Архитектура микропроцессоров intel.

Первые появившиеся микропроцессоры могли работать только с 4 видами. Это великое событие произошло в 1973 году.

Этот микропроцессор, чтобы обрабатывать байты должен был сделать несколько шагов т.е. все устройства на его базе были медленными. Первым промышленным микропроцессором, имеющим 8 бит стал Intel-8008. Он считается лучшим микропроцессором первого поколения, здесь был аккумулятор, РОН, указатель стека и специальные команды ввода/вывода. Следующим шагом была модернизированная версия I-8080. Этот микропроцессор со своей архитектурой, стал стандартом микропроцессоров второго поколения. Далее было несколько модернизаций I-8085 и I-8086, появились конкурирующие микропроцессоры Z-80 и 6800. Чтобы победить в конкуренции, Intel выпустила 16-битовый микропроцессор I-8086, который работал в 10 раз быстрее чем I-8080. I-8086 стал основой для построения первых версий персональных компьютеров IBM-PC.

Общие сведения о микропроцессоре Intel (16-разрядный)

Адресация. Т.к. длина слова в этом микропроцессоре 16 разрядов, то можно предположить, что он способен адресовать объем памяти 64 кбайт. Но для адресации разработчики применили специальный прием, и поэтому микропроцессор генерирует 20 разрядные адреса, это за счет 16 битового смещения к содержимому регистра сегмента, умноженному на 16, т.е. физически адреса вычисляются по следующей формуле:

Физ.адрес = См + (рег.сегм)х16. (*)

Из двоичной арифметики известно, чтобы умножить двоичное число на 2, его необходимо сдвинуть влево на один разряд, поэтому в формуле (*) содержимое регистра сегмента сдвигается влево на 4 разряда, а фактически этот сдвиг означает приписывание к 16 разрядному слову в регистре сегмента 4 нулей справа.

Схема генерации 20 разрядного адресного слова, выглядит следующим образом.

Сегменты и смещения.

У большинства микропроцессоров адрес ячейки памяти представляется собой число, а у 16 разрядных Intel (I-16) задается двумя числами. Это номер блока и смещения. Такой способ задания адреса определяется тем, что команда программы и данные с которыми работает программа располагаются в разных ячейках памяти, т.е. чтобы найти ячейку с данными, нужно найти и взять адрес блока памяти из регистра сегмента данных и еще нужна позиция желаемой ячейки в этом сегмента, т.е. ее смещение. Такой способ адресации является естественным, т.к. широко используется в жизни: определение адреса желаемого дома улица-сегмент, №дома – смещение. Внутри микропроцессора задается только смещение – программистом, а номер блока задается самостоятельно.

Порты ввода/вывода

Дополнения памяти в 1Гб процессор Intel  может адресовать 64к портов ввода/вывода. Он имеет специальные команды ввода/вывода, которые позволяют иметь непосредственный доступ к первым 256-и портам, к остальным процессор имеет косвенный доступ.

Распределение памяти

В  основном память, размером в 1Гб, предназначена  для системных и прикладных программ, часть ячеек памяти выделена для служебных целей. 16 старших байтов отведены под команды начальной загрузки и используются микропроцессором  при включении питания. Первые 1024 ячейки отведены под адреса программ, которые используются микропроцессором при прерывании от внешних устройств.

Прерывание

Прерывания существенно увеличивают эффективность микропроцессоров, т.к. позволяют ему обращать на внешнее устройство внимание только по прерыванию от них. Прерывание бывает двух типов:

1) от внешних устройств или аппаратное.

2)по специальным командам или программе.

Микропроцессор может распознать 256типов прерывания. Каждому прерыванию соответствует свой код типа. Код типа это целое число от 0 до 255 в качестве указателя ячейки, который находится в области памяти с младшим адресом, а эта ячейка содержит адрес программы обработки данного прерывания. Адрес прерываний это вектор прерываний.

Адресная шина и шина данных

16 разрядный микропроцессор Intel, выполнен в виде микросхемы, которая имеет 40 выводов из них 20 выводов служат для вывода адресов ячеек памяти, поскольку память находится в другой микросхеме и эти 20 контактов являются началом адресной шины, для уплотнения информации по первым восьми поводам адресной шины передаются данные , т.е эти 8 проводников используются как восьмибитовая шина данных. Такой прием одновременного использования шин называется мультиплексированием шины адреса и шины данных, кроме того, 4 старших разряда так же мультиплексированы, по ним в микропроцессор поступает информация о состоянии операций с памятью и устройствами ввода/вывода.

Регистры процессора

Регистры процессора можно представить в виде  следующей таблицы.

Регистры данных

Программист может оперировать как 16 разрядными словами, так и с байтовыми регистрами, поэтому регистры данных имеют обозначения как в словном так и в байтовом варианте. Если работаем в словном варианте, то AX-аккумулятор, BX-базовый регистр, CX- счетчик, ДХ- регистр данных. В программе доступны лишь половинки этих регистров, если работаем с младшим разрядом добавляем L, если со старшим добавляем H.

AX(аккумулятор)-используется при умножении, делении, операциях со словами, а так же он используется в операциях ввода/вывода.

БХ(базовый регистр)- используется при адресации данных в памяти.

СХ(счетчик)-используется как счетчик числа повторений при выполнении циклических операций и как счётчик номера позиций элемента данных при операциях над строками.

ДХ(регистр данных)- используется при умножении и делении слов, при операции ввода/вывода в этом регистре задается номер порта.