Введение в микропроцессоры. Конспект лекций по курсу "Микропроцессорные устройства", страница 3

По определению (см. п. 1.1), МП является функционально мощной   мик­­­­­­­­росхемой, но не самодостаточной. Для хранения программы ему необходима память программ - постоянная (ПЗУ) или оперативная (ОЗУ). Для хранения данных ему необходима память данных - ОЗУ. Для связи с внешним миром (источником данных) ему необходимы устройства (порты) ввода/вывода и контроллеры различных периферийных устройств.

На рис. 1.1 приведена обобщенная структурная схема МПС, в которой все перечисленные выше элементы МПС соединены друг с другом с помощью магистрали.

Рис. 1.1. Структурная схема МПС

Как показывает рис. 1.1, МП получает доступ (для чтения или записи данных) к элементам МПС (ПЗУ, ОЗУ, порты ввода/вывода и т.п.) через единственную магистраль. Чтобы не было конфликтов, все элементы МПС имеют уникальные адреса.

Алгоритм работы МП в составе МПС приведен на рис. 1.2.

Рис.1.2. Алгоритм функционирования МП

Обобщенный алгоритм функционирования МП довольно прост. Во время старта, например, при  подаче питания на МП (подробнее этот процесс описан в п. 2.6) в определенном внутреннем регистре МП устанавливается адрес первой команды, с которой начинается программа работы МП (см. блок 1 на рис. 1.2). Для МП различных типов этот адрес может быть различным, но для всех МП одного конкретного типа этот адрес всегда один и тот же.

Далее выполняется блок 2, который (так же как блок 3) выполняется циклически. В блоке 2 МП считывает из памяти программ код операции по текущему адресу (в первом цикле работы МП - это адрес, который МП установил во время выполнения блока 1) и одновременно формирует адрес следующей команды программы.

В блоке 3 выполняется считанная в блоке 2 команда (более подробно система команд рассмотрена в п. 2.8). Далее следует переход на блок 2, в котором считывается следующая команда программы (адрес ее уже сформирован) и формируется адрес следующей команды программы.

Очевидно, что блоки 2, 3 образуют бесконечный цикл, который выполняется пока на МП подано питающее напряжение. Суть этого цикла - считывание очередной команды программы и ее выполнение.

1.3. Классификация МП

Для сопоставления (сравнения) большого числа изготовленных и изготовляемых МП существует множество классификационных признаков. Ограничимся (на взгляд автора) самыми главными:

по числу микросхем, составляющих функционально законченный МП: однокристальные или многокристальные;

по технологии изготовления:

· рМОП - самая простая технология, но не обеспечивает высокого быстродействия МП. В настоящее время устарела;

· nМОП - более сложная технология, которая обеспечивает более высокое быстродействие МП, но не обеспечивает низкое энергопотребление;

· КМОП - самая сложная технология, которая обеспечивает низкое энергопотребление при достаточно высоком быстродействии МП. В настоящее время доминирует;

по ширине ШД (по длине обрабатываемых данных):

· 8-ми разрядные, применяемые для построения простых МПС (контроллеров);

· 16-ти разрядные, применяемые для построения микро-ЭВМ (пер­со­нальных микро-ЭВМ - ПЭВМ);

· 32-ух разрядные для построения ПЭВМ высокой производительности;

· секционные - для построения МПС с произвольной шириной ШД;

по виду синхронизации:

· синхронные, когда все процессы в МП и МПС синхронизированы сигналами тактового генератора (МП фирмы Intel);

· асинхронные, когда все процессы в МП и МПС протекают асинхронно (без участия сигналов тактового генератора, МП фирмы DEC);

по способу декодирования и выполнения команд: с использованием жесткой логики или микропрограммно.

Рассматриваемый ниже МП типа М1821ВМ85А [1] - это 8-ми разрядный, синхронный, однокристальный КМОП МП с использованием жесткой логики для декодирования и выполнения команд. Этот МП выбран из-за того, что многие его архитектурные особенности, например, мультиплексирование адреса и данных были унаследованы современными микропроцессорными устройствами.