- •Основы микропроцессорной техники
- •В.И. Енин
- •В.И. Енин
- •Введение
- •После изучения дисциплины необходимо знать
- •После изучения дисциплины необходимо уметь
- •В.1. Роль и место курса “Микропроцессорная техника” в учебном процессе
- •1. Микропрограммные автоматы
- •После изучения главы необходимо знать
- •1.1. Автомат без памяти
- •1.2. Микропрограммный автомат
- •1.2.1. Автомат с памятью
- •1.2.2. Микропрограммный автомат в системе управления
- •1.2.3. Структурный автомат
- •1.3. Схемная реализация микропрограммных автоматов
- •2. МикропрограмМируемые контроллеры и микропроцессоры
- •После изучения главы необходимо знать
- •2.1. Блок микропрограммного управления
- •2.2. Блок обработки цифровых данных.
- •3. Принципы организации эвм
- •После изучения главы необходимо знать
- •3.1. Выполнение команд в эвм
- •Система команд и методы адресации
- •Подпрограммы
- •3.2. Общие принципы организации ввода-вывода
- •3.2.1. Программный режим ввода-вывода
- •3.2.2. Обмен информацией в режиме прерывания программы
- •3.2.3. Прямой доступ к памяти
- •3.2.4. Подключение внешних устройств
- •4. Архитектура однокристального микропроцессора
- •После изучения главы необходимо знать
- •4.1. Архитектура микропроцессора к580ик80а
- •4.1.1. Формат команд микропроцессора к580ик80а
- •4.1.2. Методы адресации микропроцессора к580ик80а
- •4.1.3. Команды безусловной и условной передач управления
- •4.1.4. Примеры команд процессора к580ик80а
- •4.2. Организация обмена в однокристальных микроЭвм
- •4.2.1. Функционирование микропроцессора
- •4.2.2. Подключение озу и регистров внешних устройств
- •5. Системы счисления и арифметические операции над числами
- •После изучения главы необходимо знать
- •5.1. Системы счисления для представления чисел в эвм
- •5.2. Представление в эвм целых двоичных чисел без знака
- •5.3. Представление в эвм целых чисел со знаком
- •5.3.1. Представление чисел со знаком в прямом коде
- •5.3.2. Представление чисел со знаком в дополнительном коде
- •5.3.3. Особенности выполнения сложения двоичных чисел без знака и со знаком
- •1. Примеры сложения чисел без знака.
- •2. Примеры сложения чисел со знаком.
- •5.4. Двоично-десятичная система представления чисел
- •5.5. Представление чисел в формате с плавающей точкой
- •Примеры представления чисел типа single
- •Примеры представления чисел типа real
- •6. Семейство процессоров х86
- •После изучения главы необходимо знать
- •6.1. Архитектура процессора 8086
- •Регистры процессора
- •Инструкции процессора
- •Сегментация памяти
- •Методы адресации
- •Распределение памяти
- •Прерывания
- •Функционирование
- •6.2. Процессоры 80286
- •Реальный режим
- •Защищенный режим
- •Прерывания
- •Регистр состояния задачи
- •Некоторые особенности функционирования
- •Функциональная схема pc at
- •7. Шина isa и интерфейсы сопряжения с устройствами управления
- •После изучения главы необходимо знать
- •7.1. Конструкция шины isa
- •Выводы шины isa
- •Распределение адресов на системной плате ат
- •Циклы магистрали
- •Прямой доступ к памяти
- •Регенерация памяти
- •Основные электрические характеристики линий isa
- •7.2. Проектирование устройств сопряжения для шины isa
- •7.2.1. Селекторы (дешифраторы) адреса
- •7.2.2. Операционная часть интерфейса
- •7.2.3. Микросхемы для построения интерфейсов Условные графические обозначения элементов цифровой техники
- •7.2.4. Микросхемы приемопередатчиков сигналов магистрали
- •Микросхемы селекторов адреса выходных регистров
- •8. Интерфейс centronics
- •После изучения главы необходимо знать
- •8.1. Порядок обмена по интерфейсу Centronics
- •8.2. Программируемый параллельный интерфейс ( ппи)
- •9. Обмен данными по интерфейсу rs-232
- •После изучения главы необходимо знать
- •9.1. Назначение линий связи rs-232
- •9.2. Подключение модема к rs-232
- •9.3. Подключение терминалов к rs-232
- •9.4. Подключение удаленных объектов управления
- •9.5. Назначение портов rs-232
- •10. Отсчёт реального времени в эвм
- •После изучения главы необходимо знать
- •10.1. Программируемый таймер
- •10.1.1. Режимы работы таймера
- •10.1.2. Таймер на системной плате ibm pc
- •10.2. Программируемый контроллер прерываний
- •10.2.1. Режимы работы пкп
- •10.2.2. Программирование пкп
- •10.3. Прерывания в ibm pc
- •10.3.1. Векторы прерывания
- •10.3.2. Прерывания bios и dos
- •10.3.3. Написание собственных прерываний
- •10.4. Отсчёт реального времени в эвм
- •10.5. Процедуры и функции для работы с прерываниями
- •После изучения главы необходимо знать
- •11.1. Архитектура 32-разрядных процессоров
- •11.1.1. Регистры процессора
- •11.1.2. Организация памяти
- •11.1.3. Режимы адресации
- •11.1.4. Ввод и вывод
- •11.1.5. Прерывания и исключения
- •11.1.6. Процессоры Pentium
- •11.2. Страничное управление памятью
- •11.3. Кэширование памяти
- •Кэш прямого отображения
- •Ассоциативный кэш
- •12. Однокристальные микроконтроллеры
- •После изучения главы необходимо знать
- •12.1. Однокристальный микроконтроллер к1816
- •12.2. Avr микроконтроллеры
- •12.3. Процессоры обработки сигналов
- •12.3.1. Однокристальный цифровой процессор обработки
- •12.3.2. Цифровые процессоры обработки сигналов (цпос)
- •13. Промышленное оборудование для цифровых систем управления
- •После изучения главы необходимо знать
- •13.1. Оборудование для централизованных систем управления
- •13.1.1. Персональные компьютеры для целей управления
- •13.1.2. Промышленные рабочие станции
- •13.1.3. Шасси для ibm совместимых промышленных компьютеров
- •13.1.4. Модульные промышленные компьютеры mic-2000
- •13.1.5. Процессорные платы
- •13.1.6. Устройства для сбора данных и управления
- •13.2. Оборудование для распределенных систем сбора данных и управления
- •13.2.1. Модули удаленного сбора данных и управления adam-5000
- •13.2.2. Модули удаленного сбора данных и управления adam-4000
- •13.3. Прикладное программное обеспечение
- •Заключение
- •Список использованных источников
- •Оглавление
- •Системы счисления и арифметические
2.1. Блок микропрограммного управления
Рассмотрим более подробно структуру микропрограммируемого устройства управления. Основой устройства является блок микропрограммного управления (БМУ), который предназначен для выработки сигналов управления, обеспечивающих работу управляемого объекта по заданному алгоритму. В качестве объекта управления может выступать станок, стиральная машина, блок обработки данных (БОД) для цифровых операций и т.д.
Как правило, БМУ состоит из микропрограммной памяти, содержащей последовательность микрокоманд, реализующей алгоритм, схемы управления адресом микрокоманды (СУАМ), вырабатывающей адрес следующей микрокоманды, схемы управления следующим адресом (СУСА), вырабатывающей систему управляющих сигналов для СУАМ и регистра микрокоманд, содержащего выполняемую в данный момент микрокоманду (рис.2.5).
Б МУ осуществляет выборку последовательности микрокоманд, реализующих алгоритм управления, из микропрограммной памяти в регистр микрокоманд. В формате микрокоманды часто можно выделить поля: управляющие выбором следующего адреса, прямого указания адреса, управления работой самого объекта. Конкретный формат и разрядность микрокоманды определяется разработчиком и зависит от объема микрoпрограммной памяти, требуемой для реализации заданного алгоритма и от количества и свойств требуемой системы сигналов управления объектом.
Например, в микропрограммируемом контроллере на базе микропроцессорного набора К1804 можно использовать 32-разрядный формат слова микрокоманды. Микропроцессорный набор К1804 является 4-разрядным и наращивание разрядности достигается путем параллельного включения микросхем. Разряды 28-31 можно использовать для прямого указания адреса перехода, разряды 24-27 сделать полем управления следующим адресом, содержащим код метода нахождения следующего адреса микрокоманды. Остальные разряды микрокоманды - управляющие сигналы для объекта управления (например, для блока обработки данных).
С УАМ предназначена для выработки адреса следующей микрокоманды, хранящейся в микропрограммной памяти. В схеме СУАМ выделяются следующие структурные единицы: регистр адреса, блок выборки адреса, счетчик микрокоманд, стек (рис.2.6.). Примером реализации СУАМ служит м/с К1804ВУ1.
Регистр адреса используется для хранения адреса, принятого от внешнего источника. Обычно он подключается к полю прямого указания адреса регистра микрокоманд для организации условных и безусловных переходов.
Блок выборки адреса содержит мультиплексор, с помощью которого выбирается источник адреса следующей микрокоманды. В зависимости от управляющих сигналов мультиплексора его источником может быть регистр адреса, прямой вход внешнего адреса, счетчик микрокоманд и стек. Адрес с блока выборки адреса поступает на выход СУАМ через логическую схему, позволяющую модифицировать адрес путем установки маски.
Счетчик микрокоманд (СМК), состоящий из инкрементора и регистра СМК, подключен к выходу СУАМ и вычисляет следующий, увеличенный на 1, адрес микрокоманды. Увеличение его содержимого и запись увеличенного адреса в регистр СМК производится после записи очередной текущей микрокоманды из памяти в регистр микрокоманд (в следующий полутакт машинного времени). Выход счетчика подключен к одному из входов мультиплексора и ко входу стека.
Стек - особым образом организованная память по принципу: последний зашел - первый вышел. Он предназначен для организации подпрограмм и при работе подпрограммы содержит адрес возврата в основную программу. При обращении к подпрограмме в стек заносится содержимое счетчика команд, которое является адресом возврата, а на выход СУАМ поступает через мультиплексор адрес подпрограммы из внешнего источника или с поля прямого указания адреса регистра микрокоманд. При возврате из подпрограммы адрес извлекается из стека и через мультиплексор поступает на выход СУАМ.
Сигналы, управляющие работой отдельных блоков СУАМ, определяются содержимым поля управления следующим адресом регистра микрокоманд и признаками результата выполнения предыдущей операции в объекте управления. Признаки (нулевой результат, отрицательный результат ...) поступают, как правило, для запоминания в регистр признаков от объекта управления. Для проверки отдельных признаков при организации условных переходов на выходе регистра признаков устанавливается селектор признаков, управляемый выделенными разрядами поля управления следующим адресом регистра микрокоманд.
Обычно все возможные комбинации управляющих сигналов для СУАМ не реализуются. Для уменьшения обьема ППЗУ и регистра микрокоманд применяется кодирование используемых наборов сигналов в поле микрокоманды, управляющей выбором следующего адреса. Это поле микрокоманды вместе с выбранным в селекторе признаком поступает на вход схемы управления следующим адресом (СУСА), которая и вырабатывает всю систему управляющих сигналов для СУАМ. СУСА представляет собой комбинационную схему (дешифратор) N в M при N<M, реализованную на ППЗУ.
Выходной сигнал СУАМ, содержащий адрес микрокоманды, проходит через дополнительную логическую схему, позволяющую модифицировать (маскировать) отдельные разряды и, тем самым, модифицировать формируемый адрес.
Адрес микрокоманды, выработанный в СУАМ, поступает на адресный вход микропрограммной памяти, на выходе которой появляется содержимое адресуемой ячейки, т. е. очередная микрокоманда. Эта микрокоманда запоминается на один такт в регистре микрокоманд. Поле микрокоманды, используемое для прямого указания адреса, поступает на СУАМ. Сигналы поля управления выбором следующего адреса поступают на СУСА и на селектор признаков, остальные поля предназначены для управления объектом.