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.