Дисциплина: Вычислительная техника и информационные технологии
Общие принципы организации и работы микропроцессорной системы
Учебные вопросы:
1. Структура (архитектура) микропроцессорной системы (МПС).
2. Структура, архитектура однокристального восьмиразрядного микропроцессора (МП) КР580ВМ80.
Литература:
Основнаялитература
1. Цифровая и вычислительная техника. Под ред. Евреинова Э.В М.,. р\св, 1991г.
2. Яковлев Л.А. , Тимченко В.И. «Вычислительная техника»: Методические указания к лабораторным работам СПбГУТ, 2006г.
3. Методические указания по курсовому проектированию по дисциплинам цифровой, вычислительной и микропроцессорной техники. СПбГУТ, 1997г.
4. Гольденберг Л.М. и др. «Цифровые устройства и микропроцессорные системы». Задачи и упражнения. СПбГУТ, 1992г.
Дополнительная литература
1. Белов А.В. Самоучитель разработчика устройств на микроконтроллерах AVR. Наука и техника, СПБ, 2010г. Имеется в продаже (~300руб.) и на сайте интернета
Содержание
1-й учебный вопрос
Структура (архитектура) микропроцессорной системы (МПС)
Определение МПС: комплекс аппаратных и программных средств, которые выполняют определённый набор арифметических и логических операций, таких как: сложение, умножение, сравнение, запись, чтение и другие.
К МПС относят компьютеры, микроконтроллеры и другие цифровые устройства, которые включают программное обеспечение.
Описание операции, которую должна выполнять МПС, называется командой.
Каждая команда кодируется условным обозначением, которое называется кодом операции (КОП).
Исходные данные, которые обрабатываются в МПС, называются операндами.
Пример:
Команда на языке ассемблер MOV B,C; комментарий (B) (C)
Команда в машинном коде 01000001b - 41 h
MOV B,C – команда.
MOV – код операции в мнемонической форме.
B, C – операнды.
Совокупность операций (команд), выполняемых в данной МПС, называется системой команд. В 8-ми разрядном МП свыше сотни команд, в 32-х разрядном МП (персональный компьютер) около1000 команд.
Структура и принцип функционирования МПС
Любая МПС включает следующие устройства:
1. Центральный микропроцессор (ЦМП). Он занимается обработкой информации
Запоминающее устройство (ЗУ), которое состоит из оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и постоянно запоминающего устройства (ПЗУ). ОЗУ – энергетически зависящие устройство, т.е. хранит информацию, только пока к нему подается напряжение.
В ПЗУ информация может храниться постоянно.
Устройства ввода, вывода. К ним относятся: клавиатура, мышка, винчестер, дисплей и т.д.
Все устройства соединены между собой шинами, а именно:
шина адреса (ША),
шина данных (ШД),
шина управления (ШУ).
В совокупности перечисленные шины образуют системную магистраль.
Принцип работы МПС состоит в выполнении заранее разработанной программы, которая определяет последовательность выполнения команд (операций).
Выполнение программы осуществляется последовательным считыванием с ЗУ команды, её дешифрированием и выполнением.
Выполнение команды осуществляется в 2 этапа:
Считывание и дешифрирование команды: ЦМП выставляет на шину адреса (ША) адрес очередной выполняемой команды. Этот адрес по ША поступает в ЗУ. Кроме того, в ЗУ по шине управления (ШУ) подается сигнал чтения содержимого ячейки памяти (ЯП). Содержимое ЯП с кодом команды (операции) по шине данных (ШД) поступает в ЦМП .
В ЦМП содержимое ЯП дешифрирования формируются сигналы для выполнения команды
По результатам дешифрирования МП осуществляется выполнение команды.
По окончании выполнения команды на ША выставляется адрес очередной команды и далее выполняется очередная команда.
2-й учебный вопрос
Структура (архитектура) однокристального восьмиразрядного микропроцессора мп580вм80
Определение МП – программно-управляемое устройство, реализуемое на одном или нескольких чипах, которое осуществляет процесс цифровой обработки информации и управление им.
Структура МП
МП состоит из трех блоков:
1
.
Блок обработки информации ( ).
2. Блок управления
( ).
3. Блок хранения
информации ( ).
Блок обработки информации включает восьмиразрядный регистр – аккумулятор, предназначенный для хранения одного из операндов команды и результата операции (выполнения команды).
MOV B,C ; (B)←(C)
АЛУ – арифметическое логическое устройство, которое выполняет необходимые арифметические и логические действия над операндами и результат записывает в аккумулятор.
Восьмиразрядный регистр признаков (регистр флагов) необходим для хранения признаков выполнения действий в АЛУ.
7 6 5 4 3 2 1 0
|
S |
Z |
0 |
AC |
0 |
P |
1 |
CY |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S – признак отрицательного результата (S=1).
Z – признак нулевого результата (Z=1).
0 – не используется.
AC – признак переноса между полубайтами (АС=1).
Р – признак четного числа единиц в байте результата, т.е. в аккумуляторе (Р=1).
СY – признак переноса старшего разряда результата (СY=1).
Блок управления включает восьмиразрядный регистр команд, предназначенный для хранения КОП-а.
Дешифратор команд дешифрирует КОП и выдает управляющие сигналы на устройство управления.
Устройство управления осуществляет управление процессом выполнения команд.
Блок хранения информации включает шесть восьмиразрядных регистров (регистры общего назначения – РОН) – В, С, D, E, H, L. Они предназначены для временного хранения информации в МП (в КЭШ памяти).
Регистры РОН могут использоваться как по отдельности (восьмиразрядные), так и парами (шестнадцатиразрядные).
Только такие пары регистров могут быть В-С, D-E, H-L .
Указатель стека (SP) – шестнадцатиразрядный регистр, предназначенный для хранения адреса стековой памяти.
Стековая память – выделенная память ОЗУ, в которой реализуется принцип: «первый записал, последний прочитал».
Счетчик команд – шестнадцатиразрядный регистр, предназначенный для хранения адреса выполняемой команды.