Система команд

Команды различаются по структуре:

• однобайтовые

• 2-х байтные

• 3-х байтныеэ

По функциональному назначению:

(5 групп)

1. команды пересылки данных: mov D, S [(D)<-(S)], mvi D , data

и другие

2. Арифметические команды: ADD S, SUB S, INR D, DCR D

3. Логические команды:XRA S (по модулю 2), RLC – сдвиг влево совместно с битом переноса

4. Команды передачи управления: JMP , CALL, RET

5. Команды ввода – вывода и управления работой МП

IN port – ввод информации из порта в аккумулятор,OUT port – вывод информации в порт

DI – запрещение прерываний,EI – разрешение прерываний, HTL – остановка МП.

16-ти разрядные МП

Однокристальный МП i8086

Данный МП имеет производительность в 5 раз выше производительности i8080, это достигается используемыми в МП схемотехническими и архитектурными решениями.

Архитектурные способности данного процессора:

1. развитая регистровая структура(по отношению к i8080);

2. конвейерный принцип выполнения команд с предварительной выборкой, обеспечивающий максимальную пропускную способность канала.

3. Обобщенный 16-ти разрядный канал адреса данных с распределением во времени;

4. Многофункциональное использование выводов микросхемы, что позволяет адаптировать процессор к уровню сложности проектируемой МПС.

Краткие технические характеристики:

1. сложность реализации (29000 вентелей на кристалле);

2. система команд(135 базовых команд);

3. типы обрабатываемых данных(биты, байты, слова , строки, 2-10 числа)

4. число программно доступных РОН(14, 16 - разрядные);

5. объем адресуемой памяти – 1Мб;

6. число адресуемых портов ввода – вывода – 64 Кб;

7. тактовая частота – 5МГЦ

8. максимальное быстродействие – 2,5 миллиона операций в секунду;

9. Uпитания=+5V

10. Количество ножек корпуса – 40

Структурная организация МП i8086

МП состоит из 2-х функционально – автономных устройств, работающих параллельно, это устройство сопряжения с каналом, либо с системной шиной или ОУ.

1.Устройство сопряжения с каналом содержит секцию управления, 6-ти байтную очередь команд, 4 сегментных регистра и счетчик команд.

Устройство сопряжения формирует 20-ти разрядный адрес памяти и обеспечивает предварительную выборку команд.

2. операционное устройство выполняет все операции , связанные с обработкой данных и состоит из:

16-ти разрядного АЛУ; 8,16-ти разрядных РОН; 16-ти разрядный регистр признаков.

№35. Организация памяти в микропроцессорных системах

Основные характеристики полупроводниковой памяти:

1. емкость памяти – число бит хранимой информации;

2. организация кристалла памяти – 2Кбайта 8-ми разрядных слов(2Кх8) или 4Кх16

3. время обращения к памяти – время от момента подачи сигнала управления, до момента появления информации на выходе памяти;

4. удельная стоимость – стоимость одного бита(байта ) информации

5. потребляемая мощность.

Типы полупроводниковой памяти , используемой в МПС:

ПЗУ и ОЗУ

ПЗУ делят на :

1. ПЗУ , программируемые маской, данные ПЗУ программируются в процессе изготовления.

2. ППЗУ, программируемые пользователем, но однократно программируемые

3. РППЗУ(распрограммируемые ПЗУ):

2 типа – 1) с ультрафиолетовым стиранием информации;

2) с электрическим(FLASH память)

ОЗУ делят на :

1. статические

2. динамические

В статическом ОЗУ элемента хранения информации используется бистабильная ячейка(то есть необходимо 2 вентеля).

В динамическом ОЗУ для хранения информации используется емкость 1 вентеля.

Способы дешифрации памяти:

Используют 2 способа адресации (дешифрации):

1. адресация элементов памяти

2. блочная адресация

2.Адресация к блоку.

Все микросхемы памяти[МПС] имеют встроенные дешифраторы, поэтому задачи разработчика системы сводятся к выбору микросхемы памяти, находящейся в определенном месте адресного пространства.

№36.Организация прерываний в микропроцессорных системах.

МПС взаимодействует с периферийными устройствами двумя способами:

• программный опрос

• взаимодействие по прерываниям

Взаимодействие по прерываниям требует для реализации дополнительного оборудования (в отличие от программного опроса), в качестве которого используется контроллеры прерываний. В рамках каждого МП семейства имеется 1 либо несколько типов контроллеров прерываний.

Контроллер 8059 является 8-мивходовым расширяемым векторным устройством прерывания, т.е. имеет 8 независимых входов прерывания и может работать в одном из четырех режимов, т.е. является программно управляемым.

1-й режим - режим вложенных прерываний.

Каждому из 8 входов присваивается некоторый фиксированный приоритет, который не изменяется в процессе работы. Прерывания, пришедшие на более приоритетный вход прерывает обслуживание менее приоритетного прерывания. После обслуживания более приоритетного прерывания МП возвращается к обслуживанию менее приоритетного.

2-й режим - режим кругового или циклического приоритета. При работе в данном режиме в начале каждому из входов прерываний присваивается свой приоритет. При возникновении и обслуживании прерывания по некоторому входу, данному входу присваивается низший приоритет, а соседнему с ним входу присваивается высший. Приоритеты остальных входов расставляются по кольцу от высшего к низшему.

1-й способ используется тогда, когда в системе используются источники прерываний, различные по значимости. 2-й способ - когда источники прерываний равнозначны.

3-й режим - адресуемый приоритет. Данный режим похож на 2-й с тем лишь отличием, что после прихода и обслуживания прерывания, назначение входа, которому присваивается наивысший приоритет, указывается пользователем.

4-й режим - режим опроса. В данном режиме все сигналы прерывания запоминаются во входном регистре контроллера прерываний. МП программным образом опрашивает его и объявляет какой из сигналов будет им обрабатываться в данный момент времени.

В любом из режимов, кроме 4-го, контроллер работает следующим образом: при поступлении сигнала прерывания на любом из входов. Если данный вход не замаскирован регистром масок, то сигнал записывается в РЗП (регистр запросов прерываний). Если в данный момент времени в РОП (рг. обслуживаемых прерываний) не находится на обработке более приоритетный запрос, то вырабатывается сигнал запроса в Рг. управления. Регистр управления вырабатывает сигнал INT . Если обслуживание прерываний в МП разрешено, то МП выдает сигнал подтверждения INTA на ШД МПС. В следующем цикле МП подает на 2-ой сигнал INTA в ответ на который контроллер выдает старший байт адреса подпрограммы обслуживания прерывания. МП выдает 3-й сигнал INTA , в ответ на который он получает младший байт адреса подпрограммы обработки прерывания.

Для программирования контроллера используются слова (приказы)инициализации, которые выдается 2 или 3. В этих словах задается начальный адрес таблицы векторов прерывания, кроме того задается интервал расположения векторов прерывания в таблице (4 либо 8). В слове инициализации указывается 1 либо несколько контроллеров, и если используется несколько , то указывается их приоритет.

№37.Программируемый последовательный интерфейс МПС.

В рамках любого комплекта БИС МП-го набора всегда имеется БИС последовательного интерфейса. Он используется для преобразования параллельного кода в последовательный и наоборот. На его основе строится последовательные интерфейсы ВПУ, а также для построения мультимашинных систем со связью по последовательному каналу (сети МПС).

8051

данный БИС может работать с 2-мя форматами последовательной информации:

• асинхронная передача

• синхронная передача

При асинхронной передаче информации каждый передаваемый символ обрамляется 2-мя служебными символами: стартовый и стоповый бит. Бит паритета может присутствовать, а может и отсутствовать.

Достоинство: высокая надежность передачи связана с тем, что передаваемая информация с 2-х сторон обрамляется служебными символами.

Недостаток: избыточность предаваемой информации, а следовательно низкая скорость передачи.

Синхронная передача.

Символы передаются в виде непрерывного потока бит без служебных разделителей, но в начале передаваемой информации выдаются 2 специальных служебных символа

Недостаток - возможность проблем при передаче больших массивов информации в форме 1-го пакета.

Достоинство - нет избыточности информации.

1-й режим - симплексная передача - информация передается от одного абонента к другому только в одном направлении

2-й режим - полудуплекс - информация передается поочередно в обе стороны.

3-й режим - дуплекс - информация передается одновременно в обе стороны.

Данный БИС может работать в 2-х режимах взаимодействия с ЦП:

• режим программируемого опроса

• режим взаимодействия по сигналом прерывания

Любой принятый по последовательному каналу символ передается в буфер памяти, текущий адрес которого хранится в смежных ячейках с адресом RBUF .

Очередной передаваемый символ берется из передающего буфера, указатель которого хранится в ячейках с адресом TBUF .

При обнаружении ошибки вызывается подпрограмма обработки ошибки. Количество предаваемых байт хранится в Рг В.

№38. Организация ввода-вывода на базе БИС ПДП.

ПДП используется для организации передачи информации между ПУ и ОП., не занимая процессор. Из этого вытекает его основное достоинство – процессор не отвлекается от основной задачи. Кроме того обмен информацией между ПУ и ОП также осуществляется быстрее чем при обмене через аккумулятор процессора, поскольку идет прямой обмен между ПУ и ОП и нет ожидания освобождения процессора от более приоритетных задач. Недостатком является наличие лишнего оборудования (ПДП) и то, что процессор не может вести обмен с ОП, так как он отключается от шины.

В микропроцессорный комплект i8080 входит ПДП i8057. Оно имеет 4 независимых канала ПДП, хотя одновременно может работать только один. Структура этого ПДП следующая:

ADSTB –строб адреса – стробирует старший байт адреса, который выдается через буфер ШД в начальный момент времени. Данный адрес должен быть запомнен во внешнем регистре, тогда совместно с выдаваемым на БИС младшим адресом он образует адрес ОЗУ.

TC – сигнал окончания счета . Вырабатывается при обнулении счетчика работающего канала.

DRQ – запрос ПДП от ПУ.

DACK – разрешение прямого доступа к памяти для данного ПУ.

Программирование канала – запись 4х байт в соответствующие регистры каждого канала, а также соответствующих бит в регистр режима: 00 – режим проверки (тестирования) – канал работает как в обычном режиме, но не выдавая внешних сигналов; 01 – режим записи из ПУ в память; 10 – режим чтения из памяти в ПУ; 11 – запрещенная комбинация.

Регистр счетчика определяет максимальный массив памяти, передаваемый из/в память. Адрес – начальная область памяти, куда будет писаться/читаться информация.

Назначение битов регистра режима:

7. AL – флаг автозагрузки содержимого канала К3 в К2 после обнуления счетчика К2.

6. TCS – определяет режим останова после окончания счета.

5. EW – флаг расширенной записи. В данном режиме увеличивается длительность сигналов MEMW и I/OW, генерируемых контроллером. Увеличение длительности этих сигналов позволяет не вводить состояние готовности.

4. RP – флаг циклического приоритета. Используется циклический приоритет, аналогичный циклическому приоритету каналов. При RP=0 используется фиксированный приоритет.

3-0. EN_i – бит разрешения работы соответствующего канала ПДП.

Назначение битов регистра состояния: 4. UF – флаг модификации. Устанавливается в 1 в режиме AL, когда содержимое канала К3 перегружается в К2. 3-0. ТС_i – флаги состояния каналов ПДП. Устанавливается в 1 после завершения работы соответствующего канала.

Подключение ПДП к системной шине МПС осуществляется следующим образом:

Алгоритм работы данного БИС:

1. Выполняется инициализация контроллера. При этом в каждый канал ПДП загружается адрес, счетчик, режим и флаг разрешения работы соответствующего канала в регистре режима.

2. После поступления сигнала DRQ_i БИС ПДП выставляет сигнал Hold Request (HRQ) в МП. После подтверждения от МП его отключения от шины выставляется сигнал DACK_i в ПУ. Если одновременно приходят несколько сигналов DRQ_i, то обслуживание производится для канала с высшим приоритетом.

3. Выставляется адрес памяти и последовательность сигналов I/O Read – Memory Write (MEMW) или MEMR – I/OW. Автоматически производится инкремент адреса и декремент счетчика.

4. Работа канала продолжается до обнуления счетчика, если установлен режим TCS.

№39. Реализация внутренних системных интерфейсов МПС.

Интерфейс (И) – совокупность электрических соединений и правил, с помощью которых различные компоненты системы объединяются в единое целое. Внутренний И предназначен для объединения МП с различными БИС микропроцессорного комплекта и называется, как правило, системным И.

Системный И характеризуется своей логической и физической структурой. Физическая структура определяет способ реализации И. Логическая структура определяет способ организации связи МП с основными компонентами системы.

По логической структуре И делятся на интерфейсы с общей и изолированной шиной.

МПС с изолированной шиной: МПС с общей шиной:

Отдельные (изолированные) сигналы при адресации к памяти (MR, MW, I/OR, I/OW).

Достоинство: область адресов памяти используется полностью памятью, а не занимается портами ввода-вывода.

Недостатки: малое количество портов ввода-вывода и малое количество команд для работы с портами ввода-вывода (IN, OUT).

Устройства ввода-вывода располагаются в адресном пространстве памяти. Например половину памяти занимает ОП, а вторую половину – I/O.

Достоинства: увеличение адресов ввода-вывода. Расширение набора команд для работы с вводом-выводом.

Недостатки: уменьшение адресов ОП.

Для реализации внутреннего И используется следующий набор компонент:

1. Усилители.

2. Для реализации управляющих сигналов необходимо использовать как управляющие сигналы МП, так и сигналы слова состояния МП, поэтому используются специальные устройства, которые выполняют их совместную обработку. Такие устройства наз. системными контроллерами. Они усиливают сигналы ШД и вырабатывает основные управляющие сигналы.

3. Системный генератор. Вырабатывает синхроимпульсы и привязывает асинхронные сигналы к тактирующим импульсам.

Функциональная схема системной шины i8080

……………

……………

……………

№ 41. БИС МПК 2-го и 3-го поколений фирмы Intel

Микропроцессорный комплект(МПК) – это набор БИС либо СБИС совместимых по интерфейсу и набору используемых команд с МП данного комплекта. В качестве БИС МПК помимо МП выпускаются :

• БИСы памяти;

• БИСы интерфейсов различных ПУ;

• БИСы преобразователей сигналов.

БИС контроллера прерываний – микросхема Intel 8059, отечественный аналог – КР580ИК59. МПС может взаимодействовать с ПУ двумя способами:

• программный опрос;

• взаимодействие по прерываниям.

При программном опросе МПС должна периодически опрашивать флажки запросов ПУ, в случае обнаружения запроса, она переходит на подпрограмму обслуживания.

При взаимодействии по прерываниям, требуется дополнительное оборудование, в качестве которого используются контроллеры прерываний.

i8059

Данный контроллер является 8-ми входовым, расширяемым векторным устройством прерываний, то есть имеет 8 независимых входов прерываний и может работать в одном из 4-х режимов:

1. Режим вложенных прерываний

2. Режим кругового (циклического )приоритета

3. Адресуемый приоритет

4. Режим опроса

Для программирования контроллера используются приказы(слова) инициализации , их выдается 2 или 3, в которых задается начальный адрес таблицы векторов прерывания, либо подпрограмма обслуживания прерывания, кроме того задается интервал расположения векторов в таблице (4 либо 8 байта), указывается о1 или несколько контроллеров и если их несколько , то указываются приоритеты.

Программируемый адаптер параллельного ввода – вывода.

Для связи с различными ПУ используется данный адаптер. В рамках серии имеется адаптер i8055 или аналог – КР580ИК55. Данный БИС представляет собой 3 двунаправленных параллельных порта ввода-вывода – А,В,С, при этом порт С может функционировать как два 4-х разрядных независимых параллельных порта. Данный адаптер может работать в двух режимах:

1. режим формирования одиночного строба(не основной)

2. режим параллельного интерфейса(3 подрежима)