3.Структурные схемы обоих типов архитектур содержат: процессорный элемент, память, интерфейсы ввода/вывода (ивв) и увв.

Память и ИВВ для разных типов МП могут быть как внутренними, т. е. размещаться на том же кристалле, что и процессорный элемент, так и внешними. Процессорный элемент содержит регистры, арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройство управления и выполняет функции обработки данных и управления процессами обмена информацией. Память обеспечивает хранение данных и кодов команд программы. Интерфейсы ввода/вывода предназначены для связи с УВВ, например, с клавиатурой, дисплеем, печатающими устройствами, датчиками. Все элементы структурной схемы соединены с помощью шин.

СтруктурнаясхемаМПпоказананарис.14.2.Микро­процессорвключаеттри основных узла: АЛУ,УУиузел регистров.Дляосуществлениясвязимеждуэтимиузлами используетсявнутренняя шина данных. Онасостоитиз восьми(длявосьмиразрядногоМП)линий,покоторым передаются8-разрядныеслова(байты)икомандная информация.Передачасловповнутреннейшинеданных междуузламиМПосуществляетсявобоихнаправлениях, новразныенепересекающиесявременныеинтервалы.

Основнаячасть,илиядро,МП—этоАЛУ,осущест­вляющееобработкуданных.Типичнымиоперациями,

выполняемымиАЛУ,являютсясложение,вычитание,логи­ческоесложение(ИЛИ),логическоеумножение(И), сложениепомодулю2(ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ),ин­версия,сдвиг,пересылка.ОбычноАЛУимеетдвавхода, которыеназываютсявходнымипортами,иодинвыход, иливыходнойпорт.ДанныенавходныепортыАЛУпо­ступаютсвнутреннейшиныданныхилиизспециального регистра,называемогоаккумулятором,черезбуферные регистры,илирегистрыоперандов,предназначенныедля временногохраненияданных. Таким образом, АЛУ выполняет арифметические или логические операции над операндами, которые пересылаются из памяти и/или регистров МП. Операнд — это объект в виде значения данных, содержимого регистров или содержимого ячейки памяти, с которым оперирует команда. Например, в команде сложения операндами являются слагаемые. Операнд может задаваться в команде в виде числа либо находиться в регистре или ячейке памяти. Полученный после выполнения команды в АЛУ результат пересылается в регистр или ячейку памяти.

Регистры предназначены для хранения n-разрядного двоичного числа. Они представляют собой n триггеров со схемами управления чтением/записью и выборки. Регистры создают внутреннюю память МП и используются для хранения промежуточных результатов вычислений.

Любая задача решается по программе, которая пред­ставляет собой строгую последовательность нужных ко­манд. Эту последовательность поступления команд обес­печивает регистр, называемый счетчиком команд. Онявляется адресным регистром, указывающим на адрес ячейки памяти в пространстве памяти программ, хранящей код команды, которая будет выполнена следом за текущей командой.

Счетчик команд может иметь большее число разрядов, чем длина слова данных. В результате можно записать команду в любую ячейку памяти.

Перед выполнением программы в счетчик команд за­писывают число, которое определяет адрес первой программы, хранящейся 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.

Аккумулятор — это регистр, в котором хранится один из операндов. После выполнения команды в аккумуляторе вместо операнда размещается результат операции. В 8-разрядных процессорах аккумулятор принимает участие во всех операциях АЛУ. В 16-разрядных МП большинство команд выполняется без участия аккумулятора, однако в некоторых командах (ввод, вывод, умножение, деление) аккумулятор действует так же, как и в 8-разрядных МП, т. е. сохраняет один из операндов, а после выполнения команды — результат операции.

Регистркоманд предназначен для хранения кода операции текущей выполняемой команды. Данный регистр недоступен для программиста. Данные в него поступают автоматически по шине данных во время фазы выборки команды из памяти.

Регистр признаков, или флажковый регистр, служит для индикации различных признаков результатов опера­ций, выполняемых АЛУ: нулевого результата, перепол­нения и др. Он состоит из отдельных триггеров, назы­ваемых флажками, которые в зависимости от проявления того или иного признака устанавливаются в состоянии О или 1. Эта информация необходима программисту при составлении и отладке программы вычислений.

Регистр состояний воспринимает информацию из ре гистра признаков и в зависимости от значений признаков позволяет изменять последовательность выполнения команд и осуществлять так называемые условные переходы. При этом изменяется содержание счетчика команди он настраивается на выборку не следующей, а нужной команды. Наличие команд условного перехода делает МП более универсальным, позволяет выбирать различные пути решения задачи в зависимости от возникающих в ходе решения условий.

Регистр операндов предназначен для хранения операндов на время выполнения над ними операций в АЛУ. Они не доступны программисту для использования.

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, например последовательность выполнения по старшинству раз­личных арифметических действий. Стековые регистры под­ключены таким образом, что первая команда, записанная в первый регистр, при записи второй команды «проталки­вается» во второй регистр, а в первом оказывается за­писанной вторая команда. При записи третьей команды первая переходит в третий регистр, вторая — во второй и т. д. При выборке команд из стека первой выбирается последняя, затем предпоследняя и т. Д

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

Указатель стека определяет адрес ячейки (регистра) стека, заполненной последней командой. Эта ячейка на­зывается вершиной стека. После выборки команды из стека содержимое указателя стека уменьшается на 1, а при записи в стек очередной команды — увеличивается на 1.

РаботойАЛУивнутреннимирегистрамиуправляетУУ,котороеизвлекаетизрегистракомандочередную команду, дешифрирует ее,т.е.определяет,какая операция должна осуществляться,иобеспечиваетвыполнение этой операции в АЛУ.

После записи команды в регистр УУ осуществляет ее распознавание (декодирование), и в АЛУ поступают сигналы, стимулирующие выполнение данной команды. Этот процесс называют циклом или фазой выполнения команды.

Устройство управления вырабатывает управляющие сигналы для всех блоков структурной схемы МП в соответствии с кодами команд, внешними управляющими сигналами и сигналами синхронизации, а также управляет обменом информацией между МП, памятью и УВВ. Устройство управления реализует такие функции: начальная установка МП, синхронизация, прерывания, согласование быстродействия модулей МПС.

Функция начальной установки МП. Внешний сигнал начальной установки процессора RESETформируется при включении источника питания МП или при нажатии кнопки RESET. При появлении этого сигнала устройство управления обеспечивает загрузку нулевого значения в указатель команд, который инициирует выборку из памяти байта команды с нулевым адресом. В конце выборки содержимое указателя команд увеличивается на единицу, и выбирается байт команды со следующим адресом. Таким образом выполняется вся записанная в памяти программа.

Функции синхронизации. В соответствии с внешними управляющими сигналами и сигналами синхронизации устройство управления синхронизирует работу всех блоков МП.

Функция прерываний. С поступлением сигнала прерывания устройство управления инициирует выполнение подпрограммы обработки соответствующего прерывания. Потребность в реализации функций прерываний возникает тогда, когда во время выполнения основной программы надо перевести МП на решение другой задачи, например, обработки аварийной ситуации или работы с УВВ.

Функция согласования быстродействия модулей микропроцессорной системы. Во время обслуживания памяти и УВВ, быстродействие которых значительно меньше, чем у МП, согласование быстродействия реализуется генерацией тактов ожидания МП. Во время обслуживания устройств с большим быстродействием, чем у МП, используется режим прямого доступа к памяти.

Цикл выборки совместно с циклом выполнения ко­манды образуют цикл команды.

Взаимодействие и координация работы всех узлов микропроцессорной системы осуществляется высокоста­бильным генератором тактовых импульсов, с помощью которых формируются машинные циклы и циклы команд. Машинным циклом называют время, требуемое для из­влечения одного байта информации из памяти или вы­полнения команды, определяемой одним машинным словом