формат данных называется двоичным числом без знака. Это основной формат чисел для данного МП. Однако есть возможность использовать другой формат – двоичное число со знаком. В нем самый старший бит называется знаковым: если D7= 1, то число отрицательное, представленное в дополнительном коде, если D7=0 – то положительное. Остальные семь младших разрядов представляют собой собственно число. Естественно, диапазон представления чисел байтом будет –128…+128.

Команды МП могут быть однобайтовыми (рис. 2.12А), двух байтовыми (рис. 2.12Б), трехбайтовыми (рис. 2.12В). В однобайтовой команде указывается код операции, в котором зашифрованы коды регистров, с которыми работает МП. В двухбайтовых командах байт В1 представляет собой код операция, а байт В2 - данные которые непосредственно загружаются в регистры МП или ячейку памяти. В трехбайтовых командах первый байт представляет собой код команды, а второй и третий байт - информация об адресе перехода (в операциях перехода) или данные, которые записываются в две соседние ячейки памяти (при оперировании с 16-ти разрядными числами).

 

Рис. 2.11. Обозначение байта данных

 

Рис. 2.12. Формат команд в МП

 

 

Форматы команд и способы адресации

Формат данных, которые обрабатывает процессор, зависят от его разрядности. В МП КР580ИК80А данные 8-ми разрядные, в МП К1816ВМ86 - 16-ти разрядные, а для системы, построенной на секционированных процессорах, формат данных зависит от числа каскадно-соединенных БИС МП. Однако всегда первый разряд обозначается D0 , затем D1 - и т.д. Иногда слово данных разделяют на части. Например, восемь разрядов (или байт) данных можно разделить на младший и старший полубайт. Эти 4 разряда удобно в этом случае записывать в шестнадцатеричном виде. Конкретная запись слова данных зависит от вида МП, который используют в МПС.

Формат команд даже в пределах одного МП может изменяться в зависимости от вида команды, способа адресации и т.д. На рис. 2.12 показаны возможные форматы команд для МП КР580ИК80А. Однобайтовая команда содержит как код операции, так и коды РОН, в которые осуществляется пересылка данных. Иногда однобайтовые команды содержат только один код операции (для арифметических и логических операций, операций вызова подпрограмм и возврата из подпрограмм и т.п.). В двухбайтовых командах (рис. 2.12Б) первый байт содержит код операции, а второй содержит конкретную информацию (например, при операции непосредственной загрузки в регистр второй байт содержит данные, которые загружаются). Команды ввода-вывода содержат второй байт - номер устройства. Во втором и третьем байте трехбайтовых команд (рис. 2.12В) могут храниться операнды или адреса переходов. В памяти двухбайтовые и трехбайтовые команды хранятся в соседних ячейках.

Способы адресации. Способы адресации показывают, каким образом используется поле команды для указания адресов и кодов РОН, ячеек памяти и способов пересылки данных.

Прямая адресация. При этом способе адреса операндов указываются непосредственно в теле команды (рис. 2.13). Эти операнды используются в операции, код которой указан в этой же команде. Данный типа адресации наиболее простой и быстрый из всех способов.

Непосредственная адресация. При этом способе операнд непосредственно указывается в команде (рис. 2.15), как правило, во втором байте (при двухбайтовой команде) или во втором и третьем байте (при трехбайтовой команде).

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.13. Прямая адресация в командах

 

 

Рис. 2.14. Непосредственная адресация в командах

Косвенная адресация. При этом для указания адреса операнда используются регистры МП (в МП КР580ВМ80 - например, пара регистров HL). Содержимое этих регистров служит адресом ячейки памяти, в которой находится операнд (рис. 2.15).


 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.16. Косвенная адресация в командах

На главную