Микропроцессоры. Особенности архитектуры. Понятие о состоянии процессора (программы). Вектор слова состояния. Принципы организации системы прерываний

Прикладное программирование и основы микропроцессорной техники

(конспект лекций)

Микропроцессоры. Особенности архитектуры.

Микропроцессором (МП) называется функционально законченное устройство, представляющее собой вариант процессора современной ЭВМ и реализованное в виде одной или нескольких БИС. 

-  появление;

-  достоинства (дешевое производство и гибкость как универсальное средство);

-  широкое применение.

Основные понятия:

Микропроцессорный комплект (МПК) – совокупность микропроцессорных и других интегральных микросхем, совместимых по архитектуре, конструктивному исполнению и электрическим параметрам и обеспечивающих возможность совместного применения.

Микроконтроллер – устройство логического управления, выполненное на основе одной или нескольких МП-БИС. Он может быть программируемым и непрограммируемым  и обычно имеет специальный интерфейс, обеспечивающий связь с конкретным управляемым устройством.

Микро-ЭВМ  - ЭВМ, в состав которой входит МП, память, средства связи с пультом управления (ПУ), при необходимости – ПУ и  источник питания, объединенные общей конструкцией.

Микропроцессорная система (МПС) – это любая вычислительная, контрольно-измерительная или управляющая система, в которой для обработки информации используется МП.

Архитектура МП – это общая логическая организация МП, определяющая процесс обработки данных в нем и включающая:

-  методы кодирования данных;

-  состав;

-  назначение:

-  принципы взаимодействия аппаратных средств и ПО.

Основные отличия МП от процессоров определяются интегральным исполнением:

-  ограниченное число выводов микросхемы;

-  ограниченное число элементов на кристалле;

-  трудность организации большого числа внутрикристалльных связей.

Существуют два основных подхода к интегральной реализации процессора – вертикальное и горизонтальное разделение схемы на отдельные блоки, которые по числу элементов и количеству выводов могут быть реализованы в виде интегральной схемы.

При вертикальном разделении схема процессора делится на функционально законченные блоки, которые могут быть реализованы в виде БИС.

При горизонтальном разделении схема процессора представляется в виде n одинаковых слоев (slice), включающих отдельные фрагменты всех функциональных устройств.

Такое разделение породило два типа архитектуры МП:

1) МП имеет фиксированную разрядность, фиксированный список команд, жесткое (аппаратное) управление (однокристальные МП).

2) МП имеет наращиваемую разрядность и микропрограммное управление (секционированные или слайсовые МП).

МП могут классифицироваться по различным признакам:

-  по технологии;

-  по способу управления;

-  по числу шин;

-  по числу команд,

-  по способам адресации команд;

-  по разрядности и т.д.

Но, не смотря на все различия, МП, как любое устройство обработки цифровой информации, можно разделить на операционный и управляющий блоки (операционный и управляющий автоматы). В теории автоматов такое деление называется декомпозицией.

Функции ОБ:

-  прием и хранение операндов;

-  преобразование операндов;

-  выдача результатов и оповещательных сигналов о знаках, особых значениях операндов, особых значениях промежуточных и конечных результатов.

УБ вырабатывает последовательность управляющих сигналов, обеспечивающих выполнение в ОБ нужной последовательности микроопераций (микрокоманд).

Управляющий блок  может быть организован двумя способами:

1.УБ  аппаратного типа (с жесткой или схемной логикой). В этом случае организуется набор комбинационных схем, которые в нужный момент времени вырабатывают соответствующие управляющие сигналы.

2. УБ с микропрограммным управлением. В этом случае в памяти УБ (в ПЗУ) хранятся микрокоманды, каждая из которых содержит информацию о микрооперациях, подлежащих выполнению в течение одного машинного такта и адрес следующей микрокоманды.

Иерархия программных единиц

Типовая архитектура микропроцессорной системы

Типовая МП-система имеет трехшинную организацию.

Разрядность двунаправленной шины данных – от 8.

Разрядность шины адреса – от 16

CPU –  центральное процессорное устройство. Обеспечивает выполнение всех операций в соответствии с заданным алгоритмом. Практически обеспечивает выполнение всего  процесса функционирования системы.

ROM (ПЗУ) – постоянное запоминающее устройство (подробнее – назначение ПЗУ)