Введение

Основой компьютера любого поколения является процессор, включающий арифметическое устройство, устройство управления оперативную память. В микро-ЭВМ аналогичные функции выполняют микропроцессор.

Микропроцессор (МП) – это программно-управляющее и обрабатывающее устройство, построенное на одной или нескольких больших интегральных микросхемах (БИС) и обладающее способностью выполнить под программным управлением обработку информации, принятие решений, арифметические и логические функции (I).

В 1971 году компания INTEL CORPORATION создала интегральную схему с полным набором элементов, характерным для центрального процессора. Первый МП был довольно габаритным и дорогостоящим – 160 долларов за одну схему, при этом размер обрабатываемых слов составлял всего 4 бита.

Достигнутый за последние десятилетия прогресс в области интегральной технологии привел к стремительному снижению стоимости и габаритности МП, что в свою очередь, повлекло за собой резкое расширение сфер использования МП.

С реализацией микро-ЭВМ на основе 16- и 32- разрядных МП, а также с использованием кристаллов памяти с произвольной выборной ёмкостью 64 Кбит широкое распространение получили микро-ЭВМ с ёмкостью оперативной памяти до 1-2 Мбайт.

С точки зрения вычислительных возможностей все современные МП можно разделить на четыре основных класса в зависимости от формата обрабатываемой информации: для обработки 4-, 8-, 16- и 32-разрядных данных. Промежуточное положение между 8-разрядными и обычными 16-разрядными занимают 16-разрядные МП с 8-разрядной внешней шиной данных. Они представляют собой специальные модификации обычных 16-разрядных МП и обладают практически той же вычислительной мощностью, но в них используются более дешевые схемы управления шиной.

За последние годы несколько расширился парк 8-разрядных МП. Однако наиболее популярным из 8-разрядных продолжает оставаться МП типа Z80 фирмы ZILOG (США).

Продолжается также интенсивное совершенствование 16-разрядных МП. Значительно расширился парк вспомогательных БИС для МП, используемых в составе систем.

Интенсивная разработка вспомогательных БИС обусловлена необходимостью повышения быстродействия микропроцессорных систем, которое достигается за счет распараллеливания обработки данных между несколькими модулями системы. Для распараллеливания используются как вспомогательные процессорные БИС, так и различные БИС контроллеров.

В СССР в середине 80-х годов наиболее широкое распространение получили микропроцессорные серии БИС К580, К1801, К1810. продолжается развитие серии К588, находящей применение в специализированных микропроцессорных устройствах промышленного назначения. В высокопроизводительных процессорах малых ЭВМ и специализированных процессорах применяются секционные МП БИС серий К1802 и К1804.

В настоящее время можно с уверенностью утверждать, что МП и микропроцессорные системы (МПС) являются наиболее массовыми средствами вычислительной техники.

Разработка и серийный выпуск МП компонентов обусловлен их большими функциональными возможностями, низкой стоимостью, гибкостью, высокой надёжностью.

Эти достоинства позволили использовать МП в качестве центрального элемента управления сложными технологическими процессорами, системами промышленной электроники, цифровой измерительной техники, связи и т.д.

1. Инструкция по технике безопасности

0. Приступить к выполнению лабораторной работы после инструктажа по технике безопасности;

1. Не включать напряжение питания до проверки микропроцессорной системы преподавателем или лаборантом;

2. При включенном напряжении питания не касаться токоведущих частей системы;

3. Не переставлять приборы на лабораторном столе;

4. Не класть на микропроцессорный комплект учебники, тетради и другие вещи;

5. Для предотвращения поломок не прикладывать излишнего усилия для нажатия клавиши при задании адресов и данных;

6. Не отключать лабораторную установку до проверки результатов эксперимента преподавателем;

7. Не оставлять рабочее место без разрешения преподавателя;

8. После выполнения всех экспериментов приступить к подготовке отчета по выполненной лабораторной работе;

9. Без сдачи отчета по предыдущей работе студент не допускается к выполнению следующей лабораторной работы.

2. Методические указания по оформлению отчёта к лабораторным работам.

2.1.Правила оформления отчёта.

Приступить к выполнению очередной лабораторной работы студент может после изучения ее теоретической части и рекомендуемой литературы и при наличии заготовки отчёта по данной лабораторной работе. Все рисунки, схемы (элементы электрической цепи) и графики должны быть выполнены по КСКД на листах размером 210*297 с соответствующими рамками и угловыми штампами. Графики чертить на миллиметровой бумаге, которые так же как и инструментов. На осях координат указывать откладываемые величины и единицы их измерения.

На титульном листе лабораторной работы должны быть указаны наименование института, филиала, кафедры и самой лабораторной работы. Затем пишутся фамилия и инициалы преподавателя, который напротив своей фамилии обязан расписаться и указать группу.

При оформлении лабораторной работы нужно указать все необходимые расчетные формулы. Вычисления производиться с точностью до второй значащей цифры. В конце работы необходимо указать список используемой литературы. Для защиты отчёта по лабораторной работе необходимо подготовить ответы на контрольные вопросы.

0. Содержание отчёта:

   0. Титульный лист.

   1. Краткие теоретические сведения.

   2. Экспериментальные данные.

   3. Расчетные формулы.

   4. Графики и диаграммы.

   5. Вывод.

3. Лабораторная работа мп – 1 Исследование микро-эвм на основе микропроцессора кр580ик80

3.1 Цель работы: ознакомление со структурой, системой команд, работой микро ЭВМ на базе микропроцессора КР58ОИК80А.

3.2 Краткие теоретические сведения

Основным элементом микропроцессорной серии К580 является БИС центрального процессорного (ЦП) элемента, представляющая собой однокристальный параллельный 8-разрядный микропроцессор (КР580ИК80А) с фиксированной системой команд и внешних магистралей. Физически микропроцессор (МП) реализуется на изготовленной по n-МОП технологии БИС, содержащей около пяти тысяч транзисторов, выполненной на кремниевом кристалле и заключённой в корпус с 40 выводами. Всякий МП содержит четыре основных архитектурных элемента [3]:

- арифметико-логическое устройство (АЛУ) – выполняет предписанные устройством управления арифметические и логические операции над данными;

- устройство управления (УУ) – декодирует записанные в программе команды и генерирует сигналы;

- устройство ввода – вывода (УВВ) – обеспечивает связь ЦП с внешними и периферийными устройствами;

- устройство памяти (УП) или запоминающее устройство (ЗУ) – это место хранения программ и данных, закодированных в бинарной (двоичной) форме.

Микро ЭВМ, построенные на МП К580, имеет типовую структуру с тремя магистралями (шинами): 16-разрядной однонаправленной шиной адреса(ША); 8-разрядной шиной данных (ШД) и шиной управления (ШУ) (рис.3.1) . Трехшинная организация МП обладает рядом преимуществ: высокое быстродействие и отсутствие буферных регистров[2]. Основным недостатком такой организации является большая площадь, занимаемая шинами на кристалле.

Каждый периферийный модуль микро-ЭВМ имеет вход для приёма сигнала «Выбор модуля» (ВМ), с помощью которого одновременно может активизироваться только один из модулей. Входы остальных модулей при этом остается в высокоомном состоянии (отключённом от шин) и на работу микро-ЭВМ не влияют.

ЦП

система синхронизации

Дешифратор

ОЗ

ПЗУ

Порт ввода

Порт вывода

Дешифратор

Периферийные

устройства

Рис.3. 1. «Типовая структура микропроцессорной системы»

При работе ЦП обменивается данными с ячейками памяти или портами, которые имеют индивидуальные номера-адреса. Разрядность адресной шины равна 16. Это позволяет непосредственно обращаться к 2¹⁶ адресам. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) в зависимости от объёма оперативной памяти может состоять из одной или нескольких ЕИС памяти, каждая из которых имеет вход ВМ.

В микро ЭВМ выполнение алгоритма реализуется при помощи последовательности команд, хранимой ЗУ. При этом исходными для программы являются данные, вводимые через порты ввода, промежуточные данные хранятся в ОЗУ или во внутренних регистрах, а полученные результаты выводятся через порты вывода.

Ограниченная длина слова микропроцессора (8 разрядов) наложила отпечаток на систему команд. Для достижения высокого быстродействия использован ряд эффективных приёмов кодирования команд и адресации операндов.

По формату команды делятся на одно-, двух-, и трехбайтовые, причём первый байт всегда отведён для кодирования кода операции.

С точки зрения программиста микропроцессор состоит из семи 8- разрядных регистров А, В, С, D, E, H, L, регистра признаков F и двух 16-разрядных регистров SP (указателя стекла) и РС (счетчика команд).

Регистр А (аккумулятор) используется для хранения операнда, с которым работает АЛУ, и приёма результата операции.

Регистры В, С, D, E, H, L предназначены для хранения промежуточных данных и могут объединяться в пары (ВС, DE, HL) для хранения 16-разрядных данных. В регистрах В, D, H хранятся старшие байты чисел, а в регистрах С, Е, L – младшие.

Для хранения адреса следующей команды служит 16-битный регистр – программный счётчик (РС). При последовательном выполнении программы устройство управления автоматически увеличивает на единицу (инкрементирует) содержимое РС, после передачи очередного байта кода команды из памяти в ЦП.

При косвенной адресации используется содержимое регистровым пар ВС, DE, HL или 16-разрядного указателя стека SP. Стек – специальная область ОЗУ, организация которой осуществляется по принципу «последний вошёл – первый вышел». Содержимое SP определяет адрес верхушки стека, т.е. операнда, занесенного в стек последним. Каждое обращение к стеку для записи данных сопровождается автоматическим декрементом SP, а каждое обращение для извлечения данных – автоматическим инкрементом SP, т.е. можно считать, что стек растет вверх: от старших адресов к младшим[3].

Для хранения 16-разрядных чисел в ОЗУ отводятся две смежные ячейки. Запись производится побайтно. В ячейку с меньшим адресом записывается младший байт, а в ячейку с большим адресом – старший байт числа. Запись команды в память производится в следующем порядке: сначала в ячейку с младшим адресом записывается код операции, потом в ячейку с адресом, на 1 большим, чем предыдущий, заносится операнд.