2.2. Взаимодействие узлов микропроцессора

Узлы микропроцессора выполняют операции синхронно под воздействием сигналов генератора тактовых импульсов.

Для выполнения команды, в зависимости от ее вида, требуется от одного до пяти машинных циклов. Команды, не требующие обращения к ЗУ, выполняются за один машинный цикл, длящийся 4-5 периодов тактовой частоты. В командах большей длины первый машинный цикл используется для выборки кода операции из ЗУ. Продолжительность выполнения команды зависит от числа реализуемых операций (микроприказов) и частоты генератора тактовых импульсов. Так, команда передачи содержимого регистра Е в ячейку ЗУ по адресу, находящемуся в паре НL MOV ME, согласно таблицы 4 [2], содержит два машинных цикла МЦ1 и МЦ2, длящихся 7 тактов (рис. 2.3). МЦ1 длится четыре такта (T1-Т4), а МЦ2 длится три такта (Т5-Т7), команда однобайтная и при длительности такта 0,5 мкс выполнится за 7×0,5 = 3,5 мкс.

В такте T1 счетчик СК выдает на шину адресов ША адрес ячейки ЗУ, а блок УУ вырабатывает сигнал синхронизации и выдает его на шину управления для синхронизации работы ЗУ. В результате действия этих двух сигналов из ячейки памяти будет считана информация, которая появится на шине данных. Эти данные поступают через буфер шины данных БЩД на внутреннюю шину МП и далее на регистр команд РК, сообщая ему слово состояния. В соответствии с этим словом состояния РК и УУ определяют тип машинного цикла и соответственно этому УУ формирует управляющие сигналы для выполнения команды, на этом заканчивается первая фаза цикла.

Рис. 2.3. Временная диаграмма выполнения МП двухбайтной команды

Следует отметить, что машинный цикл разбивается на две фазы. Первая фаза длится 2-3 такта, что зависит от длительности МЦ1. Во вторую фазу в такте Т3, при наличии на входе Г высокого уровня, по шине данных поступает новая команда, после ее дешифрирования в начале такта Т5 поступает сигнал на счетчик команд СК, а затем на шине ША УУ устанавливает адрес, содержащийся в регистрах HL, на этом заканчивается третья фаза команды. В такте Т6, во второй фазе МЦ2 или 4 фазе команды на шину ШД поступают данные из регистра Д, которые в следующем такте по сигналу 0 на линии ШД записываются во внешнее ЗУ. Одновременно с этим в такте Т7 подготавливается сигнал для переключения СК. В начале следующего цикла УУ устанавливает в СК и далее на шине ША адрес очередной команды.

В рассмотренном процессе работы МП опущены его действия в Т3, связанные с анализом сигналов на входах «Захват», «Готовность» и «Запрос прерывания». Следует отметить, что если во втором такте каждого цикла на входе Г не будет «1», МП прервет работу и перейдет в режим «Ожидание».

На рис. 2.3 состояние всех проводов ША и ШД условно показано тремя линиями. Осевая линия соответствует высокоимпедансному состоянию выходов проводов этих шин, верхняя линия - сигналу «1», а нижняя - сигналу «0». Наличие трех линий говорит о том, что на проводах шин присутствует информация - комбинация единиц и нулей. Шина управления представлена отдельными проводами, поэтому сигналы 1 и 0, появляющиеся на них в тех или иных тактах, показаны реальными уровнями.

Пользователь покупает обычно готовый МП и необходимое количество блоков ОЗУ, ПЗУ и интерфейса для организации связи МП с пультом управления, объектом управления и блоком индикации. Задачи применения МП для управления и контроля целесообразно рассмотреть на примере микропроцессорного комплекта серии К580.