Микропроцессор: структурная схема и назначение ее элементов

Микропроцессор: структурная схема и назначение ее элементов.

            Общие сведения о микропроцессорах.

      Любая ЭВМ служит для переработки вводимой в нее информации и выдачи окончательных результатов в виде таблиц, графиков, последовательности чисел, 

рис.1

текста и т. п.  Несмотря на присущие отдельным ЭВМ отличая, в каждой из них можно выделить четыре основных устройства: арифметико-логическое, управляющее, запоминающее и устройства ввода-вывода информации, называемое обычно периферийным (Рис.1).

      Арифметико-логическое устройство (АЛУ) служит для выполнения арифметических и логических операций над числами, представленными в двоичном коде.

       Управляющее устройство (УУ) управляет работой АЛУ и других устройств ЭВМ. Управление работой этих устройств осуществляется по специальным командам, порядок исполнения которых определяется  заданной программой.

       Запоминающее устройство (ЗУ), или память, предназначено для хранения

Программой информации (данных).

       Периферийные устройства, или  устройства ввода-вывода информации, служат для приведения входной информации к требуемому виду для ввода в ЭВМ и вывода из ЭВМ результатов переработки информации в нужном виде.

Структура микропроцессора.

Структурная схема МП показана на рис.2. Микропроцессор включает три основных узла: АЛУ, УУ и узел регистров. Для осуществления связи между

этими узлами используется внутренняя шина данных. Она состоит из восьми (для восьми разрядных МП ) линий, по которым передаются 8- разрядные слова (байты) и командная информация. Передача слов по внутренней шине данных между узлами МП осуществляется в обоих направлениях, но в разные непересекающиеся временные интервалы.

         Основная часть, или ядро, МП- это АЛУ осуществляющее обработку данных. Типичными операциями, выполняемыми АЛУ, являются  сложение, вычитание, логическое сложение (ИЛИ), логическое умножение (И), сложение по модулю 2 (ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ), инверсия, сдвиг, пересылка. Обычно АЛУ имеет два входа, которые называются входными портами, и один выход, или выходной порт. Данные на входные порты АЛУ поступают с внутренней шины данных или из специального регистра, называемого аккумулятором, через буферные регистры, или регистры операндов, предназначенного для временного хранения данных.

         Буферные регистры, через которые на вход АЛУ поступают данные из аккумулятора, называют буфером аккумулятора. Результат, полученный при выполнении операции, с выходного порта АЛУ            поступает в аккумулятор, называемый также накопительным регистром или накопителем. Буфер аккумулятора, таким образом, исключает ситуацию, при которой вход и выход АЛУ подключается одновременно к аккумулятору.

       Работой АЛУ и внутренним регистрами управляет УУ, которое извлекает из регистра команд, очередную команду, дешифрирует ее , т.е. определяет, какая операция должна осуществляться и обеспечивает выполнение этой операции в АЛУ.

        Любая задача решается по программе, которая представляет собой строгую последовательность нужных команд. Эту последовательность поступления команд обеспечивает регистр, называемый счетчиком команд. Счетчик команд может иметь большое число разрядов, чем длина слова данных. Например, в 8-разрядных МП с объемом памяти 64К = 65536 слов используется 16-разрядный счетчик команд. В результате можно записать команду в любую ячейку памяти.

       Перед выполнением программы в счетчик команд записывают число, которое определяет адрес первой программы, хранящееся в ЗУ. Затем это число из счетчика команд переписывается в 16-разрядный регистр адреса памяти. Из регистра адреса памяти по шине адреса (ША) адрес первой команды посылается в устройство управления памятью. По указанному адресу из ЗУ осуществляется считывание первой команды, которая переписывается в регистр команд. Рассмотренный цикл операций называют циклом выборки или фазой адресации.

       После записи команды в регистр УУ осуществляет ее распознавание (декодирование) и в АЛУ поступают сигналы, стимулирующие выполнение данной команды.

       Цикл выборки совместно с циклом выполнения команды образуют цикл команд.

        В начале цикла выполнения команды показания счетчика команд автоматически увеличивается на 1, и он настраивается на следующую команду. Следовательно, в процессе выполнения команды счетчик команд содержит адрес следующей команды.

        Регистр признаков состоит из отдельных триггеров, называемыми флажками, которые в зависимости от появления того или иного признака устанавливаются в состоянии 0 или 1.

        Наличие команд условного перехода делает МП более универсальным, позволяет выбирать различные пути решения задачи в зависимости от возникающих в ходе решения условий.

         Регистры общего назначения используются в качестве запоминающих устройств промежуточных результатов вычислений, адресов и команд, а иногда и в качестве аккумуляторов. Число таких регистров в МП может доходить до 16, причем разрядность их может быть различной. Отдельные регистры общего назначения могут соединяться между собой последовательно и рассматриваться как один регистр с большим числом разрядов.

       Особую группу составляют стековые регистры, подразделяющиеся на регистры стека и указатель стека. Эти регистры позволяют без обмена с ЗУ организовать необходимую последовательность выполнения команд.

        Количество регистров (глубина) стека является важнейшей характеристикой МП. Для увеличения глубины стека его часто организуют в некоторой области внешнего ЗУ.                   

        Взаимодействие координация работы всех узлов микропроцессорной системы осуществляется высокостабильным генератором тактовых импульсов, с помощью которых формируются машинные циклы (МЦ) и циклы команд. МЦ-это время требуемое для извлечения одного байта информации из памяти.