- •Vilniaus gedimino technikos universitetas
- •Mikroprocesoriniai
- •Valdymo įtaisai
- •I dalis mokomoji knyga
- •Vilnius 2008
- •Turinys
- •Žymenys
- •Pratarmė
- •1. Įvadas. Pagrindinės sąvokos ir apibrėžimai
- •2. Mikroprocesoriai. Pagrindinės techninės charakteristikos
- •3. Mikroprocesorinės sistemos organizacija
- •Ir architektūra
- •1 Pav. Mps apibendrinta funkcinė grandinė: cp- centrinis procesorius;
- •2 Pav. Skaitmeninių duomenų pateikimo būdai
- •4. Mps pagrindiniai atminties architektūrų tipai
- •3 Pav. Tipinės atminčių architektūros
- •5. Mps atminties organizavimas
- •4 Pav. Baitinė tiesinės organizacijos atmintis
- •6. Programa, komanda, komandos ciklas
- •5 Pav. Komandos ciklas
- •7. Mp sistemos magistralė (sm). Sm tipai
- •6 Pav. Trijų magistralių mps
- •7 Pav. Dvieju magistralių mps
- •8 Pav. Mps su vietiniais adresų registrais: arg – adreso registras.
- •9 Pav. Mps su bendruoju adresų registru
- •10 Pav. Laikinės funkcionavimo diagramos dviejų magistralių sistemoje
- •8. Sistemos magistralės darbo ciklai
- •9. Sistemos magistralės skaitymo darbo ciklas
- •11 Pav. Trijų magistralių mps skaitymo laikinės
- •12 Pav. Dviejų magistralių mps skaitymo laikinės funkcionavimo diagramos
- •10. Sistemos magistralės rašymo darbo ciklas
- •13 Pav. Trijų magistralių mps rašymo laikinės
- •14 Pav. Dviejų magistralių mps rašymo laikinės
- •11. Sistemos magistralės pertraukties darbo ciklas
- •12. Sistemos magistralės darbo režimai
- •15 Pav. Sm klasikinio asinchroninio darbo režimo laikinės
- •16 Pav. Mažos mps sm asinchroninio darbo režimo laikinės
- •13. Mps tipinės struktūros
- •17 Pav. Apibendrinta magistralinės struktūros funkcinė grandinė: cpm – centrinio procesoriaus modulis; aįm – atminties įrenginio modulis;
- •18 Pav. Magistralinės kaskadinės struktūros funkcinė grandinė: smv – sistemos magistralės valdiklis; vsm – vidinė sistemos magistralė; p0, p1... Pn – portai.
- •19 Pav. Magistralinės radialinės struktūros funkcinė grandinė
- •14. Duomenų įvesties ir išvesties organizavimas
- •14.1. Programiniai duomenų mainai
- •20 Pav. Programiniai besąlyginiai duomenų mainai
- •21 Pav. Įvesties ir išvesties portų funkcinė grandinė
- •22 Pav. Pseudo dvikrypčio porto funkcinė grandinė
- •23 Pav. Įvesties, išvesties ir kvitavimo laikinės diagramos
- •24 Pav. Sąlyginių ciklinių duomenų mainų algoritmas
- •25 Pav. Sąlyginių ciklinių laikinių duomenų mainų algoritmas
- •26 Pav. Sąlyginių neciklinių duomenų mainų algoritmas
- •14.2. Pertrauktiniai duomenų mainai
- •27 Pav. Pertrauktiniai duomenų mainai
- •14.2.1. Radialinė pertraukčių sistema
- •28 Pav. Dinaminė pertraukties signalų priėmimo grandinė
- •29 Pav. Statinė pertraukties signalų priėmimo grandinė
- •30 Pav. Kombinuota pertraukties signalų priėmimo grandinė
- •14.2.2. Išplėstinė radialinė pertraukčių sistema
- •14.2.3. Vektorinė pertraukčių sistema
- •31 Pav. Pertrauktčių valdiklio sujungimo su sm funkcinė grandinė: cp – centrinis procesorius; pv – pertraukčių valdiklis
- •14.3. Tiesioginiai duomenų mainai
- •32 Pav. Tiesioginių duomenų mainų valdiklio sujungimo su sm funkcinė grandinė: cp – centrinis procesorius; tdmv – tiesioginių duomenų mainų valdiklis; pį0 ... PĮn – periferiniai įrenginiai.
- •15. I8085 mikroprocesoriaus mps struktūra
- •33 Pav. I8085 mikroprocesoriaus mps funkcinė grandinė: cp – i8085 centrinis procesorius; arg – adreso registras.
- •16. I8085 mikroprocesoriaus registrų segmentas
- •34 Pav. I8085 mp registrų segmentas
- •17. Bendroji i8085 mp komandų sistemos charakteristika
- •35 Pav. Komandos struktūra
- •36 Pav. Tiesioginio adresavimo komandų formatai: port – porto adresas (1 baitas); adrl – adreso jaunesnysis baitas; adrh – adreso vyresnysis baitas.
- •37 Pav. Tiesioginio registrų adresavimo komandos formatas.
- •38 Pav. Betarpiško adresavimo komandos formatas: db – duomenų baitas; dbh – duomenų vyresnysis baitas; dbl – duomenų jaunesnysis baitas;
- •Aritmetinės ir loginės komandos.
- •Paprogramių komandos.
- •Įvesties ir išvesties bei specialiosios komandos.
- •18. Duomenų perkėlimo (perdavimo) ir dėklo (steko) atminties komandos
- •1 Lentelė. Duomenų perdavimo ir dėklo (steko) atminties komandos
- •19. Aritmetinės ir loginės komandos
- •2 Lentelė. Aritmetinės ir loginės komandos
- •39 Pav. Rlc, ral postūmio į kairę komandų veikimas
- •40 Pav. Rrc, rar postūmio į dešinę komandų veikimas
- •20. Valdymo nukreipimo (perdavimo) komandos
- •3 Lentelė. Valdymo perdavimo (nukreipimo) komandos
- •4 Lentelė.Valdymo perdavimo komandos, kai kontroliuojamas
- •5 Lentelė. Valdymo perdavimo komandų sekos, priklausančios
- •21. Paprogramių komandos
- •6 Lentelė. Kreipimosi į paprogrames ir grįžimo komandos
- •22. Įvesties ir išvesties bei specialiosios komandos
- •7 Lentelė. Įvesties ir išvesties bei specialiosios komandos
- •8 Lentelė. Pertraukčių prioritetinė eilė ir pradiniai (starto) adresai
- •9 Lentelė. Skaitymo rim komanda rezultatas
- •10 Lentelė. Valdymas sim rašymo komanda
- •41 Pav. Rst n komandos formatas:
- •11 Lentelė. Rst n komandos perėjimų (starto) adresai ir
- •23. I8085 mp vidinė struktūra, valdymo signalai
- •42 Pav. Mikroprocesoriaus i8085 sutartinis grafinis ženklas
- •44 Pav. Taktavimo grandinės, naudojant vidinį taktinio dažnio generatorių: a) su zq kvarciniu rezonatoriumi; b) su r – c grandine; c) su l – c grandine.
- •45 Pav. Taktavimo grandinės su išoriniu taktinio dažnio generatoriumi: fT – išorinio taktinio dažnio generatoriaus generuojamų impulsų dažnis.
- •46 Pav. I8085 mp vidinė sinchronizavimo grandinė: ss – sinchronizavimo grandinės stiprintuvas; t – skaitmeninis trigeris; bs1, bs2 – buferiniai stiprintuvai;
- •47 Pav. Išorinė tipinė pradinio nustatymo grandinė
- •24. I8085 mp funkcionavimo laiko ciklai
- •48 Pav. Mikrotaktinis ciklas (taktas)
- •49 Pav. Mikroprocesoriaus funkcionavimo laiko ciklai
- •25. Skaitymo darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •50 Pav. Skaitymo darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •26. Rašymo darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •51 Pav. Rašymo darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •27. Pertraukties darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •53 Pav. Laikinės funkcionavimo diagramos, kai pertrauties
- •Vektorius yra rst n komanda
- •28. Tiesioginių duomenų mainų darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •29. Sustojimo darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •56 Pav. Sustojimo darbo ciklo laikinės funkcionavimo diagramos
- •30. I8085 mikroprocesoriaus modulis
- •58 Pav. Sistemos valdiklio funkcinė grandinė
- •12 Lentelė. Sistemos valdiklio būsenos
- •59 Pav. I8282/83 tipo registrų sutartinis grafinis ženklas ir
- •Vidinė funkcinė grandinė
- •60 Pav. I8286/87 buferinių formuotuvų sutartinis grafinis ženklas ir
- •Vidinė funkcinė grandinė
- •31. Mps atminties įrenginys
- •61 Pav. Statinės oa kr537ru8a/ru8b sutartinis grafinis ženklas
- •13 Lentelė. Statinės operatyviosios atminties kr537 ru8a/b būsenos
- •14 Lentelė. Loginės grandinės būsenos
- •62 Pav. Signalų sujungimo loginės grandinės
- •63 Pav. Dinaminės oa kr565 ru5 sutartinis grafinis ženklas
- •15 Lentelė. Dinaminės operatyviosios atminties kr565 ru5b/V/g/d būsenos
- •64 Pav. Pastoviosios atminties dig k573 rf5 sutartinis grafinis ženklas
- •16 Lentelė. Pastoviosios atminties kr573 rf5 būsenos
- •32. Įvesties ir išvesties įrenginys
- •32.1. Programuojamasis lygiagretusis periferinis adapteris (pio), struktūra, valdymo signalai
- •65 Pav. I8255 periferinio adapterio sutartinis grafinis ženklas
- •66 Pav. I8255 periferinio adapterio vidinė funkcinė grandinė
- •67 Pav. A, b portų organizacijos grandinė: a) a porto; b) b porto.
- •17 Lentelė. Pio būsenos
- •32.1.1. Pio darbo režimai ir sujungimų funkcinė grandinė
- •18 Lentelė. Pio ms formatas
- •68 Pav. I8255 0 darbo režimas
- •69 Pav. I8255 1 darbo režimas
- •70 Pav. Duomenų mainų signalų kitimas
- •19 Lentelė. Pio bsr formatas
- •71 Pav. I8255 2 darbo režimas
- •72 Pav. Pio sujungimo su sistemos magistrale
- •32.2.Universalusis sinchroninis, asinchroninis imtuvas ir siųstuvas (usart), struktūra, valdymo signalai
- •73 Pav. I8251 adapterio sutartinis grafinis ženklas
- •74 Pav. I8251 adapterio vidinė funkcinė grandinė
- •20 Lentelė. Usart būsenos
- •32.2.1. Usart valdymo bei būsenos žodžiai ir sujungimų funkcinė grandinė
- •21 Lentelė. Usart asinchroninio darbo režimo mi formatas
- •22 Lentelė. Usart sinchroninio darbo režimo mi formatas
- •23 Lentelė. Usart ci žodžio formatas
- •24 Lentelė. Usart sw žodžio formatas
- •75 Pav. Usart sujungimo su sm funkcinė grandinė
- •33. Programuojamasis intervalinis laikmatis (pit), struktūra, valdymo signalai
- •76 Pav. Pit i8253 sutartinis grafinis ženklas
- •77 Pav. Pit i8253 vidinė funkcinė grandinė
- •25 Lentelė. Pit būsenos
- •33.1. Pit darbo režimai ir sujungimų funkcinė grandinė
- •26 Lentelė. Pit cw formatas
- •78 Pav. 0 režimo laikinė diagrama
- •79 Pav. 1 režimo laikinės diagramos
- •80 Pav. 2 režimo laikinė diagrama
- •81 Pav. 3 režimo laikinė diagrama
- •82 Pav. 4 režimo laikinė diagrama
- •83 Pav. 5 režimo laikinės diagramos
- •27 Lentelė. Gate signalo kitimas ir valdymo funkcijos
- •84 Pav. Pit sujungimo su sm funkcinė grandinė Literatūra
33 Pav. I8085 mikroprocesoriaus mps funkcinė grandinė: cp – i8085 centrinis procesorius; arg – adreso registras.
Adreso magistralė AB suskaidyta į dvi dalis:
ALB jaunesniojo adreso baito linijos (A7…A0), ARG išėjimai;
AHB vyresniojo adreso baito linijos (A15…A8), CP išėjimai.
Adreso magistralė yra vienkryptė, turi iš viso 16 linijų, todėl didžiausias adresuojamų AĮ atminties ląstelių skaičius yra 64K. AĮ turi tiesinę baitinę organizaciją, kurio talpa 64K x 8. Atmintis yra Dž. fon Neimano architektūros, todėl programos komandos (CSEG) ir duomenis (DSEG) saugojami viename atminties lauke. Adresų laukas apima (0000 … FFFF)H adresus. AĮ valdomas ir strobavimo signalais, patenkančiais iš CB valdymo magistralės.
DB duomenų magistralė turi 8 linijas (D7 ... D0). Ji yra dvikryptė, naudojama duomenų baitui perduoti.
Įvesties ir išvesties įrenginys turi įzoliuotą įvesties ir išvesties segmantą (IOSEG), valdomą dviem specialiomis komandomis (IN, OUT). Įv.Iš. Į. adresui nurodyti gali būti naudojamos ALB arba AHB linijos, kuriose išvedamas vienodas kodas. IOSEG adresų laukas turi 256 adresus (00 ... FF)H. Įv. Iš. Į. valdyti naudojami , strobavimo signalai.
16. I8085 mikroprocesoriaus registrų segmentas
Registrų segmentas (RSEG) yra programiškai valdomų registrų rinkinys, esantis jo viduje, būdingas tam tikro tipo MP. Jis gali būti laikomas greitaeige rybotos (nedidelės talpos) atmintimi, naudojama vykdant programos komandas. I8085 MP registrų segmentą galima pavaizduoti grafiškai, kaip parodyta 34 pav.
34 Pav. I8085 mp registrų segmentas
A (angl. Accumulator) yra 8 skilčių kaupiantysis registras vadinamas akumuliatoriumi. Jis naudojamas visose aritmetinėse bei loginėse komandose, taip pat įvedant arba išvedant duomenų baitą, įvesties ir išvesties komandose. Registre saugojami komandų operandai ir komandos vykdymo rezultatai.
F (angl. Flags) yra 8 skilčių požymių registras, naudojamas fiksuojant veiksmo požymį. Šio registro atskiri bitai reiškia 5 požymius:
CY (angl Carry) perkėlimo iš D7 vyriausiosios baito skilties požymis (perkėlimas, nėra perkėlimo), nustatomas atliekant aritmetines bei logines komandas;
P (angl. Parity) lyginumo (pariteto) požymis, parodantis, koks operacijos rezultato patalpinto akumuliatoriuje dvejetainio kodo 1 skaičius (lyginis, nelyginis). Kai nėra vienetų, kodas 00H laikomas lyginiu rezultatu;
AC (angl. Auxiliary Carry) pagalbinis perkėlimo požymis (perkėlimas, nėra perkėlimo), nustatomas kai yra perkėlimas iš baito jaunesniosios tetrados D3 vyriausiojo bito į D4 vyresniosios tetrados jauniausiąjį bitą. Požymis kontroliuojamas dažniausiai, vykdant veiksmus su dvejetainiais dešimtainiais skaičiais.
Z (angl. Zero) nulinio rezultato požymis (nulis, ne nulis);
S (angl. Sign) ženklo požymis, parodantis koks veiksmo rezultato ženklas (neigiamas, teigiamas).
Požymiai yra nustatyti, kai jų vertė lygi 1 ir išvalyti (nenustatyti), kai vertė priešinga – 0.
A registras kartu su F registru sudaro PSW (angl. Program Status Word, PSW = A + F) 16 skilčių registrų porą, vadinamą programos būsenos žodžiu.
H (angl. High), L (angl. Low) yra 8 skilčių registrai, kurie gali būti naudojami kaip pavieniai arba jungiami į 16 skilčių registrų porą (RP). HL = H + L, H (angl. High Byte) – vyresnysis RP baitas, L (angl. Low Byte) – jaunesnysis RP baitas. Komandos, kurioje adresui nurodyti naudojama HL registrų porą, raidiniame žymenyje (mnemonikoje) rašoma M (angl. Memory) raidė.
SP (angl. Stack Pointer) yra specialusis 16 skilčių (2 baitų) registras vadinamas dėklo (steko) atminties rodiklių. Šis registras nurodo atminties srities, vadinamos dėklo atmintimi, pradžios (viršūnės) TOS (angl. Top of Stack) adresą. Dėklo atmintimi vadinama tokia atmintis, į kurią duomenis rašomi ir, iš kurios duomenys skaitomi, pagal taisyklę: „paskutinis įėjai – pirmas išėjai” LIFO (angl. Last Input – First Output). SP naudojamas, kai kreipiamasi į dėklo atmintį, organizuojant paprogramių iškvietimą ir pertraukčių aptarnavimą. Rašant į dėklo atmintį, SP mažėja, o skaitant didėja.
PC (angl. Program Counter) vadinamas programos skatikliu. Šis specialusis 2 baitų talpos registras naudojamas atminties ląstelės, kurioje saugomas komandos baitas, adresui nurodyti (adresuoti). Komandos ciklo vykdymo fazėje PC nurodo kitos komandos, kuri bus vykdoma, adresą. Šiuo metu galima pakeisti jo turinį, vykdant atitinkamą komandą.
Registrai A, F, HL, SP, PC sudaro tipinį MP, turinčio akumuliatorių, registrų rinkinį.
Be šių pagrindinių registrų MP RSEG išplėstas 4 papildomais 8 skilčių bendrosios paskirties registrais B, C, D, E. Šie registrai gali būti naudojami pavieniui arba jungiami į 2 baitų BC, DE registrų poras. Vyresnieji registrų porų baitai B, D, o jaunesnieji C, E. Bendrosios paskirties registruose saugojami duomenys arba adresai.
