1 0. Архитектура микроконтроллера. Основные функции центрального процессора.

А

АЛУ

Регистр временного хранения

Аккумулятор

Счетчик команд

Регистр команд

Внутренняя шина данных

Буфер

Внутренняя шина адреса

Буфер защелка

Адресная шина

Устройство управления и синхронизации

Дешифратор

Шина данных

Линия управления

рхитектура (Структура) элементарного микропроцессора

Центральным устройством является микропроцессор. Основными ф-ями ЦПУ является:

1) извлечение декодирования и выполнение программ в указанном порядке;

2) Передача данных из УВВ(устройство ввода) в УВВ(устройство вывода) из памяти в память; 3) Ответы на внешние прерывания; 4) Установка общей синхронизации и сигналов управления для всей системы.

ПЗУ – постоянно запоминающее устройство. ОЗУ – оперативно запомин. устр-во.

На аппаратном уровне центральное процессорное устройство выполняет обработку данных с помощью арифметико-логического устройства (АЛУ) и встроенных устройств кратковременного хранения данных – регистров. В состав ЦПУ также входит блок декодирования команд или устройство управления, которое преобразует машинные команды, загруженные в процессор из физической памяти во внутренние инструкции (микрокоманды) и далее – в функциональные/физические сигналы управления отдельными компонентами процессора – логическими схемами. Также ЦПУ поддерживает встроенную систему прерываний выполнения последовательности операций (инструкций), что позволяют изменять порядок выполнения машинных команд. При создании микропроцессорной системы, ЦПУ конструктивно дополняется компонентами управления физической памятью, устройствами ввода–вывода данных.

1 1. Архитектура микропроцессора. Назначение алу. Основа функционирования. Регистры. Генератор тактовых импульсов. Устройство управления и синхронизации. Понятие стека. Устройство прерываний.

АЛУ – арифметико-логическое устройство, выполняет все операции (логические, арифметические, сдвига), АЛУ работает с регистрами главным и вспомогательным. АККУ используется в большинстве операций для выполнения их, все команды работают с данным АККУ. Вспомогательный регистр: данные в него попадают через АККУ и являются вспомогательным регистром для выполнения команд над словами.

Сумматор – основное устройство АЛУ выполняющее команды.

Регистр признаков – группа триггеров, которые могут быть установлены или сброшены, исходя из результатов выполненной АЛУ. Эти триггеры содержат: указатели, бит логического результата переменной, переноса, переполнения. Часто для принятия решений для перехода в подпрограмму или команд ветвления.

Счетчик команд - служит для хранения адреса следующих команд, чтобы извлечь ее из памяти, т.к. команды выполняются последовательно (адрес растет), то счетчик команд считает прямым счетом, если только нет контр. порядка, а именно прерывания спец. командами ветвления, командами вызова подпрограм. В этом, переход содержимого счетчика команд на другую величину будет прерван, сохранен в стеке и загружен адрес подпрограммы, после возврата подпрограммы адрес нужной команды из стека востановиться.

Регистр команд – в него загружается информация (код команды о том что надо делать).

Дешифратор команд - это устройство интерпретирует (декодирует) содержимое регистра команд (определяет в микрокоманду) и направляет управляющий сигнал на АЛУ через устройство управления. STACK – зона временной памяти.

Прерывания. Сигналы (запросы) внешних прерываний поступают в микропроцессор по двум линиям. Одна вызывает немаскируемое прерывание, реакция на которое осуществляется немедленно. Сигнал, приходящий по другой линии, вызывает маскируемое прерывание. Большая часть оборудования сигнализирует о необходимости связаться с процессором через запрос маскируемого прерывания. Для однозначной идентификации устройства используется однобайтовый код номера прерывания, передаваемый процессору, если он подтвердил возможность прерывания. Поскольку по прерываниям работает несколько независящих друг от друга устройств, запросы могут поступить одновременно. Для разрешения подобных конфликтов и для формирования кода устройства служит контроллер прерываний.

Внешние прерывания проверяются и обрабатываются между выполнением команд программы. Немаскируемое прерывание имеет более высокий приоритет, чем маскируемое. Если встретился префикс блокировки, повторения или замены сегмента, то запросы прерывания анализируются ПОСЛЕ ВЫПОЛНЕНИЯ следующей команды.

Генератор тактовой частоты (генератор тактовых импульсов) генерирует электрические импульсы заданной частоты (обычно прямоугольной формы) для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах-ЭВМ, электронных часах и таймерах, микропроцессорной и другой цифровой технике. Тактовые импульсы часто используются как эталонная частота. Считая их количество, можно, например, измерять временные интервалы.

Регистром наз. функциональный узел, осуществляющий приём, хранение и передачу информации. Регистры состоят из группы триггеров.

По назначению регистры различаются на:

флаговые — хранят признаки результатов арифметических и логических операций;

общего назначения — хранят операнды арифметических и логических выражений, индексы и адреса;

индексные — хранят индексы исходных и целевых элементов массива;

указательные — хранят указатели на специальные области памяти (указатель текущей операции, указатель базы, указатель стека);

сегментные — хранят адреса и селекторы сегментов памяти;

управляющие — хранят информацию, управляющую состоянием процессора, а также адреса системных таблиц.

аккумулятор — используется для хранения промежуточных результатов арифметических и логических операций и инструкций ввода-вывода;

Управление и синхронизация. Получаем команды на дешифратор команд и разделяем на этапы извлечения и восполнения, т.е. на элементарную микропрограмму, которая должна выполниться микропроцессором. Данное устройство также обрабатывает информацию с регистра состояние на наличие условных команд ветвления. Сигналы также передаются для выполнения команд на внешние устройства ВВ.

Устройство управления и синхронизации применяется для управления другими узлами микропроцессора, обеспечивая выполнение необходимых задач в соответствии с программой, хранимой в ПЗУ. Узел синхронизации обеспечивает синхронную работу всех узлов с помощью импульсов синхронизации и других управляющих сигналов. В состав устройства управления и синхронизации входит такто­вый генератор и формирователь тактовых импульсов. Для генерации импульсов синхронизации используется кварцевый генератор, имеющий внешний кварцевый резонатор. Частота тактового генератора определяет быстродействие микропроцессора.