13. Восьмиразрядный процессор. Основные узлы восьмиразрядного процессора.
Микроконтроллеры включают в себя все устройства (процессор, ПЗУ, ОЗУ, порты ввода–вывода, систему прерываний, средства обработки битовой информации и др.), необходимые для реализации микропроцессорной системы управления минимальной конфигурации.
Основные области применения 8–разрядных МК:
● встроенные системы управления бытовыми приборами и механизмами;
● средства обеспечения безопасности, системы охранной сигнализации;
● средства связи, измерений, контроля, диагностики, отображения информации;
● системы управления промышленным оборудованием, системами энергопитания.
Современные 8–разрядные МК отвечает таким требованиям как:
● простота схемотехнических решений при большом наборе выполняемых функций;
● малое энергопотребление при высоком быстродействии;
● малые затраты на подготовку производства при подготовке серийного выпуска изделий;
● простота и доступность цены технических средств для разработки и отладки схем.
Восьмиразрядный процессор. Для описания основных узлов 8–разрядного процессора воспользуемся рис. 2.2.2, на котором изображена структурная схема процессора 8080 (КР580ВМ80А).
14. Принципы организации командных и машинных циклов
Команда
представляет собой совокупность
микрокоманд, которые в виде двоичных
кодов хранятся в постоянной памяти
(ПЗУ) устройства управления процессора.
Выполнение команды можно рассматривать
как процесс считывания из ПЗУ микрокоманд,
инициирующих работу некоторых
функциональных узлов процессора на
отдельных временных интервалах
(тактах). Время, затрачиваемое на
выполнение команды, называется командным
циклом.
Команды имеют не одинаковую длительность командных циклов, так как содержат различное число микрокоманд, используют разные способы адресации и другую дополнительную информацию. Это обстоятельство отражается в форматах команд, имеющих длину один, два и более байт. В командном цикле можно выделить две основные фазы:
● фазу выборки команды. В этой фазе программный счетчик PC выставляет на адресную шину адрес первого байта команды. Микропроцессор вырабатывает сигнал «чтения памяти», благодаря которому содержимое адресуемой ячейки памяти по шине данных поступает в регистр команд IR (Instruction Register).
Программный счетчика PC формирует адрес, указывающий на следующий элемент объектного кода. Фаза выборки одинакова для всех команд;
● фазу выполнения команды. Фаза начинается с дешифрации команды. В результате дешифрации первого байта определяется вид (код) операции и в устройстве управления формируются необходимые для ее выполнения управляющие сигналы. Действия процессора в фазе выполнения команды и ее продолжительность зависит от вида операции. Для выполнения операции может потребоваться дополнительное обращение к памяти или внешним устройствами за данными, пересылка данных в соответствующие регистры процессора, непосредственное выполнение операции в АЛУ, вывод результатов в память или внешнее устройство и т. д.
Различная длительность командных циклов и неоднородность их отдельных фаз явились причиной организации машинных циклов для выполнения команд. Каждый машинный цикл представляет собой цикл обращения к системной магистрали. В машинном цикле производится выборка очередного байта (слова) команды или данных из памяти, запись в память, ввод или вывод данных. Командный цикл может содержать различное число машинных циклов. В первом машинном цикле М1 происходит выборка первого байта команды, ее дешифрация и исполнение, если данные находятся во внутренних регистрах процессора. Если выполнение команды требует обращения к памяти или внешним устройствам, то используется два, три и более машинных циклов. Машинные циклы, как и командные, также не являются однородными. Поэтому на их выполнение затрачивается различное числотактов. Таким образом, при выполнении команды все действия процессора синхронизированы вложенными друг в друга циклами трех уровней: командными, машинными и тактовыми.
15. Структура и режимы работы микропроцессорной системы.