Зміст
Зміст 1
ЛЕКЦІЯ 2 1
Мікропрцесори та малі електронно-обчислювальні машини (ЕОМ) 1
(загальні принципи) 1
ЛЕКЦІЯ З 4
Структура й архітектура мікропроцесора КР580ВМ80 (8080) 4
ЛЕКЦІЯ 4 8
Як працює мікропроцесор 8
ЛЕКЦІЯ 5 12
Системний контролер. Керуючий пристрій. Мікропрограмування 12
ЛЕКЦІЯ 6 16
Організація пам'яті мікропроцесорної системи 16
ЛЕКЦІЯ 7 21
Робота із зовнішніми пристроями. Паралельний інтерфейс 21
ЛЕКЦІЯ 8 26
Послідовний інтерфейс 26
Лекція 2 Мікропрцесори та малі електронно-обчислювальні машини (еом) (загальні принципи)
Розглянуті в курсах радіоелектроніки та схемотехніки інтегральні мікросхеми (ІМС) утворюють елементну базу пристроїв для обробки цифрової інформації, їх поступовим ускладненням можна розв'язувати практично всі задачі такого роду. При цьому структура пристрою має відповідати алгоритму розв'язуваної конкретної задачі, яка, таким чином, реалізується апаратним способом. Подібні системи працюють за так званою жорсткою логікою, коли їх конструкція однозначно відповідає алгоритму розв'язуваної задачі. Зрозуміло, що такі пристрої мають вельми вузьку спеціалізацію - вони здатні розв'язувати ті задачі, для яких були розроблені, їх позитивною рисою є велика швидкодія.
Коли ж виникає потреба в розв'язанні широкого класу різноманітних задач, від вузькоспеціалізованої апаратної обробки за жорсткою логікою доводиться відмовлятися. Тут потрібні універсальні обчислювальні пристрої з гнучкою логікою, здатні виконувати різноманітні обчислювальні операції за певними програмами без необхідності перебудови їх фізичної структури при зміні задач. До таких програмно-керованих цифрових пристроїв належать мікропроцесори та побудовані на їх основі малі електронно-обчислювальні машини. Принципи їх будови та функціонування будуть розглянуті в даному розділі.
Будова та принцип дії центральної частини малої ЕОМ
Кожна мала електронно-обчислювальна машина містить два блоки -процесор і основну пам'ять (рис. 2.1), котрі є центральною частиною машини. У блоці основної пам'яті зберігається оброблювана інформація та
програми, за якими вона обробляється. А процесор проводить обробку інформації відповідно до програми й керує роботою інших пристроїв машини.
Процес розв'язання будь-якої задачі на ЕОМ складається з послідовності елементарних дій, котрі може виконувати процесор, а саме: операції вибірки інформації з пам'яті або запису до неї, арифметичні та логічні операції, операції порівняння тощо.
Кожна така дія процесора визначається відповідною командою програми. На кожному кроці обробки інформації процесор вибирає з нам'яті чергову команду й дані, необхідні для її виконання, виконує Іадану командою дію та повертає результат у пам'ять. Далі процесор переходить до виконання наступної команди. Так, крок за кроком, продовжується доти, доки з пам'яті не надійде спеціальна команда, яка наказує процесорові припинити виконання програми.
Принципи фон Неймана
Незважаючи на велику різноманітність існуючих ЕОМ, в основі їх дії закладено деякі єдині принципи, сформульовані більш як 50 років тому видатним американським математиком і творцем кібернетики фон Нейманом. Ось деякі з них;
1. Принцип подання інформації.
Уся інформація в елекіронно-обчислювальних машинах подається у нигляді двійкових чисел і поділяється на фрагменти, що мають назву слів.
2. Принцип довільного доступу до основної пам'яті.
Основна пам'ять ЕОМ складається з дискретних елементів -комірок пам'яті (регістрів), кожний з яких може містити й зберігати одне багаторозрядне двійкове число-слово.
Принцип довільного доступу полягає в тому, що процесору рівною мірою доступна будь-яка комірка пам'яті, причому час доступу (тобто час, потрібний для читання інформації з комірки або чапису до неї) однаковий для всіх комірок.
Тут можна навести певну аналогію з книжною шафою, з якої можна взяти будь-яку книгу, або ж із книгою, яку можна розкрити на бажаній сторінці. З цієї причини книга зручніша від сувоїв, якими користувалися в давнину. Адже для знаходження потрібного місця сувій треба було довго перемотувати.
Для адресного звернення до будь-якої комірки пам'яті коленій із них привласнюється особистий порядковий номер, який надалі стає її адресою. Загальна кількість N занумерованих таким способом комірок має назву об'єму основної пам'яті.
3. Принцип програми, що зберігається.
Програма зберігається в, основній пам'яті машини. Саме це робить
ЕОМ універсальним інструментом для обробки інформації: для переходу до іншої задачі досить замінити в основній пам'яті програму та дані.
Різнотипні слова інформації, а саме дані та команди, розрізняються способами їх використання, а не способами їх подання. Слова команд і слова даних, записані в комірки пам'яті, за формою нічим не відрізняються одні від одних - це ті самі багаторозрядні двійкові числа. Розрізнити їх можна лише в контексті, за змістом, що машина й робить.
Слова команд, так само, як і слова даних, можна обробляти та перекодовувати, тобто, так би мовити, перекладати команди на іншу машинну мову. Саме в цьому полягає процес транслювання програм. Таке перетворення команд здійснюється спеціальними досить складними програмами -трансляторами.
Загальна блок-схема малої ЕОМ
Блок-схема малої ЕОМ зображена на рис. 2.2. Вона складається з уже знайомої нам центральної частини та периферії. У центральній частині знаходиться процесор і приєднаний до нього генератор тактових імпульсів (ГП). Цей генератор задає темп роботи процесора й усієї ЕОМ. Від частоти тактових імпульсів залежить швидкодія машини.
Оперативна - це ОЗП, до якого можна записувати або зчитувати інформацію. Постійна - це ПЗП, з якого можна лише зчитувати записану в ньому інформацію.
Периферійна частина ЕОМ складається з багатьох зовнішніх пристроїв, за допомогою яких центральна частина ЕОМ здійснює інформаційний контакт із зовнішнім світом. Це можуть бути :
- клавіатура;
- принтер;
- дисплей;
- графопобудовувач;
- сканер;
-АЦП, ЦАП тощо.
Від розвиненості периферії та її якості залежить зручність користування машиною.
До зовнішніх пристроїв належать також пристрої, що розширюють об'єм пам'яті машини (так звана зовнішня пам'ять):
- накопичувач на жорсткому диску (вінчестер),
- накопичувачі на змінних дисках (дискетах),
- накопичувачі на магнітних стрічках*,
Об'єм цієї зовнішньої пам'яті може набагато перевищувати об'єм основної, з якою безпосередньо взаємодіє процесор. За потреби можна завжди "скинути" в зовнішню пам'ять непотрібну в даний час інформацію з основної або переписати в основну пам'ять програми й дані, що зберігаються в зовнішній.
Для узгодження з центральною частиною кожний зовнішній пристрій має свій контролер, який перекодовує команди, що надходять від процесора, на сигнали, якими безпосередньо керується той чи інший зовнішній пристрій.
Усі зображені на рис. 2.2 блоки пов'язні між собою багаторозрядними шинами - шиною даних (ПІД), шиною адреси (ША) та шиною керування (ШК). Усі вони р^зом мають назву системної (або загальної, магістральної) шини. Конструктивно основна пам'ять складається з кількох ІМС ОЗП та ПЗП.
Процесор, що виготовлений за мікроелектронною технологією, називається мікропроцесором. Він може складатися з однієї високоінтегрованої мікросхеми (однокристальний мікропроцесор) або з декількох ІМС (секціонований мікропроцесор). Мікропроцесор
Основна пам'ять складається з.оперативної та постійної пам'яті.
комірка пам'яті З максимальною тактовою частотою пов'язаний такий важливий параметр, як продуктивність мікропроцесора. Остання визначається в кількості операцій, яку мікропроцесор може виконати за 1 с (MIPS -мільйонів операцій за секунду).
Сукупність усіх цих параметрів визначає "потужність" мікропроцесора.
Дані про деякі найбільш поширені мікропроцесори, що їх виготовляє всесвітньо відома фірма Intel, наведено в табл. 2.1.
Таблиця 2.1.
Примітки:
1. Процесор 8085 є версією від 8080, а 8088 - від 8086.
2. КР580ИК80 є вітчизняним аналогом 8080; КР1810ВМ86 - аналог 8086