Микропроцессоры Токхайм / 4.5. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ МИКРО-ЭВМ

4.5. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ МИКРО-ЭВМ

Пусть требуется выполнить простую операцию сложе­ния трех чисел, например 10+5+18 = ЗЗ₁₀. Короткая и простая микропрограмма выполнения этой операции мог­ла бы быть записана в следующей последовательности. Команда 1: загрузить (LOAD) первое число (10ю) в ЦП. Команда 2: сложить (ADD) второе число (5₁₀) с первым. Команда 3 сложить (ADD) третье число (18₁₀) с двумя предыдущими.

Команда 4: поместить (STORE) сумму (ЗЗ₁₀) в ячейку па­мяти 2000Н.

После загрузки в память программы эти команды мог­ли бы извлекаться из нее как команды памяти, показан­ной на рис. 4.10. Заметим, что первая команда программы начинается с адреса 0000Н. Эта команда (LOAD число 0AH) использует 2 байт памяти. Первый байт памяти содер­жит оперативную часть команды, другой — операнд. Код операции LOAD для микропроцессора, используемого в этом примере, будет 86Н (1000 0110₂). Операнд 0AH (0000 1010₂) является первым числом, подлежащим за­грузке в аккумулятор микропроцессора. Заметим, что рис. 4.10 является широко распространенным представлением содержимого памяти и адресов в шестнадцатеричной за­писи. В реальной действующей машине такая информация представляется в форме напряжения Н- и L-уровней.

Предположим, что программа размещена в блоке ОЗУ микро-ЭВМ (рис. 4.1), в которую входят устройства, пред­ставленные на рис. 4.7. В та­ком случае рис. 4.11 иллюстри­рует каждую операцию про­граммы (LOAD, ADD, ADD, STORE).

Операция загрузки (LOAD) первой команды подробно при­ведена на рис. 4.11, а и пока­зывает, что содержимое ячей­ки памяти 0001Н загружено в аккумулятор, который содер­жит после этого 0000 10102 — первое слагаемое число. В ре­зультате операции загрузки стирается предыдущее и запи­сывается новое содержимое аккумулятора. Вторая коман­да, операция ADD, детализиро­вана на рис. 4.11,б.

Содержи­мое ячейки памяти 0003Н (0000 01012) складывается с содержимым аккумулятора 0000 10102, что дает сумму 0000 11112, помещаемую в ак­кумулятор, и мы можем заме­тить, что содержимое аккуму­лятора изменяется при опера­ции ADD.

На рис. 4.11,в показана вторая операция ADD (коман­да 3); содержимое аккумулятора — сумма 0000 11112 сло­жена с содержимым ячейки памяти 0005Н, т.е. выполня­ется операция 0000 1111+0001 0010=0010 0001. Оконча­тельно 0010 0001 появляется в аккумуляторе после второй операции ADD.

Операция STORE (РАЗМЕСТИТЬ) по команде 4 пред­ставлена на рис. 4.11, г. Содержимое аккумулятора (0010 00012) передано и размещено в ячейке памяти по ад­ресу 2000Н. Заметим, так как это важно, что ячейки памяти данных были идентифицированы в памяти программы двумя раздельными байтами (0007Н и 0008Н). Ячейка памяти программы 0006Н содержит КОП В7Н прямой ко­манды STORE (см. рис. 4.10).

Рассмотрим извлечение, декодирование и выполнение команды LOAD по адресам 0000Н и 0001Н в программе.

Этот тип команды будет выполнен, вероятно, за время око­ло 2—6 мкс большинством микро-ЭВМ. Рисунок 4.12 ил­люстрирует процедуру выполнения центральным процессо­ром этой специальной операции.

Рассмотрим сверху слева направо последовательность действий на рис. 4.12: счетчик команд прежде всего уста­навливает адрес первого этапа программы. После этого 16-разрядный адрес передается в адресный регистр, затем на адресную шину и в память программы. Для активиза­ции памяти программы ЦП выдает сигнал считывания программы (1 на линии ), в то время как дешифратор адресов (который не входит в состав ЦП) активизирует выбор кристалланулем. Затем счетчик команд инкрементируется до 0001Н, ячейка памяти программы 0000Н становится доступной и ее содержимое считывается на шину данных. Код операции (86Н) команды LOAD пере­дается в регистр ЦП. Этап извлечения КОП команды LOAD завершен.

Затем КОП (86Н), содержащийся в регистре команды ЦП, интерпретируется дешифратором команд. В данном случае ЦП определяет, идет ли речь о команде LOAD не­посредственно, что означает загрузку им содержимого па­мяти, адрес которой следует непосредственно за КОП, в аккумулятор. Содержимое счетчика команд (0001Н) пере­дается в адресный регистр, на адресную шину и в память.

Центральный процессор выдает импульс HIGH считывания на вход памяти. Импульс LOW поступает на вход

памяти, что активизирует память. В третьей строке (снизу) на рис. 4.12 счетчик команд инкрементируется до 0002Н, что подготавливает его к извлечению последую­щей команды. Ячейка памяти 0001Н становится доступной, и ее содержимое (ОАН) поступает на шину данных, затем передается в аккумулятор. В ходе этапа извлечения КОП всегда помещается в регистр команд.

Упражнения

Две части команды микропроцессоров называют­ся операцией и _____ .

См. рис. 4.10. Когда ячейка памяти 0002Н доступ­на, ее содержимое передается в регистр _____ ЦП через

шину ______ (адреса, данных).

См. рис. 4.10. Ячейка памяти 0003Н содержит 05Н, что рассматривается ЦП как _____ (операция, опе­ранд) команды.

Двоичное 16-разрядное число может быть пред­ставлено шестнадцатеричным числом _____ цифрами.

Привести три последовательных этапа цикла ко­манды микропроцессора.

См. рис. 4.12. Этап извлечения является основным

при операции ______ (считывания, записи), содержимое

памяти помещается в ______ (аккумулятор, регистр ко- манд) микропроцессора.

4.61. В ходе извлечения ______ (дешифратор команд,

счетчик команд) указывает адрес КОП извлечения из па­мяти.

См. рис. 4.12. Какие другие входы памяти необхо­димы для активизации считывания байта кроме адресного входа?

См. рис. 4.10. Какое шестнадцатеричное число дол­жно быть помещено в ячейку памяти 2000Н после выпол­нения ЦП команды 4?

См. рис. 4.12. После последовательного выполнения последовательности действий счетчик команд восстанавли­вается ______ (дешифратором адреса, оператором).

Решения

4.55. Операндом. 4.56. Команд; данных. 4.57. Операнд. 4.58. Четырь­мя. Например, 0010 0000 0000 11112 представляется в шестнадцатеричном коде как 200FH. 4.59. Извлечение — декодирование — выполнение. 4.60. Считывания; регистр команд. 4.61. Счетчик команд. 4.62. Входы (чтение/запись) и (выбор кристалла). 4.63. Программа выпол­няет сложение 0АН+05Н+12Н, сумма будет 21Н. Эта сумма помещена в ячейку памяти 2000Н (см. рис. 4.11,г). 4.64. Оператором.

Дополнительные упражнения к гл. 4

4.65. Перечислить темы, которые следует изучить при знакомстве с новым микропроцессором.

Однонаправленная 16-разрядная шина на рис. 4.1 является шиной ______.

Двунаправленная 8-разрядная шина на рис. 4.1 является шиной ______.

См. рис. 4.1. Устройство постоянной памяти сокра­щенно называют ______, тогда как устройство переменной

памяти сокращенно называют ______.

См. рис. 4.1. Системы, называемые ______, свя­зывают порты УВВ с периферийными устройствами систе­мы.

См. рис. 4.1. Подключение МП на шину данных выполняется по принципу ______ (ввода, вывода, двуна­правленного обмена).

См. рис. 4.1. Зная, что на шине установлен адрес 0010 0000 1000 1111, определить, какая ячейка памяти бу­дет адресована микропроцессором (шестнадцатеричное значение)?

Когда микро-ЭВМ получает доступ к ячейке па­мяти 00FEH, ПЗУ ______ (выдает, получает) 8 бит ______.

См. рис. 4.3. Постоянное запоминающее устройство представляет собой память емкостью 256 X ______ бит.

См. рис. 4.3. На какой странице располагается ПЗУ?

Для формирования оперативной памяти 4096X

X _____ бит или памяти _____ К могут использоваться

8 ИС ОЗУ 4096Х1, как показано на рис. 4.4, в.

Список выполняемых процессором операций пред­ставляет собой состав ______микропроцессора.

Команды микропроцессора классифицируются на различные команды вызова подпрограмм, возврата из под­программ, ветвления, передачи данных, _______.

Команда ADD является арифметической, команда STORE — _______.

Команды ветвления являются командами _______.

Команды вызова подпрограмм и ______ (арифме­тические, возврата из подпрограмм) в подпрограмме всегда объединяются попарно.

4.81. Операция ИЛИ ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ является ______ командой.

Системой счета в МП является ______.

Центральный микропроцессор микро-ЭВМ обыч­но содержит модификацию оперативной памяти, составля­емой _______ (ОЗУ, регистрами).

Центральный процессор микро-ЭВМ содержит обычно устройство интерпретации команд, называемое ______.

Центральный процессор микро-ЭВМ содержит це­пи упорядочивания событий. Это цепи ______.

Центральный процессор микро-ЭВМ представляет собой устройство, называемое ______.

См. рис. 4.13. Каково двоичное содержимое аккуму­лятора после операции ИЛИ?

См. рис. 4.13. После операции ИЛИ индикатор ну­ля будет ______ (установлен,

сброшен).

4.89. Индикаторы принадлежат специальному регистру — регистру кода условия или регистру _______, расположенному в АЛУ.

4.90. Счетчик команд МП хранит ______ (адрес, время)

следующей выполняемой команды.

В ходе извлечения ______ (КОП, операнд) чита­ется в памяти и передается в регистр команд МП.

В ходе декодирования дешифратор команд, рас­положенный в ______ (памяти, ЦП) интерпретирует КОП,

расположенный в регистре ______ (команд, синхронизации).

4.93. См. рис. 4.14, а, б. Каково содержимое аккумулятора после операции И?

4.94. См. рис. 4.14, а и в. Каково содержимое аккумулятора после операции ИНКРЕМЕНТ?

4.95. См. рис. 4.14, а и г. Какой адрес (шестнадцатеричный код) ячейки памяти, приведенной на рис. 4.14, г?

См. рис. 4.14, а и г. Каково двоичное содержимое ячейки памяти данных на рис. 4.14, г после операции STORE?

Каково двоичное содержимое аккумулятора (см. рис. 4.14, г) после операции STORE?

См. рис. 4.14, а. Какие две ячейки памяти содер­жат адрес операции STORE?

4.99. См. рис. 4.14, а и б. Результатом операции И с

ООН (команда 1) будет: ______ (сбросить, установить)

аккумулятор, обращая все его биты в ______ (0,1).

См. рис. 4.14, а. Код операции 1 _____, а ее опе­ранд _____.

См. рис. 4.14, а. Код операции 2, а ее операнд _____.

См. рис. 4.14, а. Код операции 3, а ее операнд ______.

Решения

4.65. Архитектура, состав команд, простейшие системы пользовате­ля, сигналы управления и назначения выводов. 4.66. Адресный. 4.67. Данных. 4.68. ПЗУ; ОЗУ. 4.69. Интерфейсом. 4.70. Двунаправлен­ного обмена. 4.71. 208FH. 4.72. Выдает; 0010 0000. 4.73. 8. 4.74. ООН (нулевая страница). 4.75. 8; 4. 4.76. Команд. 4.77. Арифметические и ло­гические. 4.78. Передачи данных. 4.79. Принятия решений. 4.80. Возвра­та из подпрограмм. 4.81. Логической. 4.82. АЛУ. 4.83. Регистрами 4.84. Дешифратором команд. 4.85. Управления и синхронизации. 4.86. Микропроцессором. 4.87. ООП 1111. 4.88. Сброшен. 4.89. Состояния, 4.90. Адрес. 4.91, КОП. 4.92. ЦП; команд. 4.93. 0000 00002.

4.94. 0000 00012- 4.95. 2001Н. 4.96. 0000 00012. 4.97. 0000 00012. 4.98. 0004Н и 0005Н. 4.99. Сбросить; 0. 4.100. 84Н; 00Н. 4,101. 4СН; операнда нет для операции инкремента. 4.102. В7Н; сочетание двух байт операнда для формирования адреса памяти 2001Н.