5.12. Арифметико-логічні пристрої

АЛП: призначені для виконання над операндами А і В як арифметичних так і логічних операцій. Вид тих чи інших операцій кодується із спеціальних входів керування. Для чотирьох розрядних мікросхем – 16 оперцій

Чотири розрядний код операції і двох розрядний код типу операції (арифметичної або логічної) ––> 16 арифметичних або 16 логічних операцій.

АЛП мають дуже широкі функціональні можливості: входять до скалду мікропроцесорів ЕОМ. У комплекті з АЛП є ще мікросхеми груповоо переносу для виконання прискореного підсумовування багато розрядих чисел.

АЛП: ТТЛ–155НПЗ(155НП4 – сх. прискорення переносу)

КМОН–564НПЗ(564НПЗ – сх. прискорення переносу)

Складні операції – мікропроцесора BIC

M=0 – арифметичний

M=1 – логічний

G – генерація переносу

P – поширення переносу

– сприйняття рівня переносу

CO – вихід сигналу переносу (при появі вхідного переносу Pi на вході )

G, P – перенос між корпусами

0	0	0	0
0	0	0	1
0	0	1	0
0	0	1	1		0000
0	1	0	0
0	1	0	1
0	1	1	0
0	1	1	1
1	0	0	0
1	0	0	1
1	0	1	0
1	0	1	1
1	1	0	0		1111
1	1	0	1
1	1	1	0
1	1	1	1

6. Мікропроцесори

6.1 Мікропроцесори. Узагальнена структурна схема мікропроцесора. Основні режими роботи.

Мікропроцесор - це програмно–керований пристрій обробки і керування, виконаний за технологією великих ІС. Збільшення складності алгоритму обробки – це зменшення області його застосування. Це протиріччя між складністю та її універсальністю вдалось усунути в мікропроцесорах (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Загальна структура мікропроцесорної схеми

ЦПП- для виконання необхідного набору арифметичних і логічний операцій над інформацією, яка подається на його вхід. Програма вказує, які саме операції і в якій послідовності потрібно виконувати. З виходу мікропроцесора поступає оброблена інформація.

Ввід інформації :

• від аналогових здавачів фізичних величин з допомогою аналого-цифрового перетворювача (АЦП);

• від дискретних пристроїв (схеми порівняння, установок, фіксації станів ключових паралельних елементів);

• з клавіатури – керування та дані – програма споживача(для метрологічних пристроїв);

Вивід інформації – запам’ятовування ,передача до інших обчислювальних пристроїв,реєстрація, виконавчі пристрої, сприйняття оператором – дисплей.

Набула поширення магістральна система побудови (рис. 6.2). На рис. 6.2 позначено: ПЗП – зберігається програма, за якою функціонує пристрій; ОЗП – зберігаються проміжні дані. Може не тільки зберігати, але й видавати записану раніше інформацію. Окремі розряди інформації несуть адресу зовнішнього пристрою до якого звертається ЦПП- шина адресних даних; ПВ/В – пристрої вводу/виводу для узгодження магістралі з джерелами - приймачами інформації; БМ – буфер магістралі – збільшує її навантажувальну здатність і, в окремих випадках, перетворює сигнали.

Р ис. 6.2. Магістральна система побудови мікропроцесорів

Структура класичного мікропроцесора КР580ВМ80 INTEL 8080 (рис. 6.3). Всі пристрої рис. 6.3 можуть виконуватися на різних кількостях мікросхеми:

Рис. 6.3. Структура класичного мікропроцесора

а) мікропроцесорні набори К580; КР1821 – сумісно за прийнятою системою команд, рівнями сигналів, принципами передачі сигналів магістралях,дозволяють будувати на їх основі функціонально завершені МП – системи;

б) однокристальні мікро-ЕОМ на одному чіпі ЦПП, ПЗП, ОЗП, ПВ/В;

в) мікро–ЕОМ для вимірювальної техніки АЦП, ЦПП, ПЗП, ОЗП, контролер індикації: рідкокристалічної; світло-динамічної.

БШД, БША, БШК – збільшення навантажувальної здатності шин;

Три окремі шини – конструктивно провідники.

ШД – можуть бути 4, 8, 16, 32 – розрядні ;

Двонаправлена – читати/запам’ятовувати RD/WR.

ША – 16 розрядів = 65536 комірок по 1 байт = 8 біт; всього 64 Кбайт;

АЛУ – (в АЛУ є також RG тимчасового зберігання );

RGA – регістр - акумулятор – зберігається операнд;

RGF – регістр –- 5 розрядів про признаки результату в АЛУ після чергової операції:

1. с – біт переносу(переповнений розряд сітки) 1 в старший розряд байту результату;

2. ас – біт додаткового переносу – з молодшого півбайта у старший (при переводі двійкових чисел в десяткові);

3. z = 1 – нульовий результат ;

4. s = 1 – в сьомому (старшому) разряді результату є 1 біт знаку;

5. біт парності – в результаті є парна кількість кодових одиниць.

Вміст RGF доповнюється до восьми трьома сталими нулями.

RGB, C, D, E, H, L – надоперативний ЗП. Використовується або окремо, або парами BC, DB, HL.

Регістр стену SP вказівник стену - RG інформація в якому вказує адресу чергової вільної ячейки. Станова пам'ять працює за принципом (останній увійшов, перший вийшов)магазинна пам'ять. Виділяється область ОЗП під стек і поміщається в SP адреса останньої ячейки пам’яті. Потім в стек можуть відправлятися слова AF, BC, DE, HL. Кожне таке слово займає дві ячейки з адресами ( ) і (SA-1), де (SP)- вміст RG вказаного стеку. При заповненні стеку : =(SP)_i-1 +2. При читанні стеку : =(SP_)i-1 – 2. Операції зі стеком зручні для реалізації швидких коротких однобайтових команд .

РС – (programme counter) – програмний лічильник його слово виводиться на 16-ти розрядну шину адрес.(ША) Після виконання кожної команди (за винятком команд переходів) його слово збільшується на число одиниць , рівних числу байтів кожної команди, за винятком команд переходів, при яких його вміст може змінюватись скачком.

ПК – забезпечує правильне функціонування всіх внутрішніх вузлів ЦПП, синхронізує їх, видає і сприймає сигнал керування на зовнішню шину.

Внутрішні шини буферизовані. ША, ШД можуть знаходитись у високобітному стані.

Режим роботи мікропроцесорної системи. Це є цифровий програмований автомат.

Основний режим роботи – робота по програмі записаній в ПЗП.

Після початкового пуску (скиду)в РС вставляється число 0000Н (Н означає, що код шістнадцятковий). Це число на ША і ЦПП читає байт інформації з ПЗП, з ячейки даної адреси. Вміст цього байту розшифровується в ЦПП як код відповідної операції. Там же буде і число байт цієї операції. Одно - , дво – і трибайтні команди. За кодом операції однозначно встановлюється довжина коду команди.

Нехай з ячейки 0000Н → трибайтна команда, то в наступних машинних циклах зчитуються слова з ячейок 0001Н і 0002Н. Після цього ЦПП повертається до виконання основних програм.

Зчитує слово 0003Н і розшифровується як код операції. Далі все аналогічно описаному вище.

Якщо попадається команда переходу, то (РС) скачком змінюється у відповідності з нею, далі знову таким чином однобайтні слова, які є в ПЗП і ОЗП, можуть представляти собою як коди операцій, так і числові константи. Зміст самого слова не вказує на його приналежність. Потрібно проглядати програму з початку.

Режим очікування - для роботи з повільними зовнішніми пристроями. Запит зовнішнього пристрою → МПП повинен отримати на шині керування сигнал RDY =1, якщо RDY = 0, то МПП очікує. При появі RDY робота продовжується.

Зупинка мікропроцесора командою HLT (код операції 76Н). В подальшому або скид, або подача сигналу переривання.

Режим переривання – за сигналом від зовнішнього пристрою виконується спеціальна підпрограма. Спочатку завершаються операції поточної команди, а потім виконання основної програми переривається ЦПП запитує адресу ЗП, в якій зберігається код операції першої команди підпрограмної оборки переривання. Цю адресу називають вектором переривання. Далі виконуються команди, записані в підпрограмі, останньою командою якої є повернення до виконання основної програми. Перед обробкою переривань у стеку запам’ятовуються стани всіх RG ЦПП, а в кінці підпрограми відновлюються ці стани.

Декілька входів переривань – різні режими і пріоритети переривань.

Прямий доступ до пам’яті (ПДП). У звичайному режимі інформація із зовнішніх пристроїв записується в ЗП через ЦПП. При пересилці великих масивів інформації – ПДП:ЦПП відкидається від ШД і ША (високоімпульсний стан), приходить захоплення лише контролером ПДП (спеціальна мікросхема) - він керує роботою шин і організовує обмін інформацією в режимі ПДП.