Федеральное агентство по образованию

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭТИ»

Кафедра ВТ

Реферат № 2

по дисциплине

«Микропроцессорные системы»

на тему

«Архитектура микропроцессоров»

Выполнил:

Группа:

Санкт-Петербург

2013 Оглавление

Оглавление 2

Общая архитектура процессоров 3

Базовая структура 3

Архитектура микропроцессора 3

Обзор архитектур микропроцессоров 7

CISC 7

RISC 7

Регистровая программная модель 9

Устройство управления 13

Особенности программного и микропрограммного управления 13

Команды микропроцессора 15

Режимы адресации 17

Тенденции развития архитектуры микропроцессоров 18

CMP 19

SMT 19

EPIC 19

История ЭВМ насчитывает уже более 40 лет. В начале с вычислительной техникой могли общаться только специалисты, но в последнее время ВТ глубоко проникла в жизнь всего человечества. Прежде всего, это связано с тем, что техника стала малогабаритной, недорогой и удобной в использовании.

Общая архитектура процессоров Базовая структура

Задача управления системой возлагается на центральный процессор (ЦП), который связан с памятью и системой ввода-вывода через каналы памяти и ввода-вывода соответственно. ЦП считывает из памяти команды, которые образуют программу и декодирует их. В соответствии с результатом декодирования команд он осуществляет выборку данных из памяти портов ввода, обрабатывает их и пересылает обратно в память или порты вывода. Существует также возможность ввода-вывода данных из памяти на внешние устройства и обратно, минуя ЦП. Этот механизм называется прямым доступом к памяти (ПДП).

С точки зрения пользователя при выборе микропроцессора целесообразно располагать некоторыми обобщенными комплексными характеристиками возможностей микропроцессора. Разработчик нуждается в уяснении и понимании лишь тех компонентов микропроцессора, которые явно отражаются в программах и должны быть учтены при разработке схем и программ функционирования системы. Такие характеристики определяются понятием архитектуры микропроцессора.

Архитектура микропроцессора

Вычислительная система, как правило, содержит все 5 основных блоков: устройство ввода информации, управляющее устройство, арифметико-логическое устройство, запоминающие устройства и устройство вывода информации.

Микропроцессор управляет работой устройств с помощью шины управления. Кроме нее есть 16-разрядная адресная шина, которая служит для выбора ячеек памяти и порта ввода/вывода. По 8-разрядной шине данных осуществляется двунаправленная пересылка данных к микропроцессору и от него. Важно отметить, что микропроцессор может посылать информацию в память или к одному порту вывода, а также получать информацию из памяти или от одного из портов ввода. Постоянное запоминающее устройство содержит программу инициализации системы «firmware». Программы пользователя могут быть загружены в запоминающее устройство с произвольной выборкой и из внешнего запоминающего устройства.

Для понимания микропроцессорной системы работы рассмотрим типичную процедуру ввода-запоминания-вывода символа на экран.

При нажатии клавиши на клавиатуре, происходит чтение кода символа из порта ввода 1. Дальше происходит запоминание данных в ячейке памяти с адресом 200. После этого код символа из ячейки памяти пересылается на порт вывода 10.

Данная программа состоит всего из 3 команд. Давайте рассмотрим последовательность действий:

1. МП выдает адрес 100 на шину адреса. По шине управления поступает сигнал, устанавливающий память программ в режим считывания.

2. Запоминающее устройство программ пересылает первую команду ввода данных по шине данных, и МП получает это сообщение. Команда помещается в регистр команд. МП интерпретирует полученную команду и определяет, что для команды нужен операнд.

3. МП выдает адрес 101 на шину адреса.

4. Из памяти программ на шину данных пересылается операнд «Из порта 1». Этот операнд находится в программной памяти в ячейке 101. Код операнда передается по шине данных к МП и направляется в регистр команд. МП теперь декодирует полную команду «Ввести данные из порта 1».

5. МП, используя шину адреса и шину управления, связывающие его с устройством ввода, открывает порт 1. Цифровой код введенного символа передается в аккумулятор внутри МП и запоминается.

6. МП обращается к ячейке 102 по шине адреса. Шина управления используется для перевода памяти программ в режим считывания.

7. Код команды "Запомнить данные" подается на шину данных и пересылается в МП, где помещается в регистр команд.

8. МП дешифрирует эту команду и определяет, что для нее нужен операнд. МП обращается к ячейке памяти 103 и приводит в активное состояние вход считывания микросхем памяти программ.

9. Из памяти программ на шину данных пересылается код сообщения «В ячейке памяти 200». МП воспринимает этот операнд и помещает его в регистр команд. Полная команда «Запомнить данные в ячейке памяти 200» выбрана из памяти программ и декодирована.

10. Теперь начинается процесс выполнения команды. МП пересылает адрес 200 на шину адреса и активизирует вход записи, относящийся к памяти данных.

11. МП направляет хранящуюся в аккумуляторе информацию в память данных. Код буквы введенного символа передается по шине данных и записывается в ячейку 200. В аккумуляторе все еще хранится код символа.

12. МП обращается к ячейке памяти 104 для выбора очередной команды и переводит память программ в режим считывания.

13. Код команды вывода данных пересылается по шине данных к МП, который помещает ее в регистр команд, дешифрирует и определяет, что нужен операнд.

14. МП выдает адрес 105 на шину адреса и устанавливает память программ в режим считывания.

15. Из памяти программ по шине данных к МП поступает код операнда "В порт 10", который далее помещается в регистр команд.

16. МП дешифрирует полную команду «Вывести данные в порт 10». С помощью шины адреса и шины управления, связывающих его с устройством вывода, МП открывает порт 10, пересылает из аккумулятора по шине данных код символа. В результате символ выводится через порт 10 на экран.

В большинстве микропроцессорных систем передача информации осуществляется способом, который был рассмотрен выше. Существенные различия возможны при вводе и выводе информации.

В своей сути главный элемент системы это микропроцессор. Именно он управляет всеми операциями. Его работа представляет собой последовательную выполнение микропроцедур выборки-дешифрации-исполнения. Однако фактическая последовательность операций в МПС определяется командами, записанными в памяти программ.

Таким образом, в МПС микропроцессор выполняет следующие функции:

• выборку команд программы из основной памяти;

• дешифрацию команд;

• выполнение арифметических, логических и других операций, закодированных в командах;

• управление пересылкой информации между регистрами и основной памятью, между устройствами ввода/вывода;

• отработку сигналов от устройств ввода/вывода, в том числе реализацию прерываний с этих устройств;

• управление и координацию работы основных узлов МП.