Система команд и способы прерывания
Для того, чтобы каким-то образом определить местонахождение операндов используются разные способы адресации (более 20 способов). Однако есть такие способы, которые используются для всех ЦП:
Самый простой и наихудший – прямой способ адресации, который предусматривает наличие полного адреса ячейки памяти или порта ввода-вывода, где находится операнд. Недостаток: для хранения требуется 3 ячейки памяти в БП и 3 раза ЦП должен обратится к БП.
Н-Р: STA 2831H – содержимое А переносится в ячейку памяти 2831; IN 2BH – содержимое 2В передается в А.
Непосредственная адресация, при ней в адресной части команды записывается непосредственно операнд.
Н-Р: ADI 25H – к содержимому А прибавляется 25Н; ANI 3BH – сложение А и 3ВН.
Регистровая адресация – в адресной части команды записываются регистры общего назначения или А.
Н-Р: MOV B,A; MOV A,A.
Косвенная адресация – в поле операнда записывается указатель памяти, где находится операнд. Указателем является, как правило, регистровая пара HL, команда имеет указатель М.
Н-Р: MOV B,M; MVI M,25H.
Индексная адресация – физический адрес операнда получается путем сложения 2го байта команды, называющийся смещением, с содержимым специального индексного регистра. Широко используется при программировании 16разрядного мкпроц и 1окристального мкЭВМ.
Лекция МПТ №8
Память микропроцессорной системы
Структурно память с одномерной адресацией может быть представлена в следующем виде.
Такой принцип построения модуля памяти используется для динамических оперативных запоминающих устройств.
Недостаток – малое быстродействие. Двойное выставление адреса. Время вдвое больше, чем в статических ОЗУ. Также информацию постоянно приходится регенерировать.
Преимущество – большой объем, выше плотность упаковки.
В ОЗУ с последовательным доступом, доступ к ячейкам памяти осуществляется в строго определенной последовательности.
При этом существует два вида ОЗУ такого типа:
Предусматривает перемещение информации в одном направлении. При этом запись информации осуществляется в одну крайнюю ячейку памяти, а считывание ее с другой крайней ячейки памяти. При этом память выполняется на сдвиговых регистрах.
Предусматривает перемещение информации в двух направлениях, а запись и считывание информации осуществляется с одной и той же ячейки памяти. Такая память называется магазинной или стековой.
Пример организации памяти первого вида представлен на ниже следующем рисунке.
Триггеры в строке объединены в регистры со сдвигом слева направо. Триггеры T1-T8 объединены в ячейку памяти, в которую осуществляется запись информации. Триггеры TB1-TB8 объединены в ячейку памяти, из которой осуществляется считывание информации. По первому импульсу синхронизации содержимое на входе поступает на триггеры. На взведенном триггере находится «единица», на сброшенном «ноль». Если нужно записать второе слово, то на вход подают это слово и по второму импульсу синхронизации слово из первой ячейки переносится во вторую, а со входа на первую ячейку памяти и т.д. Информация работает по принципу первый вошел – первый вышел.
Недостатком данной памяти является потеря информации после достижения ее ячеек триггеров TB1-TB8. Информация из этих триггеров выталкивается и теряется. Для того, чтобы сохранить информацию в таком модуле памяти, модуль дополняется селектором с помощью которого информация вновь возвращается с выхода на вход, если не осуществляется запись новых данных.
Принцип реализации селектора показан на ниже следующем рисунке.
В нормальном режиме, когда не осуществляется запись, на вход запись подан логический ноль. В этом случае по каждому синхронизирующему импульсу бит данных смещается вправо и вновь передается на первый триггер. Если необходимо осуществить запись новых данных, к линии запись прикладывается сигнал логической единицы. А на линию данных выставляется бит данных. При этом содержимое самого крайнего правого триггера теряется. А данные вводятся в левый крайний триггер. Счетчик по модулю N, где N - количество триггеров регистра, позволяет определить положение каждого слова по фиксированному значению. Таким образом, если информация не вводится, то информация циркулирует по регистру.
Память стековая может быть представлена в виде массива данных, выполненных на сдвиговых регистрах двух направлений.
Вершина стека предназначена для записи и считывания информации. Информация переходит из одной ячейки в другую и т.д.
Определить потребное количество ячеек стековой памяти для каждого потребителя невозможно.
Для того, чтобы удовлетворить всех потребителей по емкости стековой памяти, она выполняется не на сдвиговых регистрах, а на памяти с произвольным доступом. В этом случае выбирается произвольная область памяти ОЗУ и начальный адрес этой области заносится в указатель стека. Например 8255H. При необходимости записи данных в эту память первое машинное слово заносится в ячейку памяти с этим адресом, а содержимое указателя стека уменьшается на единицу и т.д. Стековая память неограниченна. Стековая память, организованная на памяти с произвольным доступом, называется моделируемым стеком. Настоящая стековая память реализуется на сдвиговых регистрах.
Достоинством постоянной памяти в том, что она способна хранить информацию при отключенных источниках питания. Процесс записи информации в ПЗУ называется программированием ПЗУ. Программируемость подразумевает существование некоторых коммутационных элементов или мест их установки. ПЗУ намного проще, чем ОЗУ.
По способам программирования ПЗУ подразделяется на три типа:
ПЗУ, программируемые маскированием.
ПЗУ, программируемые электрическим током.
Перепрограммируемые ПЗУ.
ПЗУ, программируемые маскированием, используют специальные маски шаблоны, на которых указано, где должны быть перемычки, а где их не должно быть. Эти маски-шаблоны наносятся на фоточувствительный слой кристалл микросхемы и засвечиваются. А затем на засвеченные или не засвеченные части вытравливаются. Все это осуществляется в процессе изготовления микросхемы памяти.
В качестве примера на ниже следующем рисунке представлен такой модуль памяти ПЗУ. Этот модуль хранит двоичные коды десятичных чисел.
Недостатком данного ПЗУ является высокая стоимость изготовления при малых партиях.
Чаще используются ПЗУ программируемые электрическим током. При изготовлении таких ПЗУ перемычки устанавливаются на всех возможных местах. Потребитель сам пережигает перемычки в тех местах, где необходимо запрограммировать логическую единицу. Но там присутствует два диода. Поэтому если необходимо получить единицу нужно пережечь соединение.
Процедура пережигания должна быть под микроскопом. Очень сложная процедура из-за малых размеров микросхемы.
Наибольшее применение находят в настоящее время перепрограммируемые запоминающие устройства. Эти устройства позволяют программировать микросхему. Стирать информацию и программировать заново.
При этом существует три тип таких модулей:
ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием.
Электронно-перепрограммируемые ПЗУ.
FLASH-память.
В ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием используют в качестве коммутационных элементов специальные MOP-транзисторы с изолированным затвором (полевые транзисторы с тремя электродами: сток, исток и затвор).
Структура MOP-транзистора с изолированным затвором представлена на ниже следующем рисунке.
Чтобы зарядить затвор, необходимо подать на исток положительный потенциал +80V. Тогда со стока на затвор переходят электроны, открывая p-n переход. Если 10 лет греть транзистор, то тогда через 10 лет транзистор прикроется лишь на 30 %. Таким образом пока затвор не будет освещен ультрафиолетом , он будет открытым.
Можно стереть информацию сразу со всех транзисторов, но можно записывать индивидуально.
Недостаток ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием является необходимость установки микросхемы на специальные адаптеры для стирания информации и программирования. Поэтому чаще используются микросхемы с электронным перепрограммированием. Микросхемы этого типа позволяют записывать и считывать информацию побайтно с помощью специального стробирующего сигнала. Необходимо каждый байт стирать по каждому стробирующему сигналу. Удобно, но очень долго.
Более удобной является FLASH-память.
ЛЕЦИЯ №9
Достоинством Flash-памяти является то, что она позволяет записывать и стирать информацию целыми блоками, причем время обращения памяти составляет 100 нс. Flash-память позволяет заменить дисковую память во всех компьютерах, однако осуществить это пока невозможно по той причине, что flash-память позволяет осуществить только 10 тысяч стираний. А после этого она приходит в негодность.