14. Модуль процессора микропроцессорной системы. Состав модуля – операционный блок, блок управления, интерфейсный блок. Выполняемые функции

Основным модулем МПС является процессор, который осуществляет обработку информации внутри МПС и управление всей системой. В самом общем случае МП можно представить в виде трех функциональных блоков: операционного блока (ОБ), блока управления и интерфейсного блока.

Операционный блок. Он предназначен для выполнения логических и арифметических операций. В его состав входят арифметико-логическое устройство (АЛУ), буферные регистры операндов, регистр результата (аккумулятор), регистр признаков (флагов) и блок регистров общего назначения (РОН).

В АЛУ выполняются несколько простейших арифметических (сложение, вычитание) и поразрядных логических (И, ИЛИ, НЕ и др.) операций. Более сложные операции, например, умножение и деление, выполняются программно с помощью процедур. Кроме универсального АЛУ микропроцессор может содержать одно или несколько специализированных АЛУ. В качестве них обычно использую блок аппаратного умножения и деления, а также блоки выполнения операций с плавающей точкой.

Важной составляющей операционного блока является блок внутренней памяти, реализованной в виде набора программно доступных регистров, называемых регистрами общего назначения (РОН). Время обращения к РОН меньше, чем к многим другим устройствам памяти, поэтому память на РОН часто называют сверхоперативной (СОЗУ). Использование РОН позволяет исключить значительную часть обращений МП к памяти через системную шину. С одной стороны, это повышает производительность за счет более быстрого обращения к РОН, с другой стороны, появляется возможность в это время использовать системную шину для обмена информацией между другими устройствами МПС.

Признаки операций АЛУ, характеризующие результаты вычислений, запоминаются в битах регистра признаков. Признаки операций обычно называются флагами. Типичными признаками (флагами) являются: нулевой результат, наличие переноса, переполнение, четность, знак.

Блок управления. В процессе выполнения программы блок управления (БУ) координирует работу всех блоков МП и микропроцессорной в целом. С помощью БУ формируются управляющие сигналы, необходимые для организации обмена информацией с внешними устройствами, и обеспечивается выборка команд программы из памяти. В целом БУ выполняет следующие действия:

• считывает и запоминает текущую команду;

• формирует адрес следующей команды;

• реализует выполнение по тактам алгоритма поступившей команды.

Блок управления состоит из регистра команд, дешифратора команд и устройства управления, которое формирует управляющие сигналы для других блоков МП, настраивая их на выполнение определенных операций.

Выполнение любой команды реализуется как последовательность трех фаз: выборка, декодирование и выполнение. Фаза выборки обеспечивает считывание очередной команды из памяти и пересылку ее в МП. Любая команда всегда содержит всю необходимую информацию о выполняемой операции и об ее операндах. Для указания этой информации команды МП имеют определенную структуру, называемую форматом команды. После выборки и дешифрирования команды операционный блок в декодированном виде получает информацию о том, какую операцию он должен выполнить, где в памяти расположены данные, куда следует направить результат операции и где расположена следующая команда. В фазе выполнения устройство управления БУ вырабатывает последовательности управляющих сигналов, обеспечивающих выполнение операции, заданной в команде.

Интерфейсный блок. Он предназначен для организации взаимодействия МП с памятью и устройствами ввода/вывода, расположенными на системной шине МПС, а также для обмена данными между ОБ и внутренними устройствами МП. В общем случае интерфейсный блок процессора должен выполнять следующие функции:

• формировать выходные сигналы на шинах адреса, данных и управления в режиме вывода;

• формировать выходные сигналы адреса, управления и считывать (воспринимать) сигналы с шины данных в режиме ввода;

• синхронизировать процессы внутри МП и на системной шине;

• реализовывать стандартный для системной шины протокол обмена.