2.4. Особенности применения микропроцессоров в электронных управляющих машинах

На данном этапе развития интегральной микроэлектроники микропроцессором (МПр) называют функциональное устройство, выполненное с использованием технологии БИС и обладающее способностью на основе программного управления обрабатывать информацию, включая ее ввод и вывод, принимать решения, выполнять арифметические и логические операции. По структуре МПр аналогичны процессорам больших ЭВМ, в которых обработка информации проводится по программе.

Отдельные микропроцессоры могут в деталях существенно отличаться друг от друга. Однако можно привести общую для всех МПр упрощенную структурную схему, содержащую следующие основные узлы: арифметико-логическое устройство; блок внутренних регистров; устройство управления; интерфейс.

Для передачи данных между этими блоками микропроцессора используется внутренняя шина данных. Арифметико-логическое устройство выполняет одну из главных функций микропроцессора – обработку данных. Оно имеет два входных порта и один выходной. Назначение входного порта – ввод слова данных в АЛУ, а выходного – вывод такого слова. Как правило, подобные логические схемы имеют один или несколько входных портов и единственный выходной порт. Оба входных порта снабжены буферами, роль которых выполняют регистры временного хранения данных (буферные регистры (БР)). Каждый порт соединен со своим БР, способным хранить для АЛУ одно слово данных.

Два входных порта позволяют АЛУ принимать данные или с внутренней шины данных микропроцессора, или из специального регистра, называемого аккумулятором. Единственный выходной порт АЛУ представляет последнему возможность пересылать слово данных в аккумулятор (А). Последний хранит слово данных, посланное в него из выходного порта АЛУ, или извлеченное из памяти. Когда, например, АЛУ складывает два слова данных, одно из них находится в аккумуляторе. После выполнения сложения результат посылается в аккумулятор на хранение.

Арифметико-логическое устройство оперирует одним или двумя словами в зависимости от вида выполняемой операции, при этом соответственно оно использует и входные порты.

Перечень функций АЛУ зависит от типа микропроцессора. Некоторые АЛУ способны выполнять много разных операций, у других набор операций ограничен небольшим числом. Функции АЛУ определяют структуру микропроцессора в целом. Типичными операциями, выполняемыми АЛУ большинства микропроцессоров, являются сложение, вычитание, «И», «ИЛИ», «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», инверсия, сдвиг вправо, сдвиг влево, приращение положительное, приращение отрицательное.

Блок внутренних регистров образует внутреннюю (местную) память МП и содержит специальные регистры и регистры общего назначения РОН, часто называемые сверхоперативной памятью.

В регистрах общего назначения хранятся информационные слова, подлежащие обработке в АЛУ, результаты обработки информации в АЛУ и управляющие слова. Эти регистры допускают считывание и запись информации. Обращение к РОН – адресное. Регистры блока связаны с другими внутренними блоками МП общими шинами. В ряде МП осуществляется прямой обмен данными между регистрами, минуя общую шину.

Рис. 2.4. Общая структурная схема микропроцессора