Агаханян Електронные устройства в медицинских приборах 2010

руемое устройство управления (МУУ), позволяющее частично или полностью менять набор микрокоманд, при помощи которых указывается, какие операции должны выполнять отдельные вычислительные элементы БИС и связанные с ними субблоки, например интерфейсы ОЗУ и устройства ввода/вывода.

Наличие ММУ наряду с перепрограммированием являются основным достоинством микропроцессоров, заключающимся в возможности задавать разработчиком системы микропрограммы, обеспечивающие выполнение требуемой задачи по обработке данных. Микропрограмма представляет собой вид программы, непосредственно управлявшей работой каждого функционального элемента. При этом для выполнения одной машинной команды (например, прибавить 1, пропустить и т.д.), представляющей собой макрокоманду в виде последовательности микрокоманд, из ММУ выбирается серия микрокоманд. Одни и те же последовательности микрокоманд могут участвовать в нескольких макрокомандах.

Микропроцессор функционирует синхронно с генератором тактовых импульсов. Для реализации одной команды требуется несколько периодов тактовых импульсов. Время выполнения команды, т.е. цикл команды, включает один или несколько машинных циклов, в свою очередь состоящих из следующих циклов:

цикла выборки, в течение которого в процессор поступает адрес команды в памяти (при помощи регистра адреса памяти), дешифрируется этот адрес и команда считывается из памяти в регистр данных памяти процессора;

исполнительного цикла, в течение которого команда дешифрируется и требуемая операция выполняется как последовательность отдельных микрокоманд, в которую входят, например, пересылка содержимого регистра В на шину, загрузка регистра С содержимым шины и т.д.

Для выполнения каждой микрокоманды требуется, по крайней мере, один такт. Общее количество тактов на команду зависит от ее типа.

На рис. 8.24 показана типичная схема выводов корпуса ИМС микропроцессора. Вывод «Состояние шины данных», предназначенный для подачи сигнала состояния на внешние устройства, слу-

421

Всистемотехническом отношении общими чертами указанных микропроцессоров является возможность определений адреса обращения за очередной командой и адреса обращения для операций приема или выдачи данных. Они способны выполнять достаточно большой набор операций над данными, в большинстве случаев производить асинхронный протокол обмена информацией. В них предусмотрены возможности изменения последовательности операций и их приостановкипо запросу извне.

Вобщем виде структура аппаратурных связей микропроцессоров универсального типа представлена на рис. 8.25.

Рис. 8.25. Структура аппаратурных связей микропроцессоров универсального типа

Для такой структуры характерно наличие следующих линий или групп линий:

вход от генератора тактовых сигналов;

установка в начальное состояние;

линия ввода/вывода данных, используемая также и для приема команд;

адреса обращения (эта группа может быть частично или полностью мультиплексирована с линиями ввода/вывода данных или выполнена отдельно);

управление элементарным циклом обмена информацией (тип цикла, сигналы синхронизации адреса и данных, подтверждение и т.д.);

прерывания (маскируемые, немаскируемые, векторные и невекторные);

обслуживание процедур перераспределения информационной магистрали, так называемый прямой доступ к памяти.

423

Четыре функциональных блока микропроцессора 8080 включают:

матрицу регистров и логические схемы адресации;

АЛУ;

блок регистра команд и управления;

буферы шины данных.

Матрица регистров и схемы адресации. Матрица регистров представляет собой статическое ОЗУ, состоящее из шести 16разрядных регистров. Шестнадцатиразрядный счетчик команды предназначен для хранения адреса текущей команда выполняемой программы. Указатель стека, представляющий собой 16-разрядный регистр, может адресовать внешнюю стековую память емкостью 64 байт, предоставляя тем самым в распоряжение пользователя такое количество последовательного вложения подпрограмм, какое тому необходимо.

Пары 8-разрядных регистров В–С, D–E и H–L являются регистрами сверхоперативной памяти (СОЗУ), которые можно использовать как шесть одинарных 8-разрядных регистров или как три пары 16-разрядных регистров. Пара регистров временного хранения W–Z предназначена для внутренних команд. Шестнадцатиразрядный регистр адреса, загружаемый данными любой из трех пар регистров СОЗУ, обеспечивает адресацию объемом 65 Кбайт через адресные буферы А0, А1, …, А15. Из этого регистра данные поступают в инкрементор/декрементор, который передает их в матрицу регистров. Во время передачи может происходить увеличение или уменьшение адреса. Мультиплексная передача байтов данных осуществляется между внутренней шиной и матрицей регистров.

В микропроцессоре 8080 список команд увеличен по сравнению со списком команд в микропроцессорах первого поколения на 30 команд, что упрощает задачи сопряжения микропроцессора с внешними устройствами, обеспечивает прямой доступ к памяти и облегчает процедуру отладки программ.

Новые команды дают возможность быстро записать в верхние ячейки внешней стековой памяти или быстро извлечь из них содержимое любой пары регистров В–С, D–Е, Н–L аккумулятора. Пару регистров временного хранения W–Z можно использовать в

425

ны данных. Буфер отключается на время ввода или выполнения операций, не связанных с пересылкой данных. В режиме ввода данные от шины данных внешних устройств через буфер передаются на внутреннюю шину.

По аналогичной структурной схеме строятся и указанные выше микропроцессоры универсального типа с фиксированной разрядностью. Их характерной особенностью, с точки зрения программиста, является наличие пяти функциональных узлов, обеспечивающих возможность применения таких микропроцессоров в различных областях техники. К числу таких функциональных узлов относятся:

счетчик команд или программный счетчик, представляющий собой регистр, в котором формируется значение адреса обращения за очередной командой;

указатель стека, представляющий собой регистр, хранящий указатель системного стека, используемого автоматически при вызове подпрограмм и обслуживании прерываний;

набор регистров общего назначения, используемых обычно для формирования адресов обращения в операциях, связанных с приемом или выдачей данных, а также для хранения данных, часто вовлекаемых в операции на исполняемом участке программы;

АЛУ, выполняющее арифметические и логические операции над данными и участвующее в определении адресов обращения;

регистр признаков результата операции над данными, содержимое которого может быть использовано для формирования адреса очередной команды с целью изменения обычной последовательности (например, условные переходы и другие команды аналогичного характера).

На рис. 8.27 показана типичная структурная схема микропроцессорной системы на основе БИС типа Intel 8080. Чтобы построить такую систему, к микропроцессору требуется присоединить шесть внешних модулей. Первый из них – это внешний задающий кварцевый генератор, формирующий две непрерывные последовательности синхроимпульсов, которые поступают на выводы Ф1 и Ф2 корпуса микропроцессора. В систему входит модуль памяти, состоящий обычно из ОЗУ, ПЗУ и памяти на сдвиговых регистрах. Считывание информации с внешних источников адресов и обмен

427

шины управления (обеспечивают синхронизацию работы внешних блоков с внутренними).

По схеме на рис. 8.27 составляют микропроцессорные системы и на других универсальных микропроцессорах с фиксированной разрядностью. При этом объем внешней памяти и интерфейса, необходимых для реализации системы, зависит от сложности последней.

8.6.2. Микропроцессорные системы

снаращиваемой разрядностью

Внастоящее время для решения некоторых задач применяют микропроцессорные комплекты с наращиваемой разрядностью, главной ценностью которых является их гибкость, позволяющая получить вычислительную мощность, значительно превышающую мощность, которой обладают универсальные микропроцессоры с фиксированной разрядностью. Микропроцессорные комплекты содержат ИМС различной разрядности и степени интеграции (обычно в виде СИС и БИС) и используются в различных комбинациях для построения микропроцессорных систем. Модули таких комплектов строят с таким расчетом, чтобы обеспечить их совместимость по уровням электропитания и представлению информации, единообразие конструктивных параметров, а также системную совместимость.

Одним из наиболее известных микропроцессорных комплектов

(МК) являются I 3000 и Am2900.

На рис. 8.28 приведена упрощенная типовая схема связей между модулями МК, образующими законченный комплекс совместимых приборов. Два основных компонента этого комплекса, микропрограммное управляющее устройство (МУУ) и центральный процессорный элемент (ЦПЭ), допускают наращивание разрядности. Так, каждый ЦПЭ микропроцессорного комплекта I 3000 представляет собой двухразрядную секцию процессора с пятью независимыми шинами. Соединив параллельно несколько модулей ЦПЭ, можно строить процессор с любой желаемой длиной слова. Для функциональной полноты МК в него включают модули, на основе которых

429