Структура микропроцессора i8080. Принцип работы.
Используя собственное АЛУ (арифметико-логическое устройство, ALU, Arithmetic/Logic Unit), микропроцессор может выполнять математические операции сложения, вычитания, умножения и деления. В современных микропроцессорах содержатся полные арифметические процессоры с плавающей запятой, которые могут выполнять очень сложные операции над числами с плавающей запятой.
Микропроцессор может перемещать данные из одной ячейки памяти в другую.
Он может также принимать решения и, руководствуясь ими, переходить к новому набору инструкций. Микропроцессор может выполнять очень сложные действия, но все они в конечном итоге сводятся к трем основным операциям.
Основные понятия системы прерываний. Обработка запросов прерываний i8080.
Прерывание (англ. interrupt) — сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается, и управление передаётся обработчику прерывания, который реагирует на событие и обслуживает его, после чего возвращает управление в прерванный код.[1]
асинхронные или внешние (аппаратные) — события, которые исходят от внешних источников (например, периферийных устройств) и могут произойти в любой произвольный момент: сигнал от таймера, сетевой карты или дискового накопителя, нажатие клавиш клавиатуры, движение мыши. Факт возникновения в системе такого прерывания трактуется как запрос на прерывание (англ. Interrupt request, IRQ);
синхронные или внутренние — события в самом процессоре как результат нарушения каких-то условий при исполнении машинного кода: деление на ноль или переполнение, обращение к недопустимым адресам или недопустимый код операции;
программные (частный случай внутреннего прерывания) — инициируются исполнением специальной инструкции в коде программы. Программные прерывания как правило используются для обращения к функциям встроенного программного обеспечения (firmware), драйверов и операционной системы.
Запросы прерываний от устройств по линиям IRQ (Interrupt Request) поступают в контроллер прерываний, который и выполняет их обработку. Участие самого процессора в обслуживании запросов прерываний минимально: он лишь следит за появлением общего сигнала запроса прерывания, поступающего от контроллера, а при его появлении и при условии, что прерывания не запрещены (флаг IF установлен), обрабатывает прерывание, получая его вектор от контроллера. Все остальные функции — хранение запросов, ожидающих обработки, маскирование некоторых из них, выделение наиболее приоритетного из незамаскированных запросов, формирование вектора прерывания (т.е. фактически адреса программы обработки прерывания) для конкретного запроса — выполняет контроллер прерываний. Такой подход позволял упростить сам процессор, но требовал применения для обработки прерываний дополнительной микросхемы контро
Архитектура микроконтроллера мк-51. Алу, организация памяти и устройства управления. Совмещение адресного пространства памяти данных и программ.
В основном повторяет базовую архитектуру MCS-51.
А
рхитектура
вычислительной системы – общая логическая
организация цифровой выч. системы,
определяющая процесс обработки данных
в конкретной вычислительной системе и
включающая методы кодирования данных,
состав, назначение, принципы взаимодействия
технических средств и программного
обеспечения.
CPU – центральный процессор (главная часть МК)
OSC – генератор тактовых импульсов, от которого выведены 2 клеммы; на них подключаются RC-цепочки или кварцевый генератор (устройство генерирующее гармонические колебания с большой стабильностью частоты)
BUS CONTROLLER – контроллер шины
EA’ – сигнал, который разрешает доступ CPU к использованию внутренней памяти программы
PSEN’ – сигнал обращения к внешней программной памяти
ALE – у МК используется мультиплексная IL/IF что означает, что одна и та же шина используется и для передачи данных и адреса (сигнал ALE служит для различения этого)
RST->RESET – сигнал сброса (перезапуск МПС)
4 I/O PORTS – параллельные порты ввода/вывода. (канал связи с внешними устройствами), каждый порт имеет по 2 разряда.
SERIAL PORT – последовательный порт T/C 0, T/C 1 – два таймера счетчика
RAM – ОЗУ – резидентная память данных (об. 128 б.) ROM – ПЗУ – резидентная память программ объемом 4 кб. IC – контроллер прерываний Interrupts – сигналы запросов прерываний
Устройство прерываний заставляет изменять последовательность обработки данных процессора в экстренных ситуациях. Прерывания могут быть внутренними, внешними, аппаратными и программными.
АЛУ. МК-51 выполняет следующие операции: сложение байтов с переносом или без него; логические операции И, ИЛИ, искл. ИЛИ; инкремент, декремент, инверсию, циклический сдвиг через и минуя флаг переноса, десятичную коррекцию, а также операции вычитания, умножения и деления. Кроме того, АЛУ позволяет оперировать с 4 типами информации: булевой (1 бит); цифровой (4 бита); байтовый (8бит) и адресный (16 бит).
Принцип работы МК: МК работает под управлением системы управления. Система управления формирует алгоритм работы МК на основе набора команд, которые читаются МК. Команды расположены в памяти программ.
При выполнении программ выполняются этапы: чтение команды; дешифрирование; нахождение операндов; передача управления или сохранение результата.
Особенность цифровых схем в том, что любые действия выполняются в определенные моменты. Эти моменты формируются генератором тактовых импульсов. Команды выполняются за несколько тактов генератора.
ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ:
В МК-51 используется гарвардская организация памяти, т.е. память программ и память данных физически и логически разделены.
При организации взаимодействия CPU с памятью и другими функциональными устройствами используется единый принцип идентификации устройств – выбор по адресу. Совокупность всех возможных адресов называется адресным пространством. МК-51 имеют 4 раздельных адресных пространства: адресное пространство программной памяти объемом 64 кб; адресное пространство внешней памяти данных об. 64кб; внутренней памяти данных об. 128 байт; регистров специальных функций об. 128 байт.
Архитектура МК-51 имеет следующие особенности:
8-разрядный процессор, оптимизированный для управляющих применений,
обширные возможности обработки логических сигналов,
адресное пространство программной памяти объемом 64К байт,
адресное пространство внешней памяти данных объемом 64К байт,
внутренняя программная память объемом 4К байт,
внутренняя память данных объемом 128 байт,
32 двунаправленных и индивидуально адресуемых входа/выхода
два 16-разрядных таймера/счетчика,
встроенный последовательный порт,
двухуровневая векторная система прерываний (6 источников/5 векторов), встроенный тактовый генератор.
Совмещение адресного пространства памяти данных и программ
Есть 64 кб программной памяти, 64 кб – памяти данных
Можно использовать одну память, но тогда разделить ее на 2 части:
Например 32 младших кб – на программную память; 32 старших – на память данных.