Теоретическая часть Базовая микропроцессорная система
В системе с клавиатурой и цифровым дисплеем при нажатии клавиш на экране появляется соответствующая цифра. Микропроцессор является “мозгом” системы. В нем заключена вся логика, необходимая для распознавания и выполнения совокупности команд. В его запоминающем устройстве хранится программа, но могут храниться и данные. Через порты ввода и вывода микропроцессор обменивается информацией с клавиатурой и дисплеем.
Отдельные узлы процессора связаны тремя шинами. Шина представляет собой группу проводов, обеспечивающих параллельное соединение устройств системы. Для выборки содержимого ячеек памяти или портов ввода-вывода в микропроцессоре используется адресная шина. Адреса ячеек указывают ячейки памяти, в которые информация должна быть занесена или из которых ее следует взять. Как только микропроцессор выберет определенную ячейку посредством адресной шины, он пересылает информацию на шину данных. Она идет либо от процессора к ЗУ или к порту вывода либо от порта ввода или ЗУ к процессору. Третья шина – управляющая. Она представляет собой группу проводов, несущих сигналы, которые сообщают ЗУ и устройствам ввода-вывода о готовности микропроцессора выполнить очередную пересылку данных.
По управляющей шине передаются и такие сигналы, которые позволяют устройству ввода-вывода или ЗУ обращаться к процессору с запросами. Один разряд двоичной информации (1 или 0) называется битом (сокращенно от binary digit – двоичная цифра). Один цифровой сигнал высокого или низкого уровня передает 1 бит информации. Микропроцессор обрабатывает не каждый отдельный бит данных, а группы битов, называемые словами. В настоящее время наиболее распространенные микропроцессоры работают с 8-разрядными байтами, это 8-разрядные микропроцессоры.
Типичные 8-разрядные микропроцессоры
8-разрядный процессор фирмы Intel 8085 является типичным представителем широко распространенного семейства микропроцессоров.
Он имеет следующие функциональные узлы: арифметико-логическое устройство, аккумулятор, регистр команд, дешифратор команд и шифратор машинных циклов, блок регистров общего назначения (В,C,D,E,H,L), буфер адреса (А8…А15), буфер адреса/данных (AD0...AD7), блок синхронизации и управления, блок управления прерываниями, блок последовательного ввода и вывода.
Аккумулятор соединен с шиной данных и с арифметико-логическим устройством (АЛУ). АЛУ выполняет все преобразования данных. Аккумулятор – 8-разрядный программно-доступный регистр данных, предназначенный для хранения результатов операций АЛУ или данных при вводе/ выводе. Временный регистр обеспечивает другой вход АЛУ. Он управляется автоматически схемой управления микропроцессора. 8-разрядный регистр команд используется для хранения выбранной команды для дешифратора команд и шифратора машинных циклов. Дешифратор команд и шифратор машинных циклов осуществляют дешифрацию кодов команд, поступающих из регистра команд, и установку счетчиков шифратора машинных циклов в соответствии с этими кодами. Блок регистров хранит и выдает различную информацию, участвующую в процессе выполнения команд. Буфер адреса/данных – это 8-разрядный формирователь с тремя состояниями, предназначенный для выдачи младших разрядов адреса, либо приема/выдачи данных. Блок синхронизации и управления обеспечивает внутреннюю синхронизацию микропроцессора от встроенного тактового генератора. Блок управления прерываниями переключает микропроцессор с выполнения одной программы на другую с помощью сигналов прерывания. Блок последовательного ввода и вывода управляется командой RIM при вводе последовательных данных и командой SIM при выводе. МП считывает из памяти команды последовательно одну ячейку за другой, выполняя указанные действия. Коды операций и данные взаимно перемешаны в памяти.
Аккумулятор соединен с шиной данных и арифметико-логическим устройством (АЛУ), которое выполняет все преобразования данных, как, например, увеличение числа на 1 или сложение 2-х чисел.
Временный регистр обеспечивает другой вход АЛУ. Этот регистр управляет автоматически схемой управления микропроцессора. Флаговый регистр – это набор триггеров, которые указывают определенные характеристики результата самой последней операции, выполненной АЛУ.
Регистр команд, дешифратор команд, счетчик и логические схемы управления и синхронизации используются для выборки команд из памяти и управления их выполнением.
Информация из регистра команд поступает на дешифратор команд (ДК), который распознает код операций и выдает сигналы управления на устройство управления и синхронизации. Имеющееся в интегральной схеме микропроцессора ПЗУ содержит микрокод или микропрограмму, которая точно указывает процессору, что надлежит делать, чтобы выполнить каждую команду на машинном языке. Система микрокоманд, которая является частью конструкции микропроцессора и обычно не может быть изменена, определяет машинный язык микропроцессора.
Повторяющаяся последовательность действий называется циклом выборки-исполнения.
Микропроцессор 8085 может выполнять операции четырех основных типов:
считывание данных из памяти или с входного порта;
запись данных в память или на выходной порт;
внутренние операции микропроцессора;
передачу управления другой ячейке памяти.
Первые два типа понятны сами по себе. Третий тип (внутренние операции) включает действия с регистрами (такими как аккумулятор) без доступа к памяти или портам ввода-вывода. Четвертая группа включает команды типа JMP,CALL, RET.