Принцип работы микропроцессора.

В состав МП (рис. 1) входят арифметическо-логическое устройство, устройство управление и блок внутренних регистров.

Арифметическо-логическое устройство состоит из двоичного сумматора со схемами ускоренного переноса, сдвигающего регистры и регистров для временного хранения операндов. Обычно это устройство выполняет по командам несколько простейших операций: сложение, вычитание, сдвиг, пересылку, логическое сложение (ИЛИ), логическое умножение (И), сложение по модулю 2.

Устройство управления управляет работой АЛУ и внутренних регистров в процессе выполнения команды. Согласно коду операций, содержащемуся в команде, оно формирует внутренние сигналы управления блоками МП. Адресная часть команды совместно с сигналами управления используется для считывания данных из определенной ячейке памяти или для записи данных в ячейку. По сигналам УУ осуществляется выборка каждой новой, очередной команды.

Блок внутренних регистров БВР, расширяющий возможности АЛУ, служит внутренней памятью МП и используется для временного хранения данных и команд. Он также выполняет некоторые процедуры обработки информации.

На рисунке (2) приведена более подробная структурная схема однокристального МП. Здесь блок внутренних регистров содержит регистры общего назначения и специальные регистры: регистр-аккумулятор, буферный регистр адреса, буферный регистр данных, счетчик команд, стека, признаков.

Регистры общего назначения (РОН), число которых может изменятся от 4 до 64, определяют вычислительные возможности МП. Их функция – хранение операндов. Но могут выполнять также и роль регистров. Все РОН доступны программисту, который рассматривает их как сверхоперативное запоминающее устройство.

Регистр – аккумулятор («накопитель»), предназначен для временного хранения операнда или промежуточного результата действий производимой в АЛУ. Разрядность регистра равна разрядности информационного слова.

Буферный регистр адреса служит для приема и хранения адресной части выполняемой команды. Возможное количество адресов, определяется разрядностью регистра.

Буферный регистр данных используется для временного хранения выбранного из памяти слова перед передачей его во внешнюю шину данных. Его разрядность определяется количеством байт информационного слова.

Счетчик команд содержит адрес ячейки памяти, в которой помещены байты выполняемой команды.

Регистр команд принимает и хранит код очередной команды, адрес которой находится в счетчике команд. По сигналу УУ в него передается из регистра хранимая там информация.

Регистры стека делятся на стек и указатель стека. В МП стек – набор регистров, хранящих адреса команд возврата при обращении к подпрограммам или состояние внутренних регистров при обработке прерываний. Стек может быть выполнен не только на внутренних регистрах МП, составляя его часть, но и находиться в ОЗУ, занимая там отведенную для него зону. В последнем случае для обращения к нему необходим специальный регистр – указатель стека.

Указатель стека хранит адреса последней занятой ячейки стека, которую называют вершиной. Содержащее в указателе число указывает, где находится вершина стека. Когда в стек записывается очередное слово, то число в указателе стека соответственно увеличивается. Извлечение слова из стека сопровождается, наоборот, уменьшением числа, заполняющего указатель стека. Кроме такой процедуры предусматривается возможность считывания без разрушений содержимого любой ячейки стека при неизменном числе, хранимом в указателе стека.

Регистр признаков представляет собой набор триггеров – флажков. В зависимости от результатов операций, выполняемых АЛУ, каждый триггер устанавливается в состояние 0 или 1. Флажковые биты, определяющие содержимое регистра, индицируют условные признаки: нулевого результата, знака результата, перевыполнения и т. п. Эта информация, характеризующая состояние процессора, важна для выбора дальнейшего пути вычислений.

ВООПРОС 13

РЕГИСТРЫ 8-РАЗРЯДНОГО МИКРОПРОЦЕССОРА

ВОПРОС 14

ФЛАГИ 8-РАЗРЯДНОГО МИКРОПРОЦЕССОРА

С (бит О) — флаг переноса. Поднимается (становится равным единице) при переносе или заеме из старшего бита.

• P (бит 1) — флаг четности. Поднимается, когда число единиц в младших восьми разрядах результата четно.

• A (бит 4) — флаг вспомогательного переноса. При арифметических операциях с 8-разрядными числами поднимается, когда произошел перенос из младшей тетрады в старшую, или когда произошел заем из старшей тетрады.

• Z (бит б) — флаг нуля. Устанавливается, когда все биты результата нулевые.

• S (бит 7) — флаг знака. Равен старшему биту результата.

• I (бит 9) — флаг разрешения прерывания. Когда флаг поднят — прерывания разрешены, когда опущен — запрещены.

• D (бит 10) — флаг направления. Определяет направление работы инструкций, работающих со строками (movs, scas, cmps...). Если флаг поднят, адреса памяти увеличиваются, если опущен — уменьшаются.

• O (бит 11) — флаг переполнения. Устанавливается, когда результат арифметической операции со знаком не умещается в регистре или пам

ВОПРОС 15

Слово состояния процессора

Перед каждым машинным циклом на выходе шины данных формируется слово состояния (для 8-ми разрядного) ЭтоССопределяет какой машинный цикл будет дальше выполняться. Можем его использовать для формирования дополнительных Упр. сигналов

внешним устройствам (памяти и др.) каждому СС соответствует своя двоичная комбинация, подавая ее на входдешифратора, мы можем подавать упр. Сигналы внеш устрайствам. Это СС появл на выходе ШД в 1-ом машинном такте –байтсостояния. Во 2-ом машинном такте он сменяется командой или данными (будет появляться команда или данные) Само СС мы фиксируем в промежуточном регистре и дальше исп. Для форм упр сигналов. Есть специальный регистр для записиССи форм упр сигнал - буферный регистр состояния.

Оно формируется с учетом значений регистра флагов и с учетом последующего действия

Используется для управления внешними устройствами.

Машинный цикл — временной интервал, в течение которого осуществляется чтение или запись одного байта. В свою очередь каждый машинный цикл образуют несколько периодов тактовой частоты ГТИ — машинных тактов.

Организация слова-состояния в 8 разрядном МП

ВОПРОС 16

Методы адресации МП

Большая часть команд процессора работает с кодами данных (операндами). Одни команды требуют входныхоперандов (одного или двух), другие выдают выходные операнды (чаще один операнд). Входные операнды называются еще операндами-источниками, а выходные называются операндами-приемниками. Все эти коды операндов (входные и выходные) должны где-то располагаться. Они могут находиться во внутренних регистрах процессора (наиболее удобный и быстрый вариант). Они могут располагаться в системной памяти (самый распространенный вариант). Наконец, они могут находиться в устройствах ввода/вывода (наиболее редкий случай). Определение места положения операндовпроизводится кодом команды. Причем существуют разные методы, с помощью которых код команды может определить, откуда брать входной операнд и куда помещать выходной операнд. Эти методы называются методами адресации. Эффективность выбранных методов адресации во многом определяет эффективность работы всего процессора в целом.

Итак, команда МП состоит из КОП и адреса. Однако имеются команды без адреса. Например, команде, приказывающей МП остановить работу, адрес не нужен. Но безадресных команд мало. Пусть в распоряжении имеется 8-разрядный МП с памятью объемом 65К. У программиста должна иметься возможность доступа к содержимому любой из 65536 областей памяти. Для адресации к этим областям длина адресной части команды должна быть достаточной для размещения 16 бит. Конечно, двоичный код команды длиной 8 бит не может включать в себя код операции и 16-битовую адресную часть.

Большинство МП имеет команды различной длины. Как правило, необходимы команды длиной в одно, два или три слова. Число битов, образующих двоичный код команды, не может быть произвольным, например, 7, 12 или 14. Оно должно быть кратно длине байта (машинного слова). Следовательно, 8-разрядный МП может иметь команды длиной 8, 16 или 24 бит.

Длина команды зависит от длины используемого в ней адреса. Хотя различные МП и располагают наборами команд, принципы адресации в них, как правило, одни и те же. Тип обращения (адресации) к данным принято называть способом адресации.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 Следующая ⇒