- •К.А. Палагута Микропроцессоры и интерфейсные средства транспортных средств
- •Москва 2011
- •Глава 1. Микропроцессор (мп), микропроцессорная система (мпс), основные понятия 11
- •Глава 2 Режимы работы мпс 33
- •Глава 3. Реализация и организация памяти мп 57
- •Глава 4. Микропроцессор кр580вм80а (Intel 8080) 77
- •Глава 5. Микропроцессор к1810вм86 (Intel 8086) 138
- •Глава 6. Микропроцессоры Intel от 80186 до Pentium 4 159
- •Глава 7. Микропроцессор к1801вм1, магистраль q-bus 209
- •Глава 8. Понятие и задачи интерфейса 239
- •Глава 9. Интерфейсные блоки для магистралей isa и q-bus 255
- •Глава 10. Промышленные интерфейсы. Сетевые протоколы в автомобиле 308
- •Глава 11. Интегральные схемы программируемой логики (ис пл) 326
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1. Микропроцессор (мп), микропроцессорная система (мпс), основные понятия
- •1.1 Определение микропроцессора, классификация мп
- •1.2 Микропроцессорный комплект (мпк)
- •1.3 Микропроцессорная система
- •1.4 Линия, шина, магистраль
- •1.5 Типы магистралей
- •1.6 Шина адреса, раздельные и объединенные адресные пространства памяти и устройств ввода-вывода
- •1.7 Шина данных
- •1.8 Шина управления
- •1.9 Архитектура и структура микропроцессора
- •1.10 Cisc и risc процессоры, конвейерное выполнение команд программы
- •1.11 Конвейерная обработка данных
- •1.12 Контрольные вопросы и задания
- •Глава 2 Режимы работы мпс
- •2.1 Режим обмена данными под управлением процессора
- •2.2 Режим пдп
- •2.3 Режим прерывания
- •2.4 Контрольные вопросы и задания
- •Глава 3. Реализация и организация памяти мп
- •3.1. Виды запоминающих устройств (зу)
- •3.2. Кэш-память
- •3.3. Когерентность, механизмы сквозной и обратной записи
- •3.4. Алгоритмы обновления содержимого заполненных строк, снуппинг
- •3.5. Организация памяти
- •3.6. Внешние зу
- •3.7. Контрольные вопросы и задания
- •Глава 4. Микропроцессор кр580вм80а (Intel 8080)
- •4.1 Структура мп к580вм80
- •4.2 Основные технические характеристики мп кр580вм80а
- •4.3 Регистровая модель мп к580вм80
- •4.4 Классификация команд мп кр580вм80а
- •4.5 Команды пересылки (перемещения) данных
- •4.5.1 Пересылка из регистра в регистр
- •4.5.2 Непосредственная пересылка
- •4.5.3 Непосредственная загрузка пары регистров
- •4.5.4 Запоминание/загрузка аккумулятора и пары hl
- •4.5.5 Ввод из пары регистров в стек
- •4.5.6 Ввод а и f в стек
- •4.5.7 Выбор из стека пары регистров
- •4.5.8 Выбор (a) и (f) из стека
- •4.5.9 Обмен данными
- •4.5.10 Пересылка нl
- •4.6 Приращение / отрицательное приращение
- •4.6.1 Приращение/отрицательное приращение регистра
- •4.6.2 Приращение пары регистров
- •4.6.3 Отрицательное приращение пары регистров
- •4.7 Арифметические и логические операции
- •4.7.1 Арифметические операции над (a) и (r)
- •4.7.2 Арифметические операции с непосредственной адресацией
- •4.7.3 Сложение содержимого пар регистров
- •4.7.4 Логические операции над (а) и (r)
- •0800) Ora c
- •4.7.5 Логические операции с непосредственной адресацией
- •4.7.6 Операции сравнения
- •4.7.7 Операции циклического сдвига (а).
- •4.7.8 Дополнение аккумулятора
- •4.8 Команды перехода и вызова подпрограмм
- •4.8.1 Команды переходов
- •4.8.2 Команды вызова подпрограмм и возврата из подпрограмм
- •4.9 Команды ввода – вывода
- •4.9.1 Ввод данных из входного порта
- •4.9.2 Вывод данных в выходной порт
- •4.10 Команды управления
- •4.10.1 Рестарт (повторный запуск)
- •4.10.2 Изменение (Тс)
- •0800) Stc
- •0800) Cmc
- •4.10.3 Управление прерываниями
- •4.10.4 Двоично-десятичная коррекция
- •4.10.5 Пустая операция
- •4.10.6 Останов
- •4.11 Микропроцессор intel8085
- •4.11.1 Архитектура мп intel8085
- •4.11.2 Регистры мп Intel 8085
- •4.11.3 Ввод и вывод последовательных данных
- •4.12 Контрольные вопросы и задания
- •Глава 5. Микропроцессор к1810вм86 (Intel 8086)
- •5.1. Устройство и работа микропроцессора Intel 8086 (k1810bm86)
- •5.1.1. Структура микропроцессора Intel 8086
- •5.1.2. Режимы работы микропроцессора
- •5.1.3. Структура минимально укомплектованной системы на базе микропроцессора к1810вм86
- •5.1.4. Структура системы средней сложности на базе микропроцессора к1810вм86
- •5.2. Программная модель микропроцессора Intel 8086
- •5.2.1. Пользовательские регистры
- •5.2.2. Регистры общего назначения
- •5.2.3. Сегментные регистры
- •5.2.4. Регистры состояния и управления
- •5.3. Формирование физического адреса в микропроцессоре Intel 8086
- •5.4 Способы адресации микропроцессора
- •5.5 Контрольные вопросы и задания
- •Глава 6. Микропроцессоры Intel от 80186 до Pentium 4
- •6.1. Архитектура микропроцессоров 80186/80188
- •6.2. Микропроцессор 80286
- •6.2.1 Аппаратные особенности
- •6.2.2 Система команд
- •6.2.3. Виртуальная память
- •6.3. Микропроцессоры 80386 и 80486
- •6.3.1. Микропроцессор 80386
- •6.4. Микропроцессоры Pentium и Pentium Pro
- •6.5. Специальные регистры микропроцессора Pentium
- •6.6. Управление памятью микропроцессора Pentium
- •6.7. Новые команды микропроцессора Pentium
- •6.8. Специальные особенности микропроцессора Pentium Pro
- •6.9. Микропроцессоры Pentium II, Pentium III и Pentium 4
- •6.9.1. Сопряжение с памятью
- •6.9.2. Набор регистров
- •6.11 Контрольные вопросы и задания
- •Глава 7. Микропроцессор к1801вм1, магистраль q-bus
- •7.1 Микропроцессор к1801вм1
- •7.1.1 Структурная схема микропроцессора к1801вм1
- •7.1.2 Основные технические характеристики
- •7.1.3 Регистровая модель микропроцессора
- •7.1.4 Адресное пространство
- •7.1.5 Формат команд
- •7.1.6 Методы адресации
- •7.2. Системная магистраль q-Bus
- •7.2.1 Временная диаграмма цикла ввод
- •7.2 2 Временная диаграмма цикла вывод
- •7.2.3 Цикл ввод-пауза-вывод
- •7.2.4 Временная диаграмма предоставления прямого доступа к памяти
- •7.2.5 Временная диаграмма прерывания
- •7.3 Контрольные вопросы и задания
- •Глава 8. Понятие и задачи интерфейса
- •8.1 Интерфейс
- •8.2 Селекция магистралей
- •8.2.1 Схемы централизованной селекции
- •8.2.2 Схемы децентрализованной селекции
- •8.3 Синхронизация обмена по магистрали
- •8.4 Координация взаимодействия устройств на магистрали
- •8.5 Контрольные вопросы и задания
- •Глава 9. Интерфейсные блоки для магистралей isa и q-bus
- •9.1 Isa
- •9.2. Порядок обмена по системной магистрали isa
- •9.2.1. Особенности магистрали isa
- •9.2.2. Сигналы магистрали isa
- •9.2.3. Циклы магистрали isa
- •9.3 Разработка устройств сопряжения для isa
- •9.3.1. Проектирование аппаратуры для сопряжения с isa
- •9.4 Разработка устройств сопряжения для q-bus
- •9.5 Контрольные вопросы и задания
- •Глава 10. Промышленные интерфейсы. Сетевые протоколы в автомобиле
- •10.1 Промышленные Fieldbus (полевые) сети
- •10.1.1 Модель osi (Open System Interconnection) (iso/osi) для стандартов.
- •10.1.2 Локальная сеть на основе интерфейса rs-485, объединяющая несколько приемо-передатчиков.
- •10.2 Этапы развития fieldbus технологий
- •10.3 Сетевые протоколы в автомобиле
- •10.4 Контрольные вопросы и задания
- •Глава 11. Интегральные схемы программируемой логики (ис пл)
- •11.1. Классификация ис программируемой логики
- •11.2. Конструктивно-технологические типы современных программируемых элементов
- •11.3. Области применения микросхем с программируемой логикой
- •11.4 Системные свойства ис пл
- •11.5 Типовые схемотехнические решения
- •11.6 Приемы дополнительной обработки сигнала
- •11.7 Организация двунаправленных выводов
- •11.8 Схема программирования типа выхода ячейки (введение триггера)
- •11.9 Fpga (программируемые пользователем вентильные матрицы)
- •11.10. Полные ресурсы межсоединений в микросхемах cpld
- •11.11 Контрольные вопросы и задания
- •Заключение
- •Глоссарий
- •Список литературы
4.2 Основные технические характеристики мп кр580вм80а
Универсальный микропроцессор с трехшинной организацией.
Разрядность шины данных – 8 бит.
Разрядность шины адреса – 16 бит.
Способность осуществлять обмен данными под управлением процессора, работать в режимах прямого доступа к памяти (ПДП) и прерываний.
Структура прерываний – радиальная, до 64 устройств.
Структура прямого доступа к памяти – радиальная, до 4 устройств.
Адресное пространство памяти и внешних устройств разделены (64 Кбайт памяти и 256 внешних устройств).
Форма представления чисел – дополнительный код с фиксированной запятой.
Имеет возможность работать с двоично-десятичными числами (BCD код).
Максимальная тактовая частота – 2,5 МГц.
Напряжения питания, В - +12; +5; -5.
Потребляемая мощность - 1,25 Вт.
Технология изготовления – n-МОП.
Тип корпуса – 40-выводный DIP (2123.40-2).
Количество регистров общего назначения (POH) – 7.
Количество команд – 244.
Количество методов адресации – 4.
4.3 Регистровая модель мп к580вм80
Регистры являются важной составной частью любого микропроцессора. Они участвуют в реализации основных логических функций микропроцессора. Каждый регистр микропроцессора может использоваться для временного хранения одного слова данных. Некоторые регистры имеют специальное назначение, другие многоцелевое. Регистры последнего типа называются регистрами общего назначения и могут использоваться программистом по его усмотрению.
В процессе ознакомления с каждым из основных регистров следует обращать внимание на то, какое влияние оказывает именно этот регистр на данные, проходящие «сквозь» микропроцессор.
С точки зрения пользователя и разработчика МПС важнейшими являются сведения о системе команд микропроцессора. В этом смысле МП представляет собой массив программно-доступных регистров, над содержимым которых выполняются указанные в командах операции.
Программно-доступными является:
8- битовые регистры A, B, C, D, E, H, L ;
16- битовые регистр слова состояния PSW (регистры A и F ),
пары регистров BC, DE, HL, указатель стека SР, программный счетчик PC ;
отдельные признаки регистра флагов FL ;
триггер разрешения прерывания INTE
А – аккумулятор – главный регистр микропроцессора при различных манипуляциях с данными. Большинство арифметических и логических операций осуществляется путем использования АЛУ и аккумулятора.
РС – счетчик команд – это один из наиболее важных регистров микропроцессора. Как известно, программа – это последовательность команд, хранимых в памяти микроЭВМ и предназначенных для того, чтобы инструктировать машину, как решать поставленную задачу. Для корректного выполнения задачи команды должны поступать в строго определенном порядке. На счетчике команд лежит ответственность следить за тем, какая команда выполняется, а какая подлежит выполнению следующей. Счетчик команд имеет больше разрядов, чем длина слова даны микропроцессора. В любой из 65 536 областей памяти микропроцессора может находиться информация о том или ином шаге программы, т.е. в пределах диапазона значений адресов от 0 до 65 535 программа может начаться и закончится в любом месте. Чтобы обратиться по любому из этих адресов, счетчик команд должен располагать 16 двоичными разрядами.
Перед выполнением программы счетчик команд необходимо загрузить числом - адресом области памяти, содержащей первую команду программы.
После извлечения команды из памяти микропроцессор автоматически дает приращение содержимому счетчика команд. Это приращение счетчик команд получает как раз в тот момент, когда микропроцессор начинает выполнять команду, только что извлеченную из памяти. Следовательно, начиная с этого момента, счетчик команд «указывает», какой будет следующая команда. Счетчик команд содержит адрес следующей команды на протяжении всего времени выполнения текущей команды. Об этом важно помнить, потому что, программируя работу микропроцессора, вы можете столкнуться с необходимостью использования текущего значения счетчика команд.
FL – регистр флагов. Этот регистр предназначен для хранения результатов некоторых проверок, осуществляемых в процессе выполнения программы. Запоминание результатов упомянутых проверок позволяет использовать программы, содержащие переходы.
В микропроцессоре К580ВМ80 регистр флагов имеет 8 разрядов, 5 из которых и хранят результат проверки.
Разряд Тs =1, если результат отрицательный (первый бит результата = 1)
Разряд Tz =1, если результат = 0
Разряд Th =1, если был перенос из старшей тетрады в младшую
Разряд Tp =1, если число единиц в результате четно
Разряд Tc =1, если был перенос или заем.
Пример:
Результат получился отрицательный, следовательно Тs =1;
не равен 0, следовательно Тz = 0;
переноса из старшей тетрады в младшую не было, следовательно Тh = 0;
число единиц в результате данного примера = 6, т.е. четно, следовательно Тр = 1;
перенос был, следовательно Тс = 1
Т.о. флаговый регистр = 10000111=87h
Таблица 4.1
Регистровая модель МП К580BM80
Команда МП - это такое двоичное слово, которое, будучи прочитано микропроцессором, заставляет его выполнить определенные действия. Другие, отличные от команды двоичные слова подобные действия в МП вызывать не могут.
Набор команд МП - это все его команды.
Команда содержит информацию двух видов:
- она должна сообщать МП, что делать (сложить, переслать и т.п.), т.е. должна содержать код операции (коп);
- должна указывать адрес, т.е. местоположение обрабатываемых данных.
Для облегчения запоминания различных команд применяется их мнемоническое обозначение - сокращенная запись названия команды. Это обычно три буквы названия операции. Сочетание сокращенного буквенного обозначения кода операции с числовой формой записи адреса является одной из наиболее удобных форм записи команды. Мнемоническое обозначение команды является составной частью при использовании языка ассемблера.
Таблица 4.2
Обозначения, используемые в системе команд МП К580BM80
Обозначение |
Содержание | |
< Bi > |
i-ый байт команды | |
R |
Обозначение одного из регистров: | |
Код регистра |
Наименование регистра r | |
000 |
B | |
001 |
C | |
010 |
D | |
011 |
E | |
100 |
H | |
101 |
L | |
110 |
M (память) (HL) | |
111 |
A (аккумулятор) | |
Если r = M, то это значит, что источником или приемником информации является ячейка оперативной памяти, адрес которой хранится в паре регистров (HL) | ||
F |
Регистр признаков (флагов), состоящий из триггеров: | |
Триггеры регистра |
Условие истинности | |
Tc (перенос) |
Наличие переноса или заёма | |
Tz (нуль) |
Результат равен нулю | |
Ts (знак) |
Старший разряд результата равен 1 | |
Tp (чётность) |
Число единиц в результате четно | |
Th (полуперенос) |
Наличие переноса из старшей тетрады в младшую | |
( r ) |
Содержимое регистра r | |
[ ( r ) ] |
Ячейка памяти, адрес которой ( r ) | |
|
Логическая операция «И» | |
|
Исключающее «ИЛИ» | |
|
Логическая операция «ИЛИ» | |
rm |
m-ый бит регистра r | |
SP |
Указатель стека | |
PC |
Счетчик команд | |
|
Пересылка |