6.2. Структура микропроцессора

Микропроцессор (рис. 15) состоит из следующих структурных блоков:

─ внутренней шины;

─ регистров общего назначения;

─ арифметико-логического устройства (АЛУ);

─ буфера шины адреса;

─ буфера шины данных;

─ устройства управления и синхронизации;

─ регистра команд.

Рис. 15. Структура микропроцессора

Для связи между собой структурных блоков микропроцессора предназначена внутренняя шина.

Регистры общего назначения (РОН) содержат регистр адреса; программный счетчик; указатель стека; оперативные парные регистры: W Z; D C. D E, H L,мультиплексор.

В состав АЛУ входят буфер и аккумулятор для промежуточного хранения исходной цифровой информации; арифметико-логическое устройство; регистр признаков.

Регистр адреса служит для промежуточного хранения адреса обращения микропроцессора к конкретному структурному блоку системы. Этот адрес в регистр заносится перед посылкой его в шину адреса.

Программный счетчик служит для формирования адреса обращения к ячейкам памяти, в которых хранятся команды программы управления микропроцессорной системы. При выполнении очередной команды алгоритма управления объектом содержание счетчика увеличивается автоматически на единицу, если этот алгоритм линейный.

Стеком называют часть оперативной памяти, в ячейки которой последовательно записывают оперативную информацию. При записи этой информации указатель стека автоматически увеличивается на число заполненных при записи ячеек памяти. И наоборот, при считывании информации из стека его ячейки последовательно очищаются, а указатель стека уменьшается на число таких очищенных ячеек.

Кроме того, для хранения оперативной информации служат парные оперативные регистры общего назначения W и Z, B и C, D и E, H и L, обращение к которым осуществляется через мультиплексор. Часть этих регистров предназначена для хранения адресной части команд, в то время как их исполнительная часть хранится в регистре команд.

Назначение каждого из элементов микропроцессора приведем в процессе описания принципа его работы.

6.2.1. Принцип работы микропроцессора при обработке команд

Перед началом работы микропроцессора в его программный счетчик автоматически заносится адрес первой команды программы управления работой микропроцессорной системы. Этот адрес через регистр адреса передается в буфер шины адреса, из которого он затем выставляется на шине адреса. Одновременно на шине управления устройством управления и синхронизации выставляется команда «Чтение», при исполнении которой из ПЗУ или ОЗУ побайтно в шину данных пересылаются составные части этой команды.

Команда управления микропроцессорной системой состоит из двух частей: признака действия команды, который пересылается в регистр команд, и двух адресов этой команды, которые пересылаются в программно недоступные регистры общего назначения W и Z. В регистре команд исполнительная часть команды управления делится на ряд мелких команд, которые называются машинными циклами. Каждая из команд может содержать от 4 до 10 машинных циклов. Последовательностью машинных циклов производится непосредственное управление работой микропроцессора. Регистр команд через устройство управления и синхронизации формирует внешние команды, которые направляются в шину управления. После исполнения очередной команды при линейном алгоритме программный счетчик автоматически увеличивает свое содержание на единицу, в результате чего происходит естественный переход к следующей команде программы управления микропроцессором. Если обрабатываемая команда является командой ветвления, то в регистр адреса пересылается содержание регистра общего назначения W, в котором находится адрес перехода к следующей команде.