Управляющий блок

(УБ)

управляющие

сигналы

оповещательные

код операции сигналы

Функции ОБ:

• прием и хранение операндов;

• преобразование операндов;

• выдача результатов и оповещательных сигналов о знаках, особых значениях операндов, особых значениях промежуточных и конечных результатов.

УБ вырабатывает последовательность управляющих сигналов, обеспечивающих выполнение в ОБ нужной последовательности микроопераций (микрокоманд).

Управляющий блок может быть организован двумя способами:

1.УБ аппаратного типа (с жесткой или схемной логикой). В этом случае организуется набор комбинационных схем, которые в нужный момент времени вырабатывают соответствующие управляющие сигналы.

2. УБ с микропрограммным управлением. В этом случае в памяти УБ (в ПЗУ) хранятся микрокоманды, каждая из которых содержит информацию о микрооперациях, подлежащих выполнению в течение одного машинного такта и адрес следующей микрокоманды.

Иерархия программных единиц

Программа

Команда

(операция;

микропрограмма)

микропрограмма

(микрооперация)

Типовая архитектура микропроцессорной системы

шина адреса (ША)

шина данных (ШД)

CPU

ROM

RAM

In/Out

шина управления (ШУ)

Разрядность двунаправленной шины данных – от 8 разрядов.

Разрядность шины адреса – от 16 разрядов.

CPU – центральное процессорное устройство. Обеспечивает выполнение всех операций в соответствии с заданным алгоритмом. Практически обеспечивает выполнение всего процесса функционирования системы.

ROM (ПЗУ) – постоянное запоминающее устройство.

RAM (ОЗУ) – оперативное запоминающее устройство.

In/Out - интерфейсы ввода-вывода (порты ввода-вывода). Обеспечивают связь системы с периферийными устройствами.

Кроме этого, в состав системы может входить контроллер прямого доступа к памяти для управления внешними запоминающими устройствами.

Однокристальные МП с малой разрядность шин данных и адреса ориентированы на применение в устройствах цифровой автоматики, в управляющих блоках периферийных устройств ЭВМ.

МП с большой разрядностью шин обладают следующими достоинствами:

• большой объем адресуемой памяти;

• развитая система команд;

• разнообразные способы адресации:

• встроенные векторные системы прерываний;

• автоматическое обнаружение отказов питания.

Ниже на рисунке представлена архитектура микропроцессорной системы более подробно.

Управление прерываниями

BD

ШД

D7-D0

Управление последовательным в/в

P O R T

М

Е

М

Внутренняя шина данных

MX/DX

А

RI

TEM

0000 00

W Z

0001 01

B C

DCU

D E

ALU

RS

РОН

H L

SP

PC

I/D

RGA

CU

FFFF FF R

ША

ШУ А15 –А0 А7 – А0

ШД – 8-разрядная шина данных.

Внутренняя шина данных связывает между собой все блоки МП. Ее разрядность равна разрядности информационного слова.

ША – 16-разрядная шина адреса.

ШУ – шина управления.

МЕМ – память.

PORT – устройства ввода-вывода (порты).

Шина – группа проводов передачи информации, объединенных одним общим функциональным признаком. МП имеет три шины. Совокупность шин образует магистраль.

РОН – регистры общего назначения. Служат для хранения операндов, промежуточных результатов, могут использоваться для хранения адресов памяти. РОН могут объединяться в пары для работы с 16-разрядными данными – BC, DE, HL. Все РОН программно доступны. Разрядность каждого РОН равна разрядности шины данных.

MX/DX- мультиплексор-демультиплексор. Обеспечивает передачу данных с внутренней шины данных в блок РОН.

W,Z – регистры временного хранения. Служат для временного хранения второго и третьего байта кода команды. Регистры программно недоступны.

SP – 16-разрядный указатель стека. В нем хранится адрес последней занятой ячейки стека (вершины стека). При записи данных содержимое регистра увеличивается на 1, а при чтении – уменьшается на 1. Стек реализуется в основной памяти с дисциплиной LIFО.

РС – 16- разрядный счетчик команд (программный счетчик). Используется для приема и хранения текущего адреса команды. При выборке каждого байта команды содержимое программного счетчика автоматически увеличивается на 1, при этом первый байт всегда передается в регистр команд RI.

I/D – схема инкремена-декремента. Позволяет автоматически увеличить или уменьшить на 1 содержимое регистра адреса и совместить во времени модификацию адреса и выполнение операции в АЛУ.

RGA – буферный регистр адреса. Служит для приема и хранения адресной части команды. Разрядность регистра равна разрядности шины адреса.

BD – буферный регистр данных. Используется для временного хранения выбранного из памяти слова перед его передачей на внутреннюю шину данных или для временного хранения результата перед его выдачей во внешнюю шину данных.

RI – регистр команд. Принимает и хранит код очередной команды, адрес которой хранится в программном счетчике.

DCU – дешифратор кода команды.

ALU – 8-разрядное арифметико-логическое устройство. Предназначено для выполнения арифметических и логических операций.

А – регистр-аккумулятор или просто аккумулятор. Предназначен для временного хранения операнда или промежуточного результата. При выполнении операции с двумя операндами в А хранится один из операндов, а после выполнения операции – результат. Разрядность А равна разрядности информационного слова.

ТЕМ – регистр временного хранения. Предназначен для временного хранения одного из операндов перед выполнением операции в АЛУ.

CU – устройство управления. Вырабатывает последовательность управляющих сигналов, обеспечивающих выполнение микрооперации, расшифрованной по коду операции.

RS – регистр признаков или регистр флагов. В нем формируются признаки результата операции, выполненной в АЛУ. Регистр 8-разрядный, формирует 5 признаков (флагов).

7 6 5 4 3 2 1 0

S

Z

AC AAC

P

C

0 0 1

S - знак результата.

S = 1 – результат отрицательный; S = 0 – результат положительный.

Z – признак нулевого результата.

Z = 1 – результат равен нулю; Z =0 – результат ненулевой.

АС – признак полупереноса или вспомогательный перенос. Фиксирует при сложении перенос из младшей тетрады в старшую.

АС = 1, если перенос был; АС = 0, если переноса не было.

Р – признак четности или паритет. Определяет, четное или нечетное число единиц в результате.

Р = 1, если число единиц в результате четное; Р = 0, если число единиц в результате нечетное.

С – признак переноса. Фиксирует перенос из старшего разряда.

С = 1, если перенос был; С = 0, если переноса не было.

Функционирование МП происходит следующим образом.

1. Вся информация (программа, исходные данные, результаты) размещается в памяти (ОЗУ или ПЗУ).

2. Информация поступает в МП по шине данных.

3. Каждое внешнее или внутреннее устройство имеет адрес или диапазон адресов.

4. При обращении к конкретному устройству МП выставляет на ША адрес этого устройства, а на ШУ – признак обращения к этому устройству и обеспечивает выдачу информации на ШД.

Выполняя программу, МП обрабатывает команду за командой последовательно.

Алгоритм выполнения программы выглядит следующим образом.