3 Обоснование выбора микропроцессора
Микропроцессорная система управления рентгеновским дефектоскопом выполнена на базе микропроцессорного комплекта (МПК) КР580. Он позволяет создавать эффективные вычислительные устройства, ориентированные на реализацию вычислительных задач устройств управления. Основу МПК составляет центральный процессорный элемент КР580ИК80А, являющийся функционально-законченным однокристальным параллельным 8-разрядным микропроцессором с фиксированной системой команд. В МП отсутствуют возможности аппаратного наращивания разрядности обрабатываемых данных.
Микропроцессорный комплект БИС серии КР580 предназначен для создания широкого класса средств вычислительной техники и обработки информации. На основе комплекта строятся микроЭВМ контрольно-измерительных систем, микроЭВМ для управления технологическими процессами, контроллеры периферийных устройств, бытовых приборов и игровых автоматов.
Выбор между различными микропроцессорами должен выполняться на основе анализа особенностей их применения, требования точности, разрядности и т.д.
Аналогом процессора КР580ИК80А является 8-разрядный параллельный однокристальный микропроцессор типа 8080 фирмы Intel, серийно выпускаемый с 1974 г. Сравнительный анализ данных микропроцессоров приведен в таблице 3.
При сравнении МП КР580ИК80А и 8080 видно, что они обладают почти одинаковыми характеристиками. Так же известно, что выбранный МП КР580ИК80А имеет недостаток - меньшее быстродействием и отсутствиее возможности наращивания разрядности.
Однако, несмотря на недостатки, МП КР580ИК80А отличается простотой архитектуры и дешевизной, что является важным условием при построении простых устройств, которые не требуют высокой точности и высокого быстродействия.
Таблица 1 – Характеристики МП КР580ИК80А и 8080
Характеристики |
КР580ИК80А |
8080 |
Разрядность слова данных/команд, бит |
8 |
8 |
Технология изготовления |
n-МОП |
n-МОП |
Емкость непосредственно адресуемого ЗУ, байт |
64К |
64К |
Число основных команд |
246 |
78 |
Максимальная тактовая частота, МГц |
2,5 |
4,77 |
Время выполнения команды наим./наиб., мкс |
1/3,2 |
1,5/3,75 |
Число уровней прерываний |
2 |
1 |
Число регистров общего назначения |
6 |
8 |
Число выводов корпуса |
40 |
40 |
Напряжение питания, В |
5,12 |
5,12 |
Из таблицы 1 видно, что число основных команд у процессора КР580ИК80А значительно больше, но максимальная частота 2,5 Мгц, в отличии от 4,77 у процессора 8080.Число выводов корпуса и напряжение питания у обоих процессоров идентичные.
Таким образом, в дефектоскопе «Сирена-1» предпочтительнее использование МП КР580ИК80А, который благодаря своей архитектуре и фиксированному набору команд является наиболее подходящим для применения в подобных устройствах
-
ОПИСАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРА КР580ИК80А
4.1 Структура микропроцессора КР580ИК80А
Микропроцессор К580 представляет собой изготовленную по n-МОП технологии БИС, содержащую около 5 тыс. транзисторов. БИС микропроцессора реализована на кремниевом кристалле размером около 30 мм2, заключенном в корпус с 40 выводами. Длина слова микропроцессора — 8 разрядов. Тактовая частота МП — 2 МГц. Уровни напряжения питания +5, —5, + 12 В.
Микропроцессор К580 предназначен для работы с памятью (постоянной и оперативной) с общей емкостью до 64 Кбайт. Память имеет байтовую структуру — возможна адресация в памяти любого байта. Ширина выборки из памяти — 1 байт. При обращении к памяти используются 16-разрядные (двухбайтные). адреса.
При создании малоразрядных микропроцессоров (в МП К580 слово имеет всего 8 разрядов) возникают трудности с выбором структуры и формата команд. Достижение высокого быстродействия МП облегчается, если формат команды совпадает с длиной слова МП. Однако в коротком 8-разрядном слове невозможно разместить всю командную информацию, необходимую для реализации достаточно гибкой системы команд (МП К580 выполняет 70 различных команд, не считая их модификаций), при довольно большом размере адресного пространства памяти (в МП К580-64К адресов). С другой стороны, использование многословных (многобайтных) форматов команд связано со снижением быстродействия МП. Следует отметить, что имеются трудности при ограниченных аппаратурных ресурсах МП для создания прибора, обладающего широкими вычислительными и логическими возможностями.
Указанные затруднения преодолеваются с помощью эффективных технологических, структурных и схемотехнических решений, а также специальных приемов кодирования команд и адресации операндов.
Структурная схема микропроцессора приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Структурная схема микропроцессора КР580ИК80А
Организация МП К580 отмечена следующими основными особенностями:
-трехшинной структурой с шинами данных, адреса и управления;
-магистральным принципом связей, реализованным в виде связывающей основные узлы МП двунаправленной шины данных, имеющей ширину (8 разрядов), равную длине слов, обрабатываемых микропроцессором;
-наличием регистровой памяти, образованной программно-доступными общими и специализированными регистрами (счетчик команд, указатель стека, указатель данных), а также регистрами временного хранения;
-наличием средств организации стековой памяти (регистр — указатель стека, схемы выполнения операций инкрементации — декрементации, специальных команд стековых операций);
-наличием 16-разрядной шины адреса, обеспечивающей возможность прямой адресации любого байта в памяти емкостью 64 Кбайт;
-наличием операций над двухбайтными словами (16-разрядными числами, адресами), что обеспечивается специальными командами, тандемными (двух- или трехбайтными) передачами;
-использованием трех форматов команд (однобайтного, двухбайтного и трехбайтного) и разнообразных способов адресации (подразумеваемой, прямой, регистровой, косвенной, непосредственной, стековой), позволивших при коротком 8-разрядном слове иметь достаточно гибкую систему команд;
-возможностью реализации векторного многоуровневого приоритетного прерывания путем подключения к МП специальной дополнительной БИС (контроллера прерываний);
-возможностью реализации в МП режима прямого доступа к памяти путем подключения специальной дополнительной БИС (контроллера прямого доступа);
-наличием эффективных средств работы с подпрограммами и обработки запросов прерываний (стековая память, специальные команды вызова подпрограмм и возврата из подпрограмм, в том числе условного).
Отмеченные особенности организация микропроцессора разъясняются при дальнейшем изложении.
МП имеет три шины: 8-разрядную двунаправленную внутреннюю шину данных (ШД), 16-разрядную адресную шину (ША) и шину управления (ШУ).
Внутренняя шина данных является магистралью, по которой могут обмениваться данными все подключенные к ней блоки (узлы) МП. Одновременно по шине данных осуществляется обмен только между двумя узлами МП. Таким образом, узлы МП, подсоединенные к шине данных, разделяют эту шину во времени.
Шина управления содержит линии для передачи управляющих сигналов, признаков состояния процессора и периферийных устройств, в том числе линии: синхронизации передачи и идентификации информации, передаваемой по шине данных; сигналов, информирующих МП о готовности, периферийных устройств; сигнала запроса прерывания от периферийных устройств и сигнала разрешения прерывания и др.
При рассмотрении структуры МП можно выделить следующие ее части: блок регистров, арифметическо-логическое устройство (АЛУ), буферные схемы, управляющее устройство.