- •Составитель: Валерий Анатольевич Засов
- •Рецензенты: генеральный директор научно-производственного центра «Информационные и транспортные системы», д.Т.Н., профессор с.В. Архангельский
- •Оглавление
- •1.Принципы организации классической эвм
- •2.Структурная организация процессора
- •3.Принципы организации и программирование
- •4.Принципы организации и программирование
- •5.Структурная организация современных
- •Приложение 1.Список основных команд микропроцессора i8080
- •1.Принципы организации классической эвм и определение микропроцессорной системы
- •1.1.Принципы организации эвм Дж. Фон-Неймана
- •1.2.Определение микропроцессора и микропроцессорной системы
- •1.3.Понятие архитектуры микропроцессорной системы
- •1.4.Структура типовой микропроцессорной системы
- •1.4. Командный цикл и его фазы
- •Контрольные вопросы и задания
- •2.2.Устойство управления с аппаратной логикой
- •2.3.Устройство управления с программируемой логикой
- •2.4.Функция и структура арифметико-логического устройства
- •2.5.Система команд процессора и способы адресации
- •Контрольные вопросы и задания
- •3.Принципы организации и программирование
- •3.1.Структурная схема 8-разрядного микропроцессора
- •3.2.Программная модель 8-разрядной микропроцессорной системы
- •3.3. Способы адресации данных в 8-разрядной микропроцессорной системе
- •3.4.Программирование на ассемблере 8-разрядного микропроцессора
- •3.5. Инструментальные средства разработки и отладки программ для 8-разрядных микропроцессоров
- •3.6. Пример решения задачи
- •3.7.Функциональная схема ядра 8-разрядной микропроцессорной системы
- •Контрольные вопросы
- •4. Принципы организации и программирование
- •4.1. Структурная схема микропроцессоров семейства i8086/8088
- •4.2.Функциональная схема центрального процессора на базе микропроцессора i8086/8088
- •Типы циклов шины мп i8086/8088 Таблица 4.2.
- •4.3. Конвейерный метод выполнения команд и направления его развития
- •4.4. Сегментная организация памяти и ее эволюция
- •4.5.Адресное пространство ввода – вывода
- •4.6.Программная модель микропроцессоров i8086/8088 и способы адресации
- •4.7. Описание системы команд 16-разрядного микропроцессора
- •4.8. Основные элементы программ на языке Турбо ассемблер
- •Контрольные вопросы и задания
- •5.Структурная организация современных микропроцессоров
- •5.1.Структура микропроцессора Intel Pentium 4
- •5.2.Структура микропроцессора amd Athlon
- •5.3.Гиперпотоковая технология организации вычислений
- •5.4.Эффективность многоядерной архитектуры микропроцессоров
- •5.5.Регистровые структуры 32-разрядных микропроцессоров
- •5.6.Регистровые структуры 64-разрядных микропроцессоров
- •5.7.Обобщенный формат команд и типы данных
- •Контрольные вопросы и задания
- •6. Организация памяти в микропроцессорных
- •Системах
- •6.1.Назначение, основные параметры и классификация видов памяти
- •6.2. Иерархическая структура памяти мс
- •6.3. Оперативные запоминающие устройства
- •6.4. Постоянные запоминающие устройства
- •7. Интерфейсы микропроцессорных систем
- •7.1. Назначение и функции интерфейсов
- •7.2. Принципы организации и классификация интерфейсов
- •7.3. Система интерфейсов компьютера
- •8.Способы обмена информацией между устройствами микропроцессорной системы
- •8.1. Программно – управляемый обмен и прямой доступ к памяти
- •8.2. Организация прерываний в мс
- •8.3. Циклы шины
- •9. Программируемый периферийный адаптер
- •9.1. Назначение, структурная схема и режимы работы программируемого периферийного адаптера
- •9.2. Управление работой программируемого периферийного адаптера
- •9.3. Примеры программирования периферийного адаптера
- •Признак pc7-pc4
- •Канал а Канал в
- •Контрольные вопросы и задания
- •10. Программируемый интервальный таймер.
- •Организация счета времени и событий
- •10.1.Назначение, структурная схема и программирование таймера.
- •10.2.Режимы работы таймера
- •10.3. Примеры программирования таймера
- •10.4. Организация счета времени и событий в мс
- •Контрольные вопросы и задания
- •Рассмотрим основные блоки программируемого связного адаптера.
- •11.2. Режимы работы связного адаптера
- •11.3. Управление работой и программирование связного адаптера
- •9.4. Особенности программирования асинхронных адаптеров коммуникационных портов компьютеров
- •11.5. Организация обмена между компьютерами по интерфейсу rs-232с
- •Контрольные вопросы и задания
- •Б иблиографический список
- •Список основных команд микропроцессора i8080
- •Список основных команд микропроцессора i8086/8088 и директивы языка Турбо Ассемблер
- •Основные директивы (псевдокоманды) языка
- •Турбо Ассемблер (tasm)
- •Типы символов в tasm
- •Команды передачи данных
- •Арифметические команды
- •Логические команды и команды сдвигов
- •Строковые или цепочечные команды
- •Команды передачи управления
- •Коды условий перехода (сс)
- •Команды управления микропроцессором
-
Контрольные вопросы и задания
1.В чем суть программного управления и чем оно отличается от аппаратного?
2.Из каких основных блоков состоит вычислительная машина?
3.В чем отличие микропроцессора и микропроцессорной системы?
4.Назовите достоинства и недостатки фон-неймановской и гарвардской архитектур микропроцессорных систем.
5.Какие задачи выполняет системная шина? Какие магистрали входят в состав системной шины?
6.Какие достоинства и недостатки имеет шинная архитектура микропроцессорных систем?
7.С какой целью командный цикл процессора разделяют на ступени (этапы)?
-
2.СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОРА И
-
ЕГО СИСТЕМЫ КОМАНД
-
Процессор микропроцессорной системы (персонального компьютера, программируемого контроллера, микроконтроллера, сигнального процессора) состоит из двух основных блоков: устройства управления и арифметико-логического устройства. Рассмотрим назначение, принципы работы и структурную организацию этих главных устройств процессора.
-
2.1.Функции устройства управления процессора
Устройство управления (УУ) процессора реализует функции управления ходом вычислительного процесса, обеспечивая автоматическое выполнение команд программы. Как было рассмотрено выше, работа программы представляет собой процесс выполнения последовательности командных циклов, каждый из которых в общем случае состоит из этапов или ступеней: выборки команды из памяти, ее декодирования, чтения операнда, исполнения операции, записи результата. Другими словами, процесс функционирования вычислительного устройства состоит из последовательности элементарных действий, выполняемых в его узлах. Такие элементарные преобразования информации, выполняемые в течение одного такта сигналов синхронизации, называются микрооперациями (МО). Совокупность сигналов управления, вызывающих одновременно выполняемые микрооперации, образует микрокоманду (МКм). В свою очередь, последовательность микрокоманд, определяющую содержание и порядок реализации машинного цикла, принято называть микропрограммой. Сигналы управления вырабатываются устройством управления, а точнее одним из его узлов – микропрограммным автоматом (МПА). Название отражает то, что МПА определяет микропрограмму как последовательность выполнения микроопераций.
Д ля выполнения своих функций УУ должно иметь входы, позволяющие определить состояние управляемой системы, и выходы, через которые реализуется управление поведением системы. Структура УУ показана на рис.2.1 /2,6/.
Входной информацией для устройства управления служат:
-
тактовые импульсы – с каждым тактовым импульсом УУ инициирует выполнение одной или нескольких микроопераций;
-
код операции – код операции текущей команды поступает из регистра команды и используется, чтобы определить, какие микрооперации должны выполняться в течение машинного цикла;
-
флаги – требуются устройству управления для оценки состояния центрального процессора и результата предшествующей операции, что необходимо при выполнении команд условного перехода;
-
сигналы из системной шины – часть сигналов с системной шины, обеспечивающая передачу в УУ запросов прерывания, подтверждений и т.п.
В свою очередь, УУ, а точнее микропрограммный автомат, формирует следующую выходную информацию:
-
внутренние сигналы управления – эти сигналы воздействуют на внутренние схемы центрального процессора и относятся к одному из двух типов: тем, которые вызывают перемещение данных из регистра в регистр, и тем, что инициируют определенные функции операционного устройства ВМ;
-
сигналы в системную шину – также относятся к одному из двух типов: управляющие сигналы в память и управляющие сигналы в модули ввода/вывода.
В обобщенной функциональной схеме УУ (рис.2.2) можно выделить две основные части: управляющую и адресную.
У правляющая часть УУ предназначена для управления работой арифметико-логического устройства, адресной части устройства управления, основной памяти и других узлов процессора.
Адресная часть УУ обеспечивает формирование адресов команд и исполнительных адресов операндов в основной (оперативной) памяти.
В состав управляющей части УУ входят:
-
регистр команды (РК), состоящий из адресной (Адрес) и операционной (КОП, СА) частей;
-
микропрограммный автомат (МПА);
-
узел прерываний и приоритетов УПП).
Регистр команды РК предназначен для приема очередной команды из памяти.
Микропрограммный автомат на основании результатов расшифровки операционной части команды (КОП, СА) вырабатывает определенную последовательность микрокоманд, вызывающих выполнение всех целевых функций УУ.
Узел прерываний и приоритетов позволяет реагировать на различные ситуации, связанные как с выполнением рабочих программ, так и с состоянием микропроцессорной системы.
Адресная часть УУ включает в себя:
-
операционный узел устройства управления (ОПУУ);
-
регистр адреса (РгА);
-
счетчик команд (СК).
Регистр адреса используется для хранения исполнительных адресов операндов, а счетчик команд – для выработки и хранения адресов команд. Содержимое РгА и СК посылается в регистр адреса основной памяти (ОП) для выборки операндов и команд соответственно.
ОПУУ, называемый иначе узлом индексной арифметики или узлом адресной арифметики, обрабатывает адресные части команд, формируя исполнительные адреса операндов, а также подготавливает адрес следующей команды при выполнении команд перехода.
В состав УУ могут также входить дополнительные узлы, в частности узел организации прямого доступа к памяти. Этот узел обычно реализуется в виде самостоятельного устройства – контроллера прямого доступа к памяти (КПДП). КПДП обеспечивает совмещение во времени работу арифметико-логического устройства, процесса обмена информацией между памятью и другими устройствами микропроцессорной системы, тем самым повышая общую производительность машины.
Обычно регистры различных узлов УУ объединяют в отдельный узел управляющих (специальных) регистров.
В зависимости от способа формирования микрокоманд различают микропрограммные автоматы:
-
с жесткой или аппаратной логикой;
-
с программируемой логикой.