Лекция 7 разработка микропроцессорных средств (мпс) дискретных су
Микропроцессор — это прибор, изготовленный по высокой степени технологии (или совокупность приборов), который под воздействием программного управления способен выполнять функцию центрального устройства и предназначен для обработки информации и управления процессом этой обработки.
Рисунок 7.1 Обобщенная структура микропроцессора
РАЛУ — предназначен для выполнения различных арифметических и логических операций, а также для хранения промежуточных результатов вычислений.
УУ — обеспечивает выработку последовательности микрокоманд, задающих различные операции, выполняемые АЛУ, интерфейсной логикой и памятью. Для организации команд условной передачи управления, УУ использует флаги условий вырабатываемые АЛУ по результатам предыдущих или текущих команд.
Интерфейсная логика — обеспечивает электрическое сопряжение и формирование протокола обмена микропроцессора с внешними устройствами.
Память — для хранения программ и данных. Всегда состоит из двух частей: ОЗУ и ПЗУ.
7.1 Регистровая алу. Базовая структура ралу.
[(А) * (В)] => С
1. поместить операнды (А) и (В) на входы АЛУ.
2. выполнить операцию в АЛУ.
3. записать результат операции в регистр С.
Указанные элементарные операции, далее неделимые называются микрооперациями.
Рисунок 7.2 Структура РАЛУ
Для того чтобы данную структуру использовать далее, нужно решить:
- задачу управления
- задачу синхронизации
В min объеме задача управления решится формированием управляющего слова, задающего тип операции в АЛУ.
Режимы: хранения, записи.
Основная задача синхронизации: формирование тактовых импульсов с целью фиксации информации: в RG-x в те моменты времени, когда на их входах присутствует достоверная информация.
Условимся, что формирование управляющего слова, будет производиться по переднему фронту, а фиксация по заднему.
Рисунок 7.3 Временная диаграмма работы РАЛУ
Для того, чтобы на данной структуре строить микропроцессоры, необходимо выполнить:
- хранение и использование результатов промежуточных вычислений для организации последовательных вычислений
- приём информации от внешних устройств
- выдача информации на внешние устройства.
Всем этим условиям удовлетворяют 2 структуры:
1. данная структура образуется непосредственным расширением регистра С, с единой системой синхронизации, а также отсутствует аккумулятор (Рисунок 7.4).
Рисунок 7.4 – Первая структура
Рисунок 7.5 - Вторая структура
2. дополнение структуры группой регистров со своей системой синхронизации, присутствие аккумулятора. Данная структура называется РОН.
Сравнение 2-х структур:
По аппаратным затратам схемы 1 и 2 эквивалентны, а по динамическим (временным) характеристикам:
- выполнение операций с записью результата в регистр X
- прием информации от внешних устройств с записью информации во внешние устройства.
С точки зрения выполнения операции с размещением результата в регистре X более предпочтительна структура 1.
С точки зрения приема информации с внешних устройств обе структуры эквивалентны. Рассмотрим с точки зрения выдачи информации на внешние устройства.
Рисунок 7.6 - Временные диаграммы выдачи информации на внешние устройства
С точки зрения передачи информации на внешние устройства более предпочтительней является структура 2, так как в структуре 1 после получения результата операции на выходе АЛУ, необходимо пропустить один такт, так как оставшегося времени, как правило, не хватает для того, чтобы зафиксировать достоверный результат операции во времени RG, поэтому необходимо в течении 2-х тактов сохранять информацию в регистрах А и В неизменной.
В варианте 2 результат операции по ближайшему заднему фронту фиксируется в регистре С, при этом можно одновременно изменять информацию регистрах А и В.
В этой схеме увеличиваются аппаратные затраты.
- наличие лишней RG
- наличие DC для него
- необходимо отводить информацию на магистраль
Для выполнения операций в регистре АЛУ требуется задание:
1. типа операций
2. источника операндов
3. приемника результата
Инструкция, содержащая данную информацию, называется микрокомандой. Количество разрядов из вышеуказанных микро операций является характеристикой конкретного микропроцессора.