22969

Структура і архітектура мікропроцесора КР580ВМ80 (8080)

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Найважливішим елементом у схемі мікропроцесора є мабуть арифметикологічний пристрій АЛП який здійснює обробку інформації. Інформація яка підлягає обробці операнди потрапляє до АЛП з внутрішньої шини даних розрядність якої складає у даного мікропроцесора вісім розрядів. Його можна записати до одного з робочих регістрів РР мікропроцесора: регістрів BCDE.

Украинкский

2013-08-04

2.99 MB

14 чел.

Лекція 3

Структура і  архітектура мікропроцесора

КР580ВМ80 (8080)

Дещо спрощена блок-схема мікропроцесора КР580ВМ80 (у міжнародному позначенні 8080)  зображена на рис. 3.1. Це однокристальний  8 - розрядний мікропроцесор, з якого розпочалася лінія Intel - овських мікропроцесорів.

    Рис.3.1. 

Найважливішим елементом у схемі мікропроцесора є, мабуть, арифметико-логічний пристрій (АЛП), який здійснює обробку інформації. АЛП являє собою складну цифрову комбінаційну схему, яка може здійснювати багато арифметичних та логічних дій. Інформація, яка підлягає обробці (операнди), потрапляє до АЛП з внутрішньої шини даних, розрядність якої складає у даного мікропроцесора вісім розрядів.  Однак ці операнди потрапляють до АЛП не безпосередньо. Перший операнд надходить до АЛП через регістр А (акумулятор) та буферний регістр БР-1, а другий  - через буферний регістр БР- 2.

Потреба у буферних регістрах обумовлена тим, що АЛП не містить у собі елементів памяті. Тому при потраплянні на його вхід вхідних даних результат дії АЛП одразу зявляється на його виході. Отже процедури введення до АЛП вхідних даних і виведення з нього результату повинні бути розділеними у часі: спершу до АЛП підводиться перший операнд, потім другий і лише після цього, коли вхідні операнди вже зняті з внутрішньої шини даних, на неї виводиться результат дії АЛП. Одержаний результат може бути тепер записаний до основної памяті ЕОМ, яка на даному рисунку не зображена.

Однак, якщо одержаний результат має бути використаний у найближчий час, його не варто засилати у основну память. Його можна записати до одного з робочих регістрів (РР) мікропроцесора: регістрів B,C,D,E.H або L, які утворюють внутрішню швидкодіючу память мікропроцесора. Дані записані до РР знаходяться поруч з АЛП і можуть бути швидко викликані  і задіяні без порівняно довгої процедури звернення до основної памяті.

Окрім самого результату АЛП видає ще й відомості про якісний характер цього результату: чи він є позитивним або негативним, чи трапилось переповнення найстаршого розряду при підсумовуванні або чи не відбулась позика з нього при віднімання, тощо. Всі ці відомості передаються до регістра ознак, кожний розряд котрого (наявністю одиниці або нуля) характеризує одержаний результат за одною з перелічених ознак.

Ці відомості вельми важливі, бо у залежності від характеру результату мікропроцесор може обрати передбачену у програмі альтернативу про шлях подальшої обробки інформації. Можливість розгалуження програми та спроможність мікропроцесора “самостійно” обирати шлях своєї подальшої роботи надає йому певну “інтелектуальність” і істотно розширює його можливості що до обробки наданої йому інформації.

Уся робота мікропроцесора спрямовується програмою, яка записана і зберігається в основній памяті. По запиту мікропроцесора на його внутрішню шину даних видається з основної памяті чергова команда - командне слово, яке складається з чотирьох частин:

кода операції,

адреси першого операнда,

адреси другого операнда,

адреси для розташування результату.

Командне слово може бути і коротшим, коли та чи інша адреса мається на увазі за умовчанням.  Так наприклад, якщо дія відбувається лише з одним операндом, командне слово може складатися лише з трьох частин. Якщо ж у операції основна память взагалі не використовується а дія відбувається з операндами, що містяться в акумуляторі та одному з робочих регістрів,  виявляється достатнім сам код операції, у якому міститься вказівка про те, який саме робочий регістр має бути задіяним.

Звернення до основної памяті для одержання чергової команди, даних або для запису одержаного результату здійснюється через регістр шини адреси (регістр ША) та багаторозрядну (на 16 розрядів)  шину адреси. Сигнал, переданий по цій шині, активізує відповідну комірку памяті і підключає її до шини даних, по якій і відбувається читання вмісту задіяної комірки або запис до неї.

Командне слово, що надходить по шині даних, сприймається регістром команд і зберігається у ньому доти, доки дешифратор команд не дешифрує його і не передасть до керуючого пристрою (КП). Цей керуючий пристрій є дуже важливою частиною мікропроцесора, бо він координує і узгоджує роботу всіх його частин. Керуючий пристрій повязаний з усіма функціональними блоками мікропроцесора спеціальними лініями звязку (на рис.3.1 ці лінії не зображені, щоб не затемнювати його). У апаратному відношенні КП являє собою складний ПЗП, котрий у відповідь на дешифровану команду виробляє групу керуючих імпульсів, які він розсилає до усіх блоків мікропроцесора, активізуючи або блокуючи їх. Слід мати на увазі, що хоча кожний функціональний блок, зображений на рис.3.1 начебто приєднаний до внутрішньої шини даних, підключитися до неї він може лише при одержанні відповідного дозволяючого сигналу від керуючого пристрою.

Після того як виконання чергової команд закінчено, лічильник команд (знову ж таки за сигналом від керуючого пристрою)  рееструє номер і адресу виконаної команди і формує запит до основної памяті на наступну команду. Звичайно адреса наступної команди одержується шляхом додавання одиниці до адреси попередньої. Але в окремих випадках така сувора черговість порушується і відбувається стрибок до інших адрес у полі програми. Подібний стрибок може бути заздалегідь закладений у програму (безумовний перехід) або ж відбувається як умовний перехід в залежності від характеру одержаного результату.  При цьому відповідним чином змінюється вміст лічильника команд.

Окрім керування роботою блоків самого мікропроцесора керуючий пристрій організовує ще й взаємодію мікропроцесора з зовнішніми пристроями. Для цього від керуючого пристрою відходять лінії сигналів керування, по яких керуючі сигнали виходять з МП або надходять до нього  від зовнішніх пристроїв. По двох таких лінях надходять сигнали від генератора тактових імпульсів, не зображеного на рис.3.1. З цих тактових імпульсів КП виробляє свої керуючі імпульси, які розсилаються до всіх блоків мікропроцесора. Отже, частота тактових імпульсів задає темп роботи мікропроцесора і усіх повязаних з ним пристроїв.  Для МП-80 мінімальний період тактових імпульсів складає 400-500 нс, що відповідає тактовій частоті 2 - 2,5 МГц.

Інші лінії сигналів керування служать для спілкування  мікропроцесора з зовнішніми пристроями. Цими пристроями можуть бути АЦП, які постачають мікропроцесорові інформацію від аналогових датчиків, пристрої магнітної памяті, дисплеї, принтери, тощо.

По лініях керування циркулюють сигнали, за допомогою яких МП “домовляється” з зовнішніми пристроями про обмін інформацією. Цими сигналами МП і зовнішні пристрої повідомляють один одного про свою готовність (або неготовність) сприймати або видавати інформацію, бажання зовнішнього пристрою вступити у контакт з МП, згоду МП на це, підтвердження  того що МП сприйняв або видав інформацію і багато іншого.

Для обміну інформацією МП і зовнішні пристрої поєднані між собою магістральною шиною даних, до якої внутрішня шина даних підключена через буферний регістр. Цей регістр, у принципі, не обовязковий: внутрішня ШД могла б бути безпосередньо приєднана до магістральної. Але тоді, виставивши дані на магістральну шину доводилося б щоразу чекати, поки МП цю інформацію сприйме. Буферний регістр даних швидко знімає інформацію з магістральної шини і утримує її на внутрішній шині даних доти, доки МП не подасть сигнал підтвердження, що ця інформація ним сприйнята і засвоєна. Після запису у буферний регістр інформація може бути знята з магістральної шини даних. Це розвантажує магістральну шину і дає змогу використовувати її для подальших актів обміну інформацією.

Для цієї ж мети передбаченні і інші внутрішні буферні регістри мікропроцесора: регістр команд, регістр адреси памяті (регістр ША), буферні регістри БР-1 і БР-2.  Сприйнявши і утримуючи інформацію, вони  розвантажують внутрішню шину даних  і дають змогу використовувати її для передачі інших інформаційних сигналів. Це істотно збільшує швидкодію мікропроцесора і всієї мікропроцесорної системи в цілому.

Деякі особливі режими роботи мікропроцесора

Окрім звичайного режиму роботи мікропроцесора, описаного вище, існують деякі особливі режими, за допомогою яких мікропроцесор спілкується з зовнішніми пристроями. Це режим переривання і режим захоплення шин.

Переривання

Нехай мікропроцесор виконує загадану йому (так звану фонову) програму, обробляючи дані, що закладені в його основну память. Але в будь-який момент часу деякий зовнішній пристрій може зажадати уваги до себе, бажаючи щоб мікропроцесор обробляв дані саме від цього пристрою. (Таким зовнішнім пристроєм може бути, наприклад, клавіатура, коли користувач натискає на одну з її клавіш).

Тоді зовнішній пристрій виставляє на шину керування процесора сигнал запиту на переривання, тобто вимагає щоб процесор припинив роботу з фоновою програмою і обробив би інформацію від цього зовнішнього пристою.  У відповідь мікропроцесор, скінчивши виконання чергової команди фонової програми, припиняє роботу з нею і сприймає інформацію від зовнішнього пристою. В ній повинна бути вказівка на адресу підпрограми (заздалегідь закладеної в основну память машини), за якою мають оброблятися дані від зовнішнього пристрою. Мікропроцесор виконує цю підпрограму і повертається до фонової програми. На цьому процедура переривання скінчається.

Захоплення шин

Обмін інформацією зовнішнього пристрою з основною памяттю здійснюється звичайно через мікропроцесор. Але це досить повільна процедура і тому при необхідності швидкого обміну зовнішнього пристрою з основною памяттю великим обємом інформації (а це буває необхідним, наприклад, при завантаженні основної памяті з жорсткого диску, або при запису на цей диск) бажано такий обмін здійснювати безпосередньо, обминаючи мікропроцесор. У режимі такого обміну мікропроцесор відключається, віддаючи ША і ШД зовнішньому пристрою, котрий, як то кажуть, “захоплює шини”. Захоплення триває стільки часу, скільки потрібно для обміну інформацією між зовнішнім пристроєм і основною памяттю.

Після цього магістральна шина знову повертається у розпорядження мікропроцесора.

ІМС   мікропроцесора   КР580ВМ80

ІМС типу КР580ВМ80 (скорочено МП-80)  являє собою однокристальний (тобто виготовлений на одному кристалі кремнію) мікропроцесор. Він виготовлений за КМОН - технологією, має габарити 48х14 мм (власне кристал 5х5 мм), містить 4500 транзисторів і має 40 виводів. Споживана ним потужність складає 1,5 Вт, вихідна напруга  низького рівня  є U (0) 0,45 B, високого рівня   U(1) 3,7 В.  Виводи ІМС, їх позначення та нумерація наведені на рисю.3.2. Розглянемо їх по черзі.

Виводи живлення 20,11,28 та 2 - відповідно +5 В, - 5 В, +12 В та 0 .

Виводи  3 - 10  - це двоспрямовані виводи шини даних, а 25 -27, 29 - 36, 1, 40, 37 - 39 - виводи адресної шини.

 F1 -  F2  - (22 та 15) входи для тактових імпульсів від ГТІ.

Решта - входи та виходи шини керування:

 RESET (вхід) - Скидання. Надходженням ззовні сигналу високого рівня, який триває не менш 3 тактів, лічильник команд встановлюється на нульову адресу. Якщо надалі програмою не  буде вказана інша адреса, то починається виконання команд з адреси 0000. Вміст робочих регістрів та ОЗП  основної памяті при скиданні не змінюється.

1

.

 READY (вхід) - Готовність. Використовується при зверненні МП до ОЗП або зовнішніх пристроїв. На цей вхід надходять від них сигнали високого рівня, які сповіщають, що ці пристрої готові до обміну даними з мікропроцесором. Якщо память або зовнішній пристрій не підтвердять своєї готовності і на вході READY буде низький рівень, то МП припиняє свою роботу і видає на виході WAIT одиницю, сповіщaючи про тe, що він знаходиться у режимі очікування.

 INT (вхід) - Запит на переривання. Сигнал високого рівня надходить на цей вхід від деякого зовнішнього пристрою, що бажає здійснити обмін інформацією з МП. При надходженні такого сигналу мікропроцесор, скінчивши виконання чергової команди, виставляє одиницю на виході INTE, підтверджуючи тим, що готовий до обміну з зовнішнім пристроєм. Далі мікропроцесор припиняє виконання своєї фонової програми і переходить до обслуговування зовнішнього пристрою.

 HOLD (вхід) - Запит на захоплення шини. Надходить від зовнішнього пристою, який бажає розпочати обмін даними безпосередньо з памяттю. При надходженні цього сигналу МП видає на виході  HLDA  одиницю, підтверджуючи, що він готовий поступитися шиною зовнішньому пристрою,  зупиняє свою роботу і відключається від шини адреси та шини даних.

 DBIN (вихід) - Строб приймання.   Високий рівень вказує, що МП здійснює приймання (читання) даних від зовнішнього пристрою або памяті. 1)

(вихід) - Строб видачі даних. Вказує, що МП здійснює видачу даних (запис) до зовнішнього пристрою або памяті. На відміну до всіх розглянутих вище сигналів, у яких активному стану відповідає високий  рівень (“1”), активним станом сигналу є низький рівень (“0”). Тому на рис.3.2 вивід  позначено з рискою зверху і кружечком (символами інверсії).

 SYNC (вихід) - Сигнал синхронізації. Цим сигналом мікропроцесор повідомляє, що розпочинає черговий машинний цикл - звернення до памяті або зовнішнього пристрою. Цей сигнал потрібний для синхронізації роботи МП з цими пристроями.

          Що таке програмна модель та архітектура мікропроцесора та ЕОМ

Мікропроцесор або ЕОМ - великі та складні пристрої. Але для того, хто працює з ними та складає для них програми (назвемо його користувачем) зовсім необовязково розумітися на схемотехнічних тонкощах та особливостях будови і внутрішнього функціонування МП або ЕОМ. Йому необхідні лише ті відомості, котрі потрібні для складання програм. До таких відомостей відносяться:

розрядність шини даних ;

розрядність шини адрес та розмір адресного простору;

система команд, формат та коди команд;

тривалість виконання цих команд;

імена і адреси програмно-доступних регістрів (наприклад, робочих регістрів МП);

адреси зовнішніх пристроїв та правила звернення до них.

Сукупність цих відомостей має назву архітектури мікропроцесора і складає його  програмну модель, тобто те, яким бачиться мікропроцесор користувачеві.  До інших властивостей, параметрів та конструкції користувачеві немає діла. Так наприклад, список і значення тільки-но розглянутих керуючих сигналів не входить у програмну модель і архітектуру: це внутрішні сигнали ЕОМ і до них користувач не має відношення доти, доки він не побажає підключити до ЕОМ  будь-які  нештатні зовнішні пристрої.

 

1) Тут і далі слова “запис” або “читання” маються на увазі “з точки зору” мікропроцесора.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52197. ВИКОРИСТАННЯ РЕГІОНАЛЬНОГО КОМПОНЕНТУ НА УРОКАХ ІНОЗЕМНОЇ МОВИ 103.5 KB
  Я працюю в школі вчителем англійської мови близько 15 років і працюю з великим задоволенням та інтересом. Дуже люблю свою роботу і дітей. Я завжди намагаюся навчати дітей виховуючи та виховувати навчаючи. Постійно думаю, як цікавіше й ефективніше провести урок, як зробити так, щоб діти навчалися з великим бажанням, і щоб їхній інтерес до мови не згасав. Успішній роботі у цих напрямах сприяє використання краєзнавчого матеріалу.
52198. Наука и технология 188.5 KB
  Тексты: Science Technology Лексика chievement достижение аlwаys всегда аpproаch подход between между brаnch отрасль науки знания cleаr ясный difference different различие разный engineering техника essentiаl существенный exаmple e. for exаmple пример например field поле сфера область деятельности high высокий humn человеческий hypothesis pl hypotheses гипотеза importаnt важный impossible невозможный investigаtion исследование knowledge знание lаw закон mаin главный ...
52199. Personal Presentation 94 KB
  I am Ivan Dmitrenko. I am 17. I am a first-year student of National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”. I study at the Department of Mechanical Engineering. My major (speciality) is the Technology of Cutting. I am from Kharkiv.
52200. Электроника 249.5 KB
  Most analog electronic devices, such as radio receivers, have combinations of a few types of basic circuits. There are a great number of different analog circuits, because circuits are very different - from a single component, to systems with thousands of components. Good examples of analog circuits are vacuum tube and transistor amplifiers, operational amplifiers and oscillators.
52201. Компьютеры 204.5 KB
  Тексты: Computers The Internet Лексика ccording to согласно чемулибо uxiliry вспомогательный cretion создание decision решение enough достаточно equipment оборудование hrdwre аппаратные средства however однако input output ввод вывод keybord клавиатура liquid жидкий memory память ЗУ запоминающее устройство outside внешний rpidly быстро ry луч rule правило sme the тот же самый set набор simple простой softwre программное обеспечение source источник throughout в...
52202. Робототехника 200 KB
  Тексты: Robotics Technicl Prmeters of Robots Лексика re область зона rtificil искусственный ttchment прикрепление xis pl. Переведите следующие словосочетания на русский язык: set of instructions; the bility of extreme decentrliztion of informtion nd dt; typicl pplictions of robots; investigtions into new types of robots; number of discrete voltge levels; little mount of different instructions; n ctive re of reserch; stories of rtificil helpers; mss production of consumer nd industril goods; high...
52203. Космонавтика 192 KB
  Тексты: History of spce explortion in the 20th Century Explortion of the Moon Лексика bord на борту lone единственно только ssumption допущение предположение being существо body тело celestil небесный crew команда экипаж durtion длительность Erth Земля experience опыт fmous знаменитый fr далеко flight полет hlf половина hrd твердый het тепло honor честь kind тип вид mgnificent величественный member член команды элемент конструкции milestone веха этап...
52204. Ракетостроение 206.5 KB
  Выражение to be going to Тексты: Spce Sttions Spcecrft Modifictions nd their Subsystems Лексика lso также тоже prt на части pproprite соответствующий verge средний cpcity способность; мощность closed закрытый замкнутый direction направление during в течение entry вход вхождение environment окружающая среда forwrd вперед frequently часто ground земля; основание height высота lunch vehicle ракетаноситель long term shortterm долгосрочный краткосрочный nked зд....