Микропроцессоры Лекция 6

Микропроцессоры
Лекция 6
СТРУКТУРА ЭЛЕМЕНТАРНОГО
МИКРОПРОЦЕССОРА (ЭМП)
• Основным устройством всех цифровых систем
(ЦС) является центральный процессор (ЦП). Роль
ЦП ЦС выполняет микропроцессор. Обычно в
технологии информационной техники
– программную память,
– память данных,
– интерфейс ввода-вывода,
– дешифратор адресов
• выполняют на различных ИС, как это было
показано на рис. 4.1.
СТРУКТУРА ЭМП
Центральным устройством системы является
микропроцессор, который содержит обычно
• элементы размещения данных, называемые
регистрами, и
• устройство счета, называемое арифметикологическим устройством (АЛУ).
• Центральное устройство содержит также
цепь декодирования команд и
• секцию управления и синхронизации.
• Оно снабжено также необходимыми
соединениями с устройством ввода/вывода.
СТРУКТУРА ЭМП
• Основными функциями центрального
устройства ЦС являются следующие:
• 1) извлечение, декодирование и выполнение
команд программы в указанном порядке;
• 2) передача данных из памяти и в память и из
УВВ и в УВВ;
• 3) ответы на внешние прерывания;
• 4) установка общей синхронизации и
сигналов управления для всей системы.
СТРУКТУРА ЭМП
Большинство центральных устройств содержит по меньшей мере элементы, схематически представленные на
рис. 4.7.
СТРУКТУРА ЭМП
•
•
•
•
•
•
•
Наиболее важные секции содержат
различные регистры,
АЛУ,
дешифратор команд,
устройства управления и синхронизации,
а также УВВ.
В настоящее время большинство
микропроцессоров содержат множество
дополнительных специальных регистров (на
рис. 4.7 не показаны).
СТРУКТУРА ЭМП
• Арифметико-логическое устройство ЦП
выполняет такие операции, как
• сложение,
• сдвиг/перестановка,
• сравнение,
• инкремент, декремент,
• отрицание, И, ИЛИ, ИЛИ ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ,
дополнение,
• сброс,
• инициализация.
СТРУКТУРА ЭМП
• Если АЛУ должно выполнить операцию сложения
посредством команды ADD1, процедура могла бы
быть аналогичной представленной на рис. 4.8, а.
Здесь
• содержимое аккумулятора ОАН складывается с
• содержимым регистра временного хранения
данных 05Н.
• Сумма OFH помещена в аккумулятор.
• На рис. 4.8, б приведены основные
функциональные элементы типового АЛУ.
СТРУКТУРА ЭМП
Оно содержит сумматор и устройство сдвига,
СТРУКТУРА ЭМП
• а результаты пересылаются в аккумулятор посредством
внутренней шины данных.
• Регистр слова состояния в АЛУ является устройством
чрезвычайно важным (его называют иногда регистром
флагов или индикатором)1.
• Этот регистр состоит из группы триггеров, которые могут
быть:
• установлены или
• сброшены исходя:
• из результатов последней операции, выполненной АЛУ .
• Широко распространен термин флажковый регистр.
Тогда соответствующие триггеры или индикаторы этого
регистра называются флагами — флаг нуля, флаг знака и т.
д.
СТРУКТУРА ЭМП
• Эти триггеры или индикаторы регистра состояния
содержат:
• указатели нуля,
• отрицательного результата,
• переноса и т. д.
• Индикаторы используются для принятия
решений, когда вводятся команды ветвлений
• Аккумулятор обычно используется в ходе
большинства операций, выполняемых
центральным устройством, например, передачи
данных.
СТРУКТУРА ЭМП
• Устройство управления и синхронизации (см. рис. 4.7)
является наиболее сложным в центральном процессоре. Оно
влияет на все события и управляет их протеканием внутри
центрального устройства и во всей микро-ЭВМ. Мы
упоминали в предыдущей главе,
• что каждая команда программы может быть разделена на
этапы извлечения и выполнения.
• Каждый из них в свою очередь может быть разделен на
элементарные микропрограммы.
• Микропрограммы каждой команды находятся в секции
декодирования и выполняются блоком управления и
синхронизации центрального устройства.
СТРУКТУРА ЭМП
• Шестнадцатиразрядный регистр, называемый счетчиком
команд, представлен на рис. 4.7 как элемент, составляющий часть центрального устройства.
• Этот регистр служит для хранения адреса следующей
команды, чтобы извлечь ее из памяти.
• Так как команды выполняются последовательно, счетчик
команд считает прямым счетом.
• Большая часть выпускаемых микропроцессоров имеет 16разрядный счетчик команд, который может адресовать
• 64 К слов памяти посредством адресной шины.
СТРУКТУРА ЭМП
• Нормальная последовательность выполнения команд
программы может быть изменена:
• специальными командами ветвления,
• вызова подпрограмм,
• возврата из подпрограмм или
• прерывания.
• Эти команды повлекут переход содержимого счетчика
команд на другую величину, отличную от следующего
старшего адреса.
• Чтобы вернуть программу в исходное состояние после ее
запуска, оператор должен восстановить в счетчике команд
номер первой команды программы.
СТРУКТУРА ЭМП
• Последовательность
• извлечение-декодирование-выполнение команд
• является основой функционирования вычислительной
машины.
• Первая команда, извлеченная из памяти программы,
определяет код операции первой команды и
• помещается в регистр команд устройством управления
центральным процессором.
• Код операции истолковывается дешифратором команд,
который указывает затем процессору
• процедуру управления и синхронизации, которой должна
следовать программа для выполнения заданной команды.
СТРУКТУРА ЭМП
• Центральное устройство, показанное на
рис. 4.7, является элементарным.
• Большая часть центральных устройств МП
содержит, по меньшей мере, несколько
дополнительных регистров (8 и 16 бит).
Существуют очень большие различия в
количестве и типе регистров в зависимости
от типов МП.