Кодирование в машинных кодах и на языке ассемблера (с. 269). Система команд (арифметические, логические, команды пересылки, с. 238; 240-247), используемые коды команд и типы операндов. (ПЗ Лин. Прогр-е мат. Операций (Калаб., с. 257; Ветвления на Ассемб. (261-262; Циклы Ассембл (262 266.) (266-274). +ПЗ 1,2,3
Тема 1.2 Структура микропроцессораАльбом л. 31; (1) с. 151-166;
1.2.1 Структура и назначение устройств ЭВМ(Калабеков с. 193-196)
МикроЭВМ(микрокомпъютер)– наиболее полное и универсальное средство обра-ботки информации. Она имеет законченную конструкцию и стандартное программное обеспечение и состоит из МП, устройств памяти ОП, ВП, устройств ввода-вывода, мо-нитора, принтера. Её структурная схема приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Структурная схема микроЭВМ
Оперативная память ОП служит для хранения программы, исходных данных, промежуточных и конечных реультатов решаемых задач.
Арифметико-логическое устройства АЛУ (или операционное устройство) – предназначено для выполнения арифметических и логических операций. Необходи-мые данные выбираются из ОП, результаты операций отсылаются в ОП. Для повыш-ния быстродействия АЛУ обычно снабжается собственным, сверхоперативным запо-минающим устройством СОЗУ, так называемой регистровой памятью.
Устройство управления УУ - посылая в соответствующие моменты времени управляющие сигналы в устройства ЭВМ, обеспечивает их правильное функциони-рование и взаимодействие друг с другом.
АЛУ (ОУ) и УУ объединяют названием процессор, являющийся ядром ЭВМ.
В ЭВМ входят также внешние устройства.
Внешняя память ВП хранит программы, массивы данных. ВП имеет сравнитель-но небольшое быстродействие, но очень высокую ёмкость. При решении сложных за-дач, требующих значительной ёмкости, ОП получает необходимые данные из ВП и отсылает в неё промежуточные результаты. То есть ОП и ВП обмениваются данными.
Монитор (дисплей) – позволяет отображать различную информацию.
Устройство печати (принтер) позволяет выдавать различную документацию.
С помощью устройств ввода и вывода реализуется возможность обмена
информацией данной ЭВМ с другими ЭВМ по линиям связи.
Через пульт управления оператор (пользователь) вводит в ЭВМ данные и команды, необходимые для выполнения разнообразных действий.
Цифровая информация между процессором и внешними устройствами передаётся в параллельном коде по общей шине, в которой подразделяют шины адреса ША, данных ШД, управления ШУ. Общая шина связана с внутренними шинами (ША, ШД, ШУ) микропроцессора через выводы ИМС. Шина – это совокупность проводников с общим функциональным назначением передаваемых по ним сигналов. Шины делаются двунаправленными для уменьшения числа выводов ИМС.
Процессор –это программно-управляемое устройство для обработки цифровой ин-
формации. Процессор состоит из операционного ОУ (АЛУ) и управляющего УУ устройств (рисунок 4.2). В ОУ осуществляются непосредственная обработка данных, в УУ - управление этим процессом.
МикропроцессорМП– процессор, построенный на одной или нескольких больших интегральных схемах БИС. (Первый МП разработан в США в 1971 году).
Рисунок 1.2 – Структурная схема процессора
В состав ОУ входят регистры данных, сумматоры, каналы передачи информации, мультиплексоры для коммутации каналов, шифраторы и дешифраторы (кодеры и декодеры) и т. д. Процесс работы ОУ распадается на ряд элементарных действий:
1) регистры данных устанавливаются в некоторые начальные состояния (например запись в регистр R1 числа 0, обозначаемая R1 0), в них могут помещаться подлежа-щие обработке данные;
3) пересылка содержимого одного узла в другой (например, пересылка содержимого регистра R2 в регистр R1, обозначаемая R1 (R2));
4) сдвиг содержимого узла влево, вправо (например, сдвиг на один разряд влево содержимого регистра R1, обозначаемый R1 СдвЛ(R1));
5) счёт, при котором число в счётчике (регистре) возрастает или убывает на единицу (Сч (Сч ±1));
6) сложение (например, R2 (R2)+(R1));
7) сравнение содержимого регистра с некоторым числом: лог 1 (при выполнении равенства) либо лог. 0 (при невыполнении равенства);
8) логические действия (конъюнкция, дизъюнкция и др.).
Каждое такое элементарное действие , выполняемое в одном из ОУ в течение одного тактового периода (такта) называется микрооперацией МО. В некоторых тактах могут выполняться несколько микроопераций, совокупность которых называется микрокомандой МК, а весь набор микрокоманд, предназначенный для
решения определённой задачи называется микропрограммой МПр.
Очевидно, что если в ОУ исполняются n различных операций, то из УУ выходят n управляющих цепей, каждая из которых соответствует определённой микрооперации.
И если в ОУ необходимо выполнить некоторую микрооперацию МО, достаточно из УУ по соответствующей цепи подать сигнал (например лог. 1). Устройство, опреде-ляющее последовательность выполнения микроопераций, называется микропрограмммным автоматом МПА.
Формирование управляющих сигналов y1…yn (рисунок 4.2) для выполнения микро-команд происходит в зависимости от состояния узлов ОУ, определяемое по сигналам x1…xs, подаваемых с соответствующих выходов ОУ на входы УУ. Управляющие сиг-налы y1…yn могут также зависеть от внешних сигналов x s+1…xL.
Для сокращения числа управляющих цепей, микрокоманды кодируются. Например, в ОУ предусмотрены 20 микроопераций, для каждой из которых предусмотрена своя управляющая цепь и из которых формируется 470 микрокоманд.
Каждая микрокоманда может быть представлена 9-ти разрядным кодом, который необходимо преобразовать в 20-ти разрядную комбинацию для передачи по управ-ляющим цепям. Такое преобразование может осуществляться с помощью программи-руемой логической матрицы ПЛМ, либо с помощью дешифратора и элементов ИЛИ, объединяяющих выходы дешифратора, соответствующие одной микрооперации.
Результаты обработки, выполненной в ОУ, снимаются с выходов z1…zm.
1.2.3 Внутренняя структура микропроцессора (Калабеков с. 235)
Рисунок 1.3 – Структурная схема МП К580 ВМ80А
Шесть восьмиразрядных регистров общего назначения РОНВ, С, D, Е, L, Ниспользуются для временного хранения участвующих в операциях данных, команд и адресов и обеспечивают высокую скорость их приёма и выдачи. При необходимости хранить 16-ти разрядные числа, их объединяют в пары: ВС, DЕ, НL.РОН являются сверхоперативным запоминающим устройством РЗУ.
Аккумуляторпредназначен для обмена данными с внешними устройствами, при выполнении операций он является источником операнда, в него же помещается ре- зультат выполненной операции.
Буферные регистры, регистр команд, буфер данныхпо сигналу от устройства управления подключаются через внутреннюю шину данных к системной шине и считывают данные, после чего отключаются от шин и некоторое время хранят данные. За счёт поочерёдного подключения к шинам можно по малому числу проводников передавать разнообразную информацию.
Указатель стека SR (16-ти разрядный регистр) предназначен для адресации стековой памяти по принципу «последний вошёл – первый вышел».
Счётчик команд РС –16-ти разрядный регистр,предназначен дляхранения адреса команды; после выборки из ОП текущей команды его содержимое увеличивается на единицу и, при отсутствии безусловных и условных переходов, таким образом форми-руется 16-ти разрядный адрес очередной команды.
При выдаче адреса содержимое регистра РС (или пары регистров общего назначе-ния РОН) передаётся в 16-ти разрядный регистр адреса РА, из которого через буфер адреса поступает на 16-ти разрядную шину адреса ША. Из ША адрес может быть принят в оперативную память ОП. При 216 адресов обеспечивается возможность обращения к каждой 8-ми разрядной ячейке ОП, ёмкостью 64К.
В восьмиразрядном арифметико-логическом устройстве АЛУ (ОУ) предусмот-рено выполнение четырёх арифметических и четырёх логических операций, а также четырёх видов циклического сдвига содержимого аккумулятора. Предусмотрена воз-можность выполнения арифметических операций над десятичными числами, пред-ставленными в коде 8421.
Регистр признаков РПсодержит 5 триггеровипредназначен для хранения опре-делённых признаков, выявляемых при выполнении некоторых операций:
триггер переноса Тс - при выполнении арифметических операций устанавливается в состояние, соответствующее переносу из старшего разряда числа, а при выполнении операции сдвига – в состояние, соответствующее содержимому выдвигаемого из аккумулятора разряда;
триггер нуля ТZ- устанавливается в состояние «1», если результат операции АЛУ или операции приращения содержимого регистра равен нулю;
триггер знака TS – устанавливается в состояние, соответствующее значению старше-го разряда результата операции АЛУ или операции приращения содержимого регистра;
триггер чётности TP – устанавливается в состояние «1», если число единиц в разрядах чётное;
триггер дополнительного переноса TV – хранит возникающий при выполнении операции перенос из четвёртого разряда.
Блок управлениясостоит из регистра команд, куда принимается первый байт ко-манды, и устройства управления УУ, формирующего управляющие сигналы, под действием которых выполняются микрооперации в отдельных узлах. УУ содержит уп-
равляющую память, выполненную на ПЛМ, которая хранит микропрограммы отдельных операций. ПЛМ загружена на предприятии, и пользователь не может изме-нить её содержимое.
Буферы данных и адреса обеспечивают связь процессора с внешними шинами данных и адреса. БА и БД выполнены на элементах с тремя состояниями.
0), в них могут помещаться подлежа-щие обработке данные;
