2.2. Принципы управления операциями
Построение УП МП осуществляется на основе соблюдения двух различных принципов:
- схемного,
- микропрограммного.
Рис. 2.2. Схемный принцип управления операциями
Схемный принцип построения УП предусматривает, что для каждой операции МП создается свое устройство управления. Команда, поступаемая в УП, дешифрируется и подается на отдельную схему управления, которая и осуществляет обработку информации в соответствии с логикой команды. Другая команда инициирует другую схему управления, которое осуществляет обработку в ОП другим способом и т.д. Преимуществом такого построения является простота программирования операций, недостатком - низкое быстродействие, значительный объем кристалла, занимаемый УП (количество схем управления равен количеству команд в системе команд, а это не одна сотня), невозможность изменения системы команд МП в процессе работы.
Микропрограммный принцип управления предусматривает, что в УП имеется специальный регистр управляющего слова (РУС). Из специальной управляющей памяти в очередной такт работы МП в РУС выдается управляющее слово, которое инициирует свои управляющие цепи (рис. 2.3). Затем в следующий цикл работы МП РУС инициирует другие управляющие цепи и т.д.
Управляющее слово составляет часть микрокоманды - элементарной операция, выполняемой за один тактовый интервал. Группа микрокоманд (МК), выполняющая определенное действие, образует микропрограмму. Микропрограммы хранятся в специальной управляющей памяти (УП). Когда из оперативной памяти (ОП) поступает команда на выполнение определенной операции (сложение, вычитание, умножение и т.п.), то в УП ищется соответствующая микропрограмма. Она последовательно считывается из УП и управляющие слова, размещенные в микрокоманде, помещаются в РУС. Блок, который находит соответствующую микропрограмму в УП носит название блока микропрограммного управления (БМУ). Он может быть выполнен в виде отдельной БИС или группы ИС.
ШД
микрокоманд
Рис. 2.3
2.3. Архитектура микропроцессоров
Под архитектурой МП понимают его логическую организацию, определяемую возможностями МП по аппаратной или программной реализации функций, необходимых для построения микро-ЭВМ или управляющих устройств. Понятие архитектуры отражает структуру МП, способы обращения ко всем доступным элементам структуры, способы представления и форматы данных, набор операций, выполняемых МП, способы указания (адресации) данных, форматы управляющих слов, поступающих в МП извне, характеристики и назначение вырабатываемых МП управляющих сигналов, реакцию МП на внешние сигналы.
Естественно, что архитектура МП сильно зависит от способа управления операциями, т.е. МП с жесткой системой команд сильно отличается по архитектуре от МП с микропрограммированием, и уж тем более от МП с микропрограммированием и наращиванием разрядности. Поэтому сначала рассматривается архитектура МП с жесткой логикой на примере МП серии К580.
2.4. Микропроцессор кр580ик80а
Данный тип МП является типичным представителем МП с жесткой системой команд. С него началось развитие основной линии развития МП и ОЭВМ, его основные характеристики прослеживаются в большинстве современных микроконтроллеров. С другой стороны он достаточно прост для изучения. Структурная схема МП показана на рис. 2.4.
Типичными элементами МП в этой структурной схеме являются: блок регистров общего назначения (РОН) - восьмиразрядных регистров, обозначенных как А, В, С, D ,Е, Н, L ; регистры специального назначения - счетчик команд (PC), указатель стека (SP), регистр флажков ( F регистр), регистры временного хранения (W, Z); 8-ми разрядное АЛУ; схема управления.
Некоторые из РОН могут объединяться в пары, образуя шестнадцатиразрядные регистры - BC, DЕ, НL . Регистры W и Z являются регистрами временного хранения и недоступны программисту.
Результат арифметической или логической операции анализируется, и некоторые ее признаки фиксируются в специальном регистре флажков F (восьмиразрядный регистр, у которого только пять разрядов несут следующую информацию):
Разряд Z устанавливается в "1", если результат операции = 0,
Разряд C устанавливается в "1", если возникает перенос единицы из старшего разряда аккумулятора (переполнение),
Разряд AC устанавливается в "1", когда существует перенос из младшей тетрады аккумулятора в старшую (восемь разрядов аккумулятора можно разделить на две четырехразрядные тетрады),
Разряд S устанавливается в "1", если знак результата отрицательный (в МП предусмотрена возможность оперировать семиразрядными числами со знаком, причем знаковым является старший разряд 8-разрядного числа - если он равен"1"- то число отрицательное),
Разряд P устанавливается в "1", если в результате число единиц четное.
При не соблюдении вышеназванных условий соответствующие разряды регистра флажков устанавливаются в "0". Затем при выполнении следующей операции каждый разряд регистра флажков можно использовать: для выполнения условного перехода, арифметических операций и т.д.
Счетчик команд - 16-ти разрядный счетчик, в который при начальном запуске МП автоматически записывается 0000. Затем при выполнении каждой операции в него автоматически записывается через инкрементор либо 1, либо 2, либо 3 (в зависимости от типа операции), и информация от счетчика через фиксатор адреса и адресный формирователь поступает на внешнюю шину адреса для выборки соответствующей ячейки памяти. Число ячеек памяти, которое можно адресовать МП составляет 216= 64К (К=1024) байт. (Байтом называется 8-ми разрядное число данных).
Рис. 2.4.