Микропроцессоры Лекция 6

СТРУКТУРА ЭЛЕМЕНТАРНОГО МИКРОПРОЦЕССОРА (ЭМП) Основным устройством всех цифровых систем (ЦС) является центральный процессор (ЦП). Роль ЦП ЦС выполняет микропроцессор. Обычно в технологии информационной техники – про­граммную память, – память данных, – интерфейс ввода-вы­вода, – дешифратор адресов выполняют на различных ИС, как это было показано на рис. 4.1.

СТРУКТУРА ЭМП Центральным устройством системы является микропроцессор, который содержит обычно элементы размещения данных, называемые регистрами, и устройство счета, на­зываемое арифметико- логическим устройством (АЛУ). Центральное устройство содержит также цепь декодиро­вания команд и секцию управления и синхронизации. Оно снабжено также необходимыми соединениями с устройст­вом ввода/вывода.

СТРУКТУРА ЭМП Основными функциями центрального устройства ЦС являются следующие: 1) извлечение, декодирование и выполнение команд программы в указанном порядке; 2) передача данных из памяти и в память и из УВВ и в УВВ; 3) ответы на внешние прерывания; 4) установка общей синхронизации и сигналов управле­ния для всей системы.

СТРУКТУРА ЭМП Большинство центральных устройств содержит по мень­ шей мере элементы, схематически представленные на рис. 4.7.

СТРУКТУРА ЭМП Наиболее важные секции содержат различные регистры, АЛУ, дешифратор команд, устройства управления и синхронизации, а также УВВ. В настоящее время большин­ство микропроцессоров содержат множество дополнитель­ных специальных регистров (на рис. 4.7 не показаны).

СТРУКТУРА ЭМП Арифметико-логическое устройство ЦП выполняет та­кие операции, как сложение, сдвиг/перестановка, сравне­ние, инкремент, декремент, отрицание, И, ИЛИ, ИЛИ ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ, дополнение, сброс, инициализация.

СТРУКТУРА ЭМП Если АЛУ должно выполнить операцию сложения посред­ством команды ADD 1, процедура могла бы быть аналогич­ной представленной на рис. 4.8, а. Здесь содержимое ак­кумулятора ОАН складывается с содержимым регистра временного хранения данных 05Н. Сумма OFH помещена в аккумулятор. На рис. 4.8, б приведены основные функциональные элементы типового АЛУ.

СТРУКТУРА ЭМП Оно содержит сумматор и уст­ройство сдвига,

СТРУКТУРА ЭМП а результаты пересылаются в аккумулятор посредством внутренней шины данных. Регистр слова состояния в АЛУ является устройством чрезвычайно важным (его называют иногда регистром флагов или инди­катором) 1. Этот регистр состоит из группы триггеров, ко­торые могут быть: установлены или сброшены исходя: из результатов последней операции, выполненной АЛУ. Широко распространен термин флажковый регистр. Тогда соот­ветствующие триггеры или индикаторы этого регистра называются фла­гами флаг нуля, флаг знака и т. д.

СТРУКТУРА ЭМП Эти триггеры или индикаторы регистра состояния содержат: указатели нуля, отри­цательного результата, переноса и т. д. Индикаторы ис­пользуются для принятия решений, когда вводятся коман­ды ветвлений Аккумулятор обычно используется в ходе большинства операций, выполняемых центральным уст­ройством, например, передачи данных.

СТРУКТУРА ЭМП Устройство управления и синхронизации (см. рис. 4.7) является наиболее сложным в центральном процессоре. Оно влияет на все события и управляет их протеканием внутри центрального устройства и во всей микро-ЭВМ. Мы упоминали в предыдущей главе, что каждая команда про­граммы может быть разделена на этапы извлечения и вы­полнения. Каждый из них в свою очередь может быть раз­делен на элементарные микропрограммы. Микропрограммы каждой команды находятся в секции декодирования и вы­полняются блоком управления и синхронизации централь­ного устройства.

СТРУКТУРА ЭМП Шестнадцатиразрядный регистр, называемый счетчи­ком команд, представлен на рис. 4.7 как элемент, состав­ ляющий часть центрального устройства. Этот регистр слу­жит для хранения адреса следующей команды, чтобы из­влечь ее из памяти. Так как команды выполняются последовательно, счетчик команд считает прямым счетом. Большая часть выпускае­мых микропроцессоров имеет 16- разрядный счетчик ко­манд, который может адресовать 64 К слов памяти посред­ством адресной шины.

СТРУКТУРА ЭМП Нормальная последовательность выполнения команд программы может быть изменена: спе­циальными командами ветвления, вызова подпрограмм, возврата из подпрограмм или прерывания. Эти команды повлекут переход содержимого счетчика команд на дру­гую величину, отличную от следующего старшего адреса. Чтобы вернуть программу в исходное состояние после ее запуска, оператор должен восстановить в счетчике команд номер первой команды программы.

СТРУКТУРА ЭМП Последовательность извлечение-декодирование-выполнение команд является основой функционирования вычис­лительной машины. Первая команда, извлеченная из па­мяти программы, определяет код операции первой коман­ды и помещается в регистр команд устройством управления центральным процессором. Код операции истолковывает­ся дешифратором команд, который указывает затем про­цессору процедуру управления и синхронизации, которой должна следовать программа для выполнения заданной команды.

СТРУКТУРА ЭМП Центральное устройство, показанное на рис. 4.7, явля­ется элементарным. Большая часть центральных устройств МП содержит, по меньшей мере, несколько дополнитель­ных регистров (8 и 16 бит). Существуют очень большие различия в количестве и типе регистров в зависимости от типов МП.