3. Типовые микропроцессоры и их применение.

3.1. Структура и характеристика типовых мп с фиксированной разрядностью и набором команд.

Структурная схема типового МП с фиксированной разрядностью и набором команд представлена на рис.3.1.

Устройство обработки данных в данной структуре представлено арифметико-логическим устройством (АЛУ), аккумулятором, двумя временными регистрами АЛУ, регистром признаков, регистрами общего назначения (РОН). Блок интерфейса содержит счетчик команд, адресные регистры (в частности указатель стека), буферные регистры данных и адреса, регистр команд (очередь команд). Устройство управления включает в себя дешифратор команд, схему синхронизации и управления, регистры временного хранения и мультиплексор регистров.

В МП использован магистральный принцип организации связи между узлами, заключающийся в том, что все узлы МП работают поочередно на общую внутреннюю шину данных. Обмен информацией между внутренней шиной данных и внешней шиной данных МП осуществляется через трехстабильный двунаправленный буферный регистр данных. Трехстабильный буферный регистр адреса осуществляет выдачу адресов на шину адреса и кроме того позволяет отключить МП от этой шины.

Рис. 3.1. Структура типового однокристального МП.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняет арифметические и логические операции, а также операции сдвига. К входам АЛУ подключены два временных регистра АЛУ, необходимых для хранения участвующих в операции операндов на время выполнения всей команды. Эти операнды могут поступать с внутренней шины данных или из специального регистра, называемого аккумулятором. Аккумулятор служит для хранения результата операции, поступающего с выхода АЛУ или слова данных поступающего через внутреннюю шину данных из памяти, портов ввода или других регистров. К АЛУ подключен регистр признаков. Регистр признаков (регистр флагов) предназначен для хранения признаков результата операции. Регистр признаков может также содержать информацию о состоянии МП на определенном этапе выполнения программы. Обычно минимальная конфигурация регистра признаков содержит следующие разряды (обозначения разрядов введены условно):

• С - разряд признака переноса. Указанный разряд устанавливается в 1, если в результате сложения двух двоичных чисел длиной в одно слово возникает перенос в старший разряд или в результате вычитания возникает заем из старшего разряда. В противном случае разряд признака переноса устанавливается в 0. Этот признак используется, например, для организации выполнения арифметических операций с повышенной точностью, т.е. с числами длиной более одного слова.

• Р - разряд признака четности. Разряд этого признака устанавливается в 1, если в полученном результате общее число единиц является четным. В противном случае устанавливается в 0. Этот признак используется при контроле данных на четность.

• Z - признак нуля. При нулевом значении результата разряд этого признака устанавливается в 1, при ненулевом - в 0. Этот признак используется, например, для получения временных задержек программным путем.

• S - признак знака. Разряд этого признака дублирует содержимое старшего разряда результата. При выполнении арифметических операций в дополнительных кодах ноль в старшем знаковом разряде результата соответствует положительному числу, а единица - отрицательному.

Регистры общего назначения (РОН) предназначены для хранения поступающих данных и промежуточных результатов. Все РОН доступны программисту, который рассматривает их как сверхоперативное запоминающее устройство. Для некоторых МП в зависимости от типавыполняемой команды РОН могут использоваться или как самостоятельные регистры, или как регистровые пары удвоенной разрядности, или наоборот быть разбитыми на части по группам разрядов. Регистры временного хранения предназначены для кратковременного хранения данных во время выполнения команды и являются программно недоступными. Адресные регистры используются для хранения адресов при косвенной регистровой и других многокомпонентных видах адресации. В некоторых МП функции адресных регистров могут выполнять РОН.

Указатель стека - регистр, содержащий адрес области памяти ОЗУ, называемой стеком.

Счетчик команд - регистр, содержащий адрес ячейки памяти, в которой хранится подлежащая выполнению команда. Выбор и подключение к внутренней шине данных нужного РОH, адресного регистра, указателя стека, счётчика команд или регистров временного хранения осуществляется через мультиплексор регистров. Код операции из памяти через буферный регистр данных и внутреннюю шину данных поступает в регистр команд. Дешифрация кода операции производится в дешифраторе команд, благодаря чему устройством синхронизации и управления вырабатывается нужная последовательность сигналов управления.

Эволюция развития наиболее популярных однокристальных МП фирмы Intel (США) и их основные характеристики представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Эволюция развития МП фирмы Intel и их основные характеристики.

Тип МП	Тактовая частота	Технология	Разрядность шины данных, бит	Напрямую адресуемое пространство*
4004	750 кГц	р-МОП	4	4 Кбайт
4040	750 кГц	р-МОП	4	8 Кбайт
8008-1	800 кГц	р-МОП	8	16 Кбайт
8080 (отечественный аналог КР580ИК80)	2 МГц	n-МОП	8	64 Кбайт
8086 (отечественный аналог КМ1810ВМ86)	6 МГц	n-МОП	16	1 Мбайт
8088-1	10 МГц	n-МОП	8 (для внешней шины)	1 Мбайт
80286	25 МГц	КМОП	16	16 Мбайт
80386	40 МГц	КМОП	32	4 Гбайт
80486	66 МГц	КМОП	32	4 Гбайт
Pentium (Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium IV)	166 МГц  3 ГГц	КМОП	64	4 Гбайт

^* При использовании сложных комбинированных способах адресации, к которой относится сегментная адресация, объем памяти уже для МП 80386 может достигать уровня 64 Тбайт.