Микропроцессоры Лекция 6 СТРУКТУРА ЭЛЕМЕНТАРНОГО МИКРОПРОЦЕССОРА ЭМП

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 – про граммнуюпамять, – память данных, – интерфейс ввода вы вода, – 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, на зываемое арифметико логическим устройством (АЛУ). • Центральное устройство содержит также цепь декодиро вания команд и • секцию управления и синхронизации. • Оно снабжено также необходимыми соединениями с устройст вом 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 управле ния 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 большин ство микропроцессоров содержат множество дополнитель ных специальных регистров (на рис. 4. 7 не показаны).

СТРУКТУРА ЭМП • Арифметико логическое устройство ЦП выполняет та кие операции, как • сложение, • сдвиг/перестановка, • сравне ние , • инкремент, декремент, • отрицание, И, ИЛИ ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ, дополнение, • сброс, • инициализация.

СТРУКТУРА ЭМП • Если АЛУ должно выполнить операцию сложения посред ством команды. ADD 1, процедура могла бы быть аналогич ной представленной на рис. 4. 8, а. Здесь • содержимое ак кумулятора ОАН складывается с • содержимым регистра временного хранения данных 05 Н. • Сумма OFH помещена в аккумулятор. • На рис. 4. 8, б приведены основные функциональные элементы типового АЛУ.

СТРУКТУРА ЭМП Оно содержит сумматор и уст ройство 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 инди катором 1. ) • Этот регистр состоит из группы триггеров, ко торые могут быть: • установлены или • сброшены исходя: • из результатов последней операции, выполненной АЛУ. • Широко распространен термин флажковый регистр. Тогда соот ветствующие триггеры или индикаторы этого регистра называются фла гами —флаг нуля, флаг знака и т. д.

СТРУКТУРА ЭМП • Эти триггеры или индикаторы регистра состояния содержат: • указатели нуля, • отри цательного результата, • переноса и т. д. • Индикаторы ис пользуются для принятия решений, когда вводятся коман ды ветвлений • Аккумулятор обычно используется в ходе большинства операций, выполняемых центральным уст ройством, 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 про граммы может быть разделена на этапы извлечения и вы полнения. • Каждый из них в свою очередь может быть раз делен на элементарные микропрограммы. • Микропрограммы каждой команды находятся в секции декодирования и вы полняются блоком управления и синхронизации централь ного устройства.

СТРУКТУРА ЭМП • Шестнадцатиразрядный регистр, называемый счетчи команд, представлен на рис. 4. 7 как элемент, состав ляющий часть центрального устройства. • Этот регистр слу жит для хранения адреса следующей команды, чтобы из влечь ее из памяти. • Так команды выполняются последовательно, счетчик команд считает прямым счетом. • Большая часть выпускае мых микропроцессоров имеет16 разрядный счетчик ко манд, который может адресовать • 64 К слов памяти посред ством адресной шины.

СТРУКТУРА ЭМП • Нормальная последовательность выполнения команд программы может быть изменена: • спе циальнымикомандами ветвления, • вызова подпрограмм, • возврата из подпрограмм или • прерывания. • Эти команды повлекут переход содержимого счетчика команд на дру гую 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 вычис лительной машины. • Первая команда, извлеченная из па мяти программы, определяет код операции первой коман ды и • помещается в регистр команд устройством управления центральным процессором. • Код операции истолковывает ся дешифратором команд, который указывает затем про цессору • процедуру управления и синхронизации, которой должна следовать программа для выполнения заданной команды.

СТРУКТУРА ЭМП • Центральное устройство, показанное на рис. 4. 7, явля ется элементарным. • Большая часть центральных устройств МП содержит, по меньшей мере, несколько дополнитель ных регистров (8 и 16 бит). Существуют очень большие различия в количестве и типе регистров в зависимости от типов МП.