13.3. Принцип программного управления в микропроцессорной системе.

Работа микропроцессорной системы, как и любого цифрового устройства, заключается в обработке исходных данных по заданному алгоритму. Под алгоритмом работы цифрового устройства понимается набор последовательно выполняемых действий по обработке исходных данных с целью получения требуемого результата. В микропроцессорной системе алгоритм реализуется при выполнении программы, хранимой в памяти в виде последовательности команд. Программа работы встроенной в какое-либо устройство специализированной микропроцессорной системы хранится в ПЗУ. В случае использования микропроцессорной системы в качестве универсальной, ОЗУ используется и для хранения программ. В этом случае обычно используется ПЗУ с малым объемом, куда записывается небольшая программа-загрузчик, под управлением которой в начале работы в ОЗУ с какого-либо внешнего устройства загружается рабочая программа.

Выполнение любой команды начинается с чтения микропроцессором из запоминающего устройства кода этой команды, называемого кодом операции. Далее этот код должен быть дешифрирован микропроцессором и по результатам дешифрации определяются дальнейшие его действия по выполнению этой команды. Если команда имеет операнд, т.е. значение, над которым команда выполняет действие, то в команде должно быть определено местонахождение этого операнда. Он может находиться в памяти, считываться из порта ввода или выводиться в порт вывода, присутствовать в самой команде в качестве константы. После окончания выполнения текущей команды микропроцессор переходит к выполнению очередной команды, т.е. обращается к ячейке памяти, где хранится код следующей команды.

Каждая команда требует для своей реализации выполнения определенной последовательности элементарных преобразований, которые называются микрооперациями и реализуются микрокомандами. К ним относятся пересылки информации между частями системы, логические поразрядные операции, сдвиги информации и другие. Каждая микрооперация выполняется в течение одного такта сигнала синхронизации. Количество типовых микрокоманд у микропроцессора обычно небольшое. Но, комбинируя микрокоманды в определенные последовательности, можно получить систему команд любого уровня сложности и развитости.

Система команд – это полный перечень команд, которые может выполнять микропроцессор. Дешифрацию кода команды, разбивку команды на микрокоманды и формирование управляющих сигналов, под действием которых команда отрабатывается, выполняет устройство управления микропроцессора. Существуют микропроцессоры, в которых устройство управления представляет собой схему жесткой логики, и микропроцессоры, в которых устройство управления представляет собой ПЛИС. У первых система команд фиксированная, у вторых – изменяемая.

Время, необходимое для считывания команды из памяти и ее выполнения, называется циклом команды. Цикл команды реализуется обычно за несколько машинных циклов (от одного до пяти). Машинный цикл - это промежуток времени, затрачиваемый микропроцессором на одно обращение к какому-либо периферийному модулю (ОЗУ, ПЗУ, порту ввода или вывода). В микропроцессорах используются обычно следующие базовые типы машинных циклов:

• выборка команды (прием кода операции и его дешифрация);

• считывание из памяти;

• запись в память;

• ввод из порта ввода;

• вывод в порт вывода;

• прерывание;

• останов.

Каждый машинный цикл состоит из микрокоманд и выполняется за определенное количество тактов сигналов синхронизации. Действия в каждом из тактов индивидуальны для конкретного микропроцессора, но можно выделить общие типовые действия для многих их типов (в порядке очередности их выполнения):

• вывод на шину адреса кода адреса вызываемого порта или ячейки памяти, а на шину управления сигналов их активизации;

• анализ ответных управляющих сигналов, выставление на шину данных передаваемой информации или чтение получаемой;

• расшифровка команды и выполнение внутренних операций.