Структурная схема микроЭвм

Основой микро ЭВМ является два устройства это процессор и память.

Микропроцессорная система состоит из двух блоков, это процессор и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Эти блоки связаны между собой двумя шинами однонаправленной шина адреса памяти (ШАП) и двунаправленной- шина данных памяти (ШДП). Процессор содержит УУ, которое организует его работу. Основой процессора является АЛУ, которое выполняет все операции. Регистр адреса памяти (РАП) хранит адрес той ячейки ОЗУ, к которой в данный момент происходит обращение. Этот адрес по ШАП поступает на дешифратор адреса памяти. ДАП сигналом на одном из своих выходов выбирает адресуемую ячейку. Данные в АЛУ из памяти и обратно в память перемешаются  по ШДП в память через регистр данных памяти.

Структурная схема процессора.

На этой схеме покажем, прежде всего, взаимосвязь основных регистров центрального процессора.

В составе процессора имеется счётчик команд (СчК), он содержит адрес той команды, которая выполняется в данный момент. После выполнения операции содержимое счетчика увеличивается на одну единицу размерности поля памяти и таким образом содержит адрес следующей команды, т.к команды расположены друг за другом. Кроме того, в современных микропроцессорах имеется возможность модифицировать содержимое счётчика команд, загрузив в него через аккумулятор некий результат выполнения команды, который будет адресом следующей команды. Необходимо при обеспечении ветвлений команды в ходе выполнения.

Когда мы извлекаем из памяти команды, то мы в соответствии  с архитектурой должны определить тип операции и адреса операндов, с которыми мы работаем. Для выполнения этих действий команду надо хранить где-то в течение некоторого времени. Содержимое полей команды должно быть дешифрировано, для того, чтобы определить какую цепочку команд нужно запустить в соответствии с кодом операции. Таким образам регистр команд содержит команду в процессе ее дешифрации и выполнения. Результаты выполнения операции могут помещаться в Регистр Общего Назначения, и их содержимое может использоваться АЛУ в качестве операндов при выполнении операции. Регистр состояния процессора (РСП), разряды этого регистра являются индикаторами, которые характеризуют состояние процессора, например, переполнение разрядной сетки. Эти индикаторы позволяют осуществить ветвление программы. Контроллеры внешних устройств (КВУ) позволяют осуществить обмен информации по шине ввода-вывода.

Регистр стека

Внутри процессора существует специальный набор регистров который называется стеком. Стек позволяет организовать временное хранилище данных и позволяет записывать и читать информацию из этого хранилища. Чтение и запись в это устройство осуществляется в соответствии с теорией массового обслуживания. Существуют 2 известные процедуры массового обслуживания и чтения информации из хранилища

Last Input First Output

и First Input First Output.

Процедура обслуживания LIFO позволяет организовать хранилище данных магазинного типа. При записи данных в верхний регистр стека содержимое его перемещается на 1 позицию вниз. Такая процедура называется «проталкивание вниз». При чтении информации из верхнего регистра стека содержимое его перемещается на 1 позицию вверх. Важным параметром стека является его глубина, т.е. кол-во регистров. Это очень важный параметр, поскольку он определяет например сколько раз мы можем менять контексты программ при прерывании, т.е. сколько вложенных прерываний может обеспечить данная микропроцессорная система. Глубина стека определяет кол-во вызванных прерываний. Если кол-во записываемой информации будет превосходить глубину стека, то может произойти потеря того слова, которое было первым записано в стеке.

Стековая память организуется как правило на регистрах общего назначения. Поскольку кол-во регистров ограничено, то и величина стековой памяти получается небольшой. Организовать стек можно и с помощью ячеек оперативной памяти, но при этом резко упадет быстродействие системы, так как ОЗУ работает медленнее регистров, поэтому ячейки оперативной памяти применяются лишь как продолжение стековой памяти в критических случаях. Например, чтобы не была потеряна информация при переполнении стека.

Существует способ обмена со стеком, такой когда заполнение стека начинается не с верхнего регистра, а с нижнего. Этот принцип работы аналогичен работе со стопкой документов, когда мы кладем документы сверху и берем их всегда также сверху. Должен быть счетчик-указатель стека.

Для работы со стеком по этому алгоритму необходимо всегда знать, насколько стек заполнен чтобы понимать, в какой регистр записать следующее входящее слово. Поэтому здесь вводится специальный регистр, который называется «указатель стека». И в этом регистре хранится номер последнего заполненного регистра стека. Кол-во разрядов указателя стека должно быть таково, чтобы двоичный код его содержимого мог адресовать все регистры стека.