8 Функции процессора, памяти, устройств ввода-вывода. Функции процессора

Процессор представляет собой отдельную микросхему Микросхема процессора обязательно имеет выводы трех шин: шины адреса, шины данных и шины управления. Характеристики процессора — это количество разрядов его шины данных, шины адреса и количество управляющих сигналов в шине управления. Основные функции любого процессора:1)выборка (чтение) выполняемых команд; 2)ввод (чтение) данных из памяти или устройства ввода/вывода; 3)вывод (запись) данных в память или в устройства ввода/вывода; 4)обработка данных (операндов), в том числе арифметические операции над ними; 5)адресация памяти, то есть задание адреса памяти, с которым будет производиться обмен; 6)обработка прерываний и режима прямого доступа.

Функции памяти

Память микропроцессорной системы выполняет функцию временного или постоянного хранения данных и команд. Объем памяти определяет допустимую сложность выполняемых системой алгоритмов и скорость работы системы. Модули памяти выполняются на микросхемах памяти. В составе микропроцессорных систем используется флэш-память, которая представляет собой энергонезависимую память с возможностью многократной перезаписи содержимого. Информация в памяти хранится в ячейках, количество разрядов которых равно количеству разрядов шины данных процессора. Стек — это часть оперативной памяти, предназначенная для временного хранения данных. Особенность стека по сравнению с другой оперативной памятью — это заданный и неизменяемый способ адресации. Можно также хранить в стеке и данные, для того чтобы удобнее было передавать их между программами.

Функции устройств ввода/вывода

Устройства ввода/вывода обмениваются информацией с магистралью по тем же принципам, что и память. Наиболее существенное отличие с точки зрения организации обмена состоит в том, что модуль памяти имеет в адресном пространстве системы много адресов, а устройство ввода/вывода имеет немного адресов.

Входной порт в простейшем случае представляет собой параллельный регистр, в который процессор может записывать информацию. Выходной порт обычно представляет собой просто однонаправленный буфер, через который процессор может читать информацию от внешнего устройства.

Устройства ввода/вывода помимо программного обмена могут также поддерживать режим обмена по прерываниям. В составе микропроцессорных систем выделяются три специальные группы устройств ввода/вывода:

• устройства интерфейса пользователя (контроллеры клавиатуры)

• устройства ввода/вывода для длительного хранения информации;

• таймерные устройства.

Таймерные устройства могут не иметь внешних выводов для подключения к внешним устройствам.

9 Методы адресации операндов, регистры процессора.

Методы адресации

Количество методов адресации в различных процессорах может быть от 4 до 16. Рассмотрим несколько типичных методов адресации операндов, используемых сейчас в большинстве микропроцессоров.

Непосредственная адресация предполагает, что операнд (входной) находится в памяти непосредственно за кодом команды. Операнд представляет собой константу, которую надо куда-то переслать, к чему-то прибавить и т.д.

Прямая (абсолютная) адресация предполагает, что операнд (входной или выходной) находится в памяти по адресу, код которого находится внутри программы сразу же за кодом команды.

Регистровая адресация предполагает, что операнд (входной или выходной) находится во внутреннем регистре процессора. Например, команда может состоять в том, чтобы переслать число из нулевого регистра в первый. Номера обоих регистров (0 и 1) будут определяться кодом команды пересылки.

Косвенно-регистровая адресация предполагает, что во внутреннем регистре процессора находится не сам операнд, а его адрес в памяти. Например, команда может состоять в том, чтобы очистить ячейку памяти с адресом, находящимся в нулевом регистре. Номер этого регистра (0) будет определяться кодом команды очистки.

Регистром называется функциональный узел, осуществляющий приём, хранение и передачу информации. По типу приёма и выдачи информации различают 2 типа регистров:

1)С последовательным приёмом и выдачей информации — сдвиговые регистры;

2)С параллельным приёмом и выдачей информации — параллельные регистры.

По назначению регистры различаются на:

• аккумулятор — используется для хранения промежуточных результатов арифметических и логических операций и инструкций ввода-вывода;

• флаговые — хранят признаки результатов арифметических и логических операций;

• общего назначения — хранят операнды арифметических и логических выражений, индексы и адреса;

• индексные — хранят индексы исходных и целевых элементов массива;

• указательные — хранят указатели на специальные области памяти (указатель текущей операции, указатель базы, указатель стека);

• сегментные — хранят адреса и селекторы сегментов памяти;

• управляющие — хранят информацию, управляющую состоянием процессора, а также адреса системных таблиц.

10. При модульном принципе построения все МК одного семейства содержат процессорное ядро, одинаковое для всех МК данного семейства, и изменяемый функциональный блок, который отличает МК разных моделей. Процессорное ядро включает в себя: центральный процессор; внутреннюю контроллерную магистраль (ВКМ) в составе шин адреса, данных и управления; схему синхронизации МК; схему управления режимами работы МК, включая поддержку режимов пониженного энергопотребления, начального запуска (сброса) и т.д. модульная организация, при которой на базе одного процессорного ядра (центрального процессора) проектируется ряд (линейка) МК, различающихся объемом и типом памяти программ, объемом памяти данных, набором периферийных модулей, частотой синхронизации; использование закрытой архитектуры МК, которая характеризуется отсутствием линий магистралей адреса и данных на выводах корпуса МК. Таким образом, МК представляет собой законченную систему обработки данных, наращивание возможностей которой с использованием параллельных магистралей адреса и данных не предполагается; использование типовых функциональных периферийных модулей (таймеры, процессоры событий, контроллеры последовательных интерфейсов, аналого-цифровые преобразователи и др.), имеющих незначительные отличия в алгоритмах работы в МК различных производителей; расширение числа режимов работы периферийных модулей, которые задаются в процессе инициализации регистров специальных функций МК.