11323

Микропроцессор К1810ВМ86

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Занятие 2 Микропроцессор К1810ВМ86 Учебные методические и воспитательные цели: 1. Изучить особенности построения универсального 16разрядного микропроцессора К1810ВМ86 и принципы адресации его памяти.. 2. Формировать творческое мышление. 3. Прививать любовь к професси

Русский

2013-04-07

110 KB

109 чел.

Занятие 2 Микропроцессор К1810ВМ86

Учебные, методические и воспитательные цели:

1. Изучить особенности построения универсального 16-разрядного микропроцессора К1810ВМ86 и принципы адресации его памяти..

2. Формировать  творческое мышление.

3. Прививать любовь к профессии офицера-связиста.

Время: 2 часа.

План  лекции

п/п

Учебные  вопросы

Время

мин.

1.

2.

3.

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Структура универсального 16-разрядного микропроцес-сора.

2. Система адресации памяти.

3. Программирование микропроцессора.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ  ЧАСТЬ

5

80

20

30

30

5

Материальное обеспечение:

1. Плакат "Структура микропроцессора"..

2. Программное обеспечение,  демонстрационная программа "Микропроцессоры"

Литература:

1. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы.- М.Горячая линия – Телеком, 2000г., с.287-289.

.


ВВОДНАЯ  ЧАСТЬ

На предыдущей лекции были рассмотрены особенности построения и система команд в 8-разрядном однокристальном микропроцессоре К580ИК80. Принципы функционирования, заложенные в данном микропроцессоре, получили свое дальнейшее развитие в МП К1810ВМ86, который появился как результат совершенствования К580. Архитектура МП К580 и К1810 имеет много общего. Преемственность этих МП выражается в программной совместимости снизу вверх, благодаря которой для К1810 можно использовать программное обеспечение К580. В ходе данной лекции будут рассмотрены особенности построения МП К1810.

ОСНОВНАЯ  ЧАСТЬ

1. Структура универсального 16-разрядного микропроцессора

К1810ВМ86, прототипом которого является МП Intel 8086, 16-разрядный однокристальный МП. Кристалл микросхемы размером 5,5х5,5мм содержит около 30 тыс. транзисторов и потребляет 1,7Вт от источника питания +5В. Выпускается в  40-выводном корпусе. Синхронизируется последовательностью прямоугольных импульсов с частотой 5мГц. Основные операции по обработке  данных  выполняются за два, три такта, что обеспечивает быстродействие порядка 1,5·106 оп/с.

МП связан  с памятью и портами ввода-вывода 16-разрядной шиной данных и 20-разрядной шиной адреса, что позволяет иметь память емкостью 1 мбайт = 220= 1048576 байт.

Упрощенная структурная схема МП К1810 (рис.1) содержит три относительно независимые части:

- операционное устройство;

- устройство шинного интерфейса;

- устройство управления.


Операционное устройство
реализует заданные командой операции и содержит:

- арифметическо-логическое устройство (АЛУ);

- группу регистров общего назначения (РОН);

- регистр флагов (Рег. фл.)

АЛУ имеет в своем составе 16-разрядный комбинационный сумматор, с помощью которого выполняются арифметические операции, набор комбинационных схем для выполнения логических операций, схемы для операций сдвигов, а также регистры для временного хранения операндов и результатов.

К АЛУ непосредственно подключается Рег. фл., в котором фиксируются результаты выполнения операций: равенство нулю, переполнение регистров, наличие сигнала переноса и др. Причем каждый разряд предназначен для отображения только одного события. Если в результате выполнения вычислений данное событие произошло, например, равенство результата нулю, то значение данного разряда устанавливается равным единице. В противном случае значение разряда нуль. Значения этих разрядов (флагов) используются для реализации условных переходов, изменяющих ход выполнения программы.

Группа РОН содержит восемь 16-разрядных регистров. Регистр АХ является аккумулятором. Назначение аккумулятора в микропроцессоре подробно рассматривалось в ходе предыдущей лекции. Регистры  ВХ, СХ, DХ используются прежде всего для хранения данных, а остальные четыре для хранения адресов.

Устройство шинного  интерфейса выполняет операции обмена между МП и памятью или портами ввода-вывода по запросам операционного устройства (ОУ). Когда ОУ занято выполнением команды, шинный интерфейс самостоятельно инициирует опережающую выборку кодов очередных команд из памяти. Устройство шинного интерфейса содержит:

- блок сегментных регистров;

- программный счетчик (Пр. счет);

- схему формирования адреса;

- очередь команд;

- буферный регистр (Буф. рег.).

Наличие сегментных регистров обусловлено делением памяти на сегменты объемом по 64 Кбайт и используемым способом формирования адресов. Сегментные регистры хранят начальные адреса сегментов памяти СS - адрес сегмента, в котором содержится программа; DS - адрес сегмента, в котором размещены данные; SS-адрес стекового сегмента.

Программный счетчик или указатель команд хранит относительный адрес или смещение следующей команды относительно начала сегмента, т.е. указывает на следующую по порядку команду. Модификация содержимого программного счетчика осуществляется автоматически с учетом загрузки очереди команд.

Схема формирования адреса осуществляет вычисление 20-разрядного физического адреса из 16-разрядных адресов сегмента и смещения.

Очередь команд представляет собой набор 8-разрядных регистров и исполняет роль регистра команд, в котором хранятся коды, выбранные из программы. Длина очереди составляет 6 байт, что соответствует самому длинному формату команд. Наличие очереди команд, а также способность операционного устройства и шинного интерфейса работать параллельно позволяют совместить во времени фазы выборки команды и выполнения заданной операции.

Буферный регистр обеспечивает временную селекцию выводов микропроцессора. Ранее уже отмечалось, что микропроцессор выпускается в керамическом корпусе с 40 выводами. Простой подсчет показывает, что 40 выводов для такого микропроцессора недостаточно. Чтобы убедиться в этом, достаточно просуммировать числа выводов, необходимые для шины адреса (20), шины данных (16), шины управления (17), выводы для подключения тактового генератора и источника питания. Выходом из такого положения является использование одних и тех же выводов для различных целей. Поэтому 16 из 20 выводов адресной шины используются для передачи данных. Пусть, например, осуществляется операция записи результата некоторого вычисления в память. Для этого в микропроцессоре формируется адрес ячейки памяти, в которую должна осуществится запись. Адрес ячейки считывается со схемы формирования адреса, который поступает на шину адреса, а результат вычислений переносится  из аккумулятора в буферный регистр. Адрес удерживается на ША на время, необходимое для его дешифрации и нахождения в памяти нужной ячейки. В следующий момент времени адрес снимается и из буферного регистра считывается записанное туда число, появляющееся на 16 выводах ША, которое воспринимается теперь как данные и записываются в выбранную ячейку памяти.

Управляющее устройство организует взаимодействие всех элементов микропроцессора в процессе работы, причем управление работой операционного устройства и шинного интерфейса осуществляется одновременно, которые могут работать независимо друг от друга.

2. Система адресации памяти

Как уже было показано в первом вопросе, для совместимости микропроцессоров К580 и К1810 все регистры последнего 16-разрядные. Однако для расширения объема памяти адресная шина имеет 20 разрядов (для сравнения у 8-разрядного МП ША только 16-рназрядная). Для формирования 20-разрядных адресов применяется специальная схема и более сложная система адресации, к рассмотрению которой мы переходим.

Для того чтобы легче было понять систему адресации, применяемую в МП К1810, будем считать, что любая ячейка памяти имеет два типа адресов: физический и логический.

Физический адрес представляется 20-разрядным двоичным числом и однозначно определяет любую из 1Мбайт ячеек памяти. С использованием шестнадцатиричной системы  счисления  адреса всех ячеек лежат в диапазоне от 00000 до FFFFF. Весь обмен информацией между МП и памятью осуществляется с использованием физических адресов.

В программах чаще используют логические адреса, которые позволяют обращаться к командам без знаний места, где эта команда будет размещена в памяти. Логический адрес состоит из двух составных частей: значения адреса сегмента и значения смещения в сегменте. Адрес сегмента и смещения выражаются 16-разрядными числами.

Как только устройство шинного интерфейса обращается к памяти, формируется физический адрес из логического по следующему правилу: значение адреса сегмента смещается на четыре разряда влево (слева приписывается четыре нуля), и полученное 20-разрядное число (с четырьмя нулями в младших четырех разрядах) складывается со значением смещения (рис.2)


Таким образом, адрес сегмента (с четырьмя нулями, добавленными в качестве младших разрядов) задает в памяти сегменты емкостью 64 Кбайт, а значение смещения в сегменте - расстояние от начала сегмента до искомого адреса памяти. Максимально возможное смещение в сегменте равно также  64 Кбайт.

В любой момент времени программа может осуществить доступ к одному из  сегментных регистров: регистру сегментов программы (кодов) - CS, регистру сегмента данных - DS, регистру сегмента значения стека - SS. Содержание каждого из сегментных регистров может быть изменено за счет записи в них 16-разрядных значений чисел. Деление всего адресного пространства (памяти) на сегменты может производиться произвольно по усмотрению программиста, так что сегменты могут пересекаться в адресном пространстве.

В зависимости от команд устройство шинного интерфейса получает информацию о логическом адресе памяти из различных регистров МП. Коды команд всегда извлекаются из памяти по адресу, определяемому содержанием регистра CS и содержимым программного счетчика, где указывается смещение относительно начала текущего кодового сегмента.

3. Программирование микропроцессора

Для выполнения набора определенных операций в память МП заносится программа, называемая машинной или программой на машинном языке.

Смещение

Коды команд

Коды

0100

00111110

0101

00000001

01

0102

11000110

С6

0103

00000010

02

0104

00110010

32

0105

00000111

07

0106

00000001

01

Рассмотрим простейшую программу сложения двух чисел 1 и 2 (табл. 1). При этом будем предполагать, что в рабочем сегменте она располагается со смещения 010016. Для человека очень сложно понять такую программу. Восприятие программы несколько упрощается, когда она представляется в шестнадцатиричном коде, как показано в табл. 1.

Для понимания смысла команды кодовые комбинации заменяются набором букв - мнемоникой. Мнемоника оказывается гораздо проще для запоминания, чем машинные коды. Используя мнемоническое обозначение каждой команды, можно написать программу, которая легко преобразуется в машинные коды с помощью специальной программы - транслятора. Программы, написанные с использованием мнемонических обозначений, называются программами на языке ассемблера.

Та же программа, записанная на языке ассемблера с комментариями, может быть представлена в виде табл. 2

Смещение

Мнемоника

Коментарий

0100

МОV AX,01

Загрузить в аккумулятор число 1

0102

ADD AX,02

Сложить число 2 с содержимым аккумулятора

0104

MOV 0107,AX

Переслать содержимое аккумулятора в ячейку 0107


В таблице выделено три поля: смещение команды в рабочем сегменте, мнемоника и комментарии. Поле мнемоники содержит буквенное сочетание, которое указывает операцию для выполнения, а также содержит информацию о регистрах, данных и адресах, используемых в операциях. Поле комментариев позволяет понять последовательность действий в программе.

МП 8086 имеет достаточно развитую систему команд. Однако для построения простейшей программы модели цифрового автомата с жесткой логикой, которая будет исследоваться в ходе лабораторной работы, можно ограничиться использованием только трех типов команд: пересылки, арифметического сложения и передачи управления.

Команды пересылки имеют мнемонику MOV. После кода команды необходимо указать, куда осуществляется пересылка и откуда. Пусть необходимо содержимое регистра ВХ переслать в регистр АХ. Тогда следует указать:

MOV  AX, BX.

С помощью данной команды можно осуществить загрузку любого регистра общего назначения (в указанный регистр переслать заданное число). Если, например, необходимо записать в регистр ВХ число 20, то следует указать:

MOV  ВХ, 20.

Данная команда позволяет записать число в память или считать его из памяти, если смещение ячейки в сегменте, к которой осуществляется обращение, размещено в регистре ВХ.

MOV  AX, [BX] – переслать содержимое ячейки памяти, смещение которой задано в регистре ВХ, в аккумулятор.

Команды арифметического сложения имеют мнемонику ADD. После кода команды необходимо задать адреса операндов. В простейшем случае операнды могут находиться в РОН, причем первое число – в аккумуляторе АХ. Если второе число находится в регистре DX, то тогда команда на сложение этих чисел будет:

ADD  AX, DX.

Данная команда позволяет увеличить содержимое одного из РОН на некоторое число, которое непосредственно указывается в команде. Пусть необходимо содержимое регистра ВХ увеличить на 2. Тогда команда запишется в виде:

ADD  BX, 2.

Команды передачи управления используются для организации циклов в программе. Наиболее простой и чаще встречаемой является команда безусловного перехода JMP. По этой команде в указатель команд (программный счетчик) заносится число, следующее за кодом команды. Если при выполнении программы встречается команда

JMP  0100,

то содержимое очереди команд обнуляется и следующей будет выполняться команда, записанная по адресу 0100 и далее по порядку.

Для организации циклов используется команда LOOP с указанием адреса. Если записано:

LOOP  0105,

то после декодирования в программный счетчик загружается число 0105 и начинается выполнение команд, расположенных между адресами 0105 и кодом LOOP, причем число повторений цикла определяется содержимым регистра СХ. С каждым повторением цикла содержимое СХ уменьшается на 1. При СХ=0 цикл заканчивается и выполняется команда, следующая за LOOP.

С использованием рассмотренных выше команд разработана программа, моделирующая работу цифрового автомата с жесткой логикой, исследуемого в ходе лабораторной работы. Программа обеспечивает смену кодовых комбинаций в регистре АХ, причем сами комбинации и порядок их


Адрес

Мнемоника

Комментарии

0100

0103

0106

0109

010b

010e

0110

MOV   AX, 0

MOV   BX, 0120

MOV   CX, A

MOV   AX, [BX]

ADD    BX, 2

LOOP  0109

JMP     0103

Обнулить содержимое регистра АХ.

Загрузить в регистр ВХ адрес первого числа.

Загрузить в регистр СХ количество чисел 10 (А).

Переслать в регистр АХ содержимое ячейки памяти, адрес которой записан в регистре ВХ (первое число).

Увеличить содержимое регистра ВХ на 2.

Уменьшить содержимое регистра СХ на 1 и если СХ не равно 0, то перейти к выполнению команды по адресу 0109, если СХ=0, выполнить следующую команду.

Перейти к выполнению команды по адресу 0103.

смены будет определяться исходными данными в соответствии с заданием курсовой работы. Программа модели с комментариями приведена в табл. 3.

Несмотря на то, что язык ассемблера значительно удобнее, чем машинный, на нем все же трудно писать сложные программы. Для упрощения программирования разработаны языки высокого уровня (Бейсик, Паскаль и др.). Они разработаны на английском языке и не зависят от конструкции и типа микропроцессора. Одна команда на языке высокого уровня соответствует 20 - 30 машинным командам. Для перевода языков высокого уровня в машинный используются достаточно сложные трансляторы.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ  ЧАСТЬ

В ходе данной лекции рассмотрены особенности  построения 16-разрядных микропроцессоров, их система адресации, а также рассмотрены особенности разработки программ на ассемблере. В качестве примера рассмотрена программа модели цифрового устройства управления с жесткой логикой. Такая программа будет исследоваться в ходе лабораторной работы, которая будет выполняться в компьютерном классе профотбора.

Задание на самоподготовку

1. Изучит по учебнику особенности построения и функционирования 16-раз-рядного микропроцессора К1810ВМ86 по учебнику …

2. Разработать программу сложения трех чисел (30,40,50)с записью результата в память. Начальное смещение 01АА.

Лекцию разработал доцент кафедры

                                       Б. Степанов

Рецензент заместитель начальника кафедры

полковник                                   А. Романов


ОУ

Рис.1

1

5

2

6

 Очередь команд

16

7

20

ОУ

ШУ

ШД

ША

УШИ

Управляющее устройство (УУ)

 Буф. рег.

Рег. ФЛ

       АЛУ

DX

CX

BX

AX

РОН

Рег.  IP

Схема формирования адресов

SS

ES

DS

CS

0

15

Таблица 2

0

Таблица 1

0

0

15

19

0

0

0

Схема сложения

Адрес сегмента

Смещение

Физический адрес

Рис. 2

Таблица 2

Таблица 2

Таблица 3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

31052. Русское общество и гос-во в 18 веке. Внутр. и внешняя политика 29.98 KB
  В России в XVIII в. При Петре I в России окончательно утвердился абсолютизм Петр был провозглашен императором что означало усиление власти самого царя он стал монархом самодержавным и неограниченным. В России была проведена реформа государственного аппарата – вместо Боярской думы учреждался Сенат в состав которого входили девять сановников ближайших Петру I. В России упразднялась должность патриарха наблюдение за церковью поручалось оберпрокурору Синода.
31053. Революционное движение в России в 19в (причины, особенности, этапы, крупнейшие организации) 37.5 KB
  Революционное движение в России в 19впричины особенности этапы крупнейшие организации В первой четверти 19в зародилась в России революционная идеология носителями которой были декабристы. Познакомившееся с политич движениями Запада во время освободительных походов передовое дворянство понимало что основой отсталости России является крепостное право. Реакционная политика в области просвещения и культуры создание Аракчеевым военных поселений участие России в подавлении революционных событий в Европе добавили уверенности в необходимости...
31054. Консервативные партии 53 KB
  Консервативные партии: Весна 1905г. Программа: основана на триаде Уварова Православие самодержавие народность Сохранение неограниченной власти царя и созыв Земского собора из излюбленных коренных русских людей Сохранение единой и неделимой Руси Неприкосновенность частной помещичьей собственности Сохранение господствующего положения русских Укрепление позиций РПЦ Действовали: боевые черносотенные дружины против революционеров Союз 17 октября Октябрь 1905 – начало организованного оформления партии Февраль 1906г – I...
31055. Эпоха Ивана Грозного. Внутренняя политика(реформы Избранной рады, опричнина, последние годы царствования). Историки о причинах и внутреннем смысле опричнины. Оценка роли эпохи Ивана Грозного в отеч истории 32.5 KB
  Эпоха Ивана Грозного. Оценка роли эпохи Ивана Грозного в отеч истории. В 1547 произошло венчание Ивана4 на царство. После пожара началось самостоятельное правление Ивана4.
31056. Внешняя политика в эпоху Ивана Грозного 29.5 KB
  Покорение Казани стало большим внешнеполитич успехом России. В 1556 была присоединена Астрахань у России оказались также земли Ногайской Орды. Для России Ливония была интересна прежде всего как выход в Балтику. Поводом к войне стала неуплата Ливонией России юрьевой дани в течение 50 лет.
31057. Россия в конце 16-нач18в. Смутное время: причины, содержание, этапы и итоги данной эпохи 40 KB
  Первый этап Смутного времени начался династическим кризисом вызванным убийством царем Иваном IV Грозным своего старшего сына Ивана приходом к власти его брата Федора Ивановича и смертью их младшего сводного брата Дмитрия по убеждению многих зарезанного приспешниками фактического правителя страны Бориса Годунова. В апреле 1605 после неожиданной смерти Бориса Годунова и непризнания его сына Федора царем на сторону Лжедмитрия I перешло и московское боярство. В июне 1605 самозванец почти на год стал царем Дмитрием I. Через два дня царем...
31058. Россия в 17в. – хоз-во, общество, политич строй и гос управление 31 KB
  Все население можно разделить на 2 группы: служилые слоинесли ту или иную форму гос службы и тяглое населениесодержали их платя налоги и исполняя повиности. Бояре занимали высшие гос должности обладали крупными вотчинами и поместьями. Существовало 2 периода в развитии русской госвенности 17в.
31059. Воспалительные поражения (сиалоадениты) слюнных желез 22.43 KB
  Сиалоаденит может быть самостоятельным первичным но чаще является осложнением или существенным проявлением какоголибо другого заболевания вторичный сиалоаденит. По течению выделяют острый и хронический сиалоаденит. По этиологии выделяют вирусный бактериальный грибковый сиалоаденит.
31060. Эпидемический паротит (свинка) 14.68 KB
  Входными воротами являются слизистые оболочки полости рта носа глотки с развитием последующей вирусемии и фиксацией вируса в слюнных и других железах. В слюнных железах вирус размножается и отсюда выделяется со слюной.