Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет
Факультет Технической Кибернетики
Кафедра Компьютерных Систем и Программных технологий
Отчет по лабораторной работе по
«Организации ЭВМ и систем»
Исследование однокристального микропроцессора
с фиксированным списком команд
Работу выполнил студент группы 3081/4
Колтон С. Л.
Преподаватель _______(подпись)
Павловский Е. Г.
Санкт-Петербург
2011 год
Цель исследования
Практическое ознакомление с организацией микропроцессорных систем на основе однокристальных микропроцессоров и приобретение навыков программирования микропроцессора указанного типа.
Программа исследования
ознакомление с внутренней организацией МП КР580ВМ80 и режимами его работы;
детальное изучение системы команд МП 8080 и способов адресации;
изучение программируемого интерфейса ввода-вывода;
приобретение навыков программирования и построения простейших контроллеров на основе МПК серии К580.
Работа микропроцессора и микропроцессорной системы
В данной работе изучается микропроцессор фирмы Intel серии 8080. В качестве объекта исследования был использован микропроцессор К580ВМ80А - аналог процессора 8080.
Исследование выполнялись с помощью микропроцессорной системы, реализованной в виде стенда ТУМ1, на базе микропроцессорного комплекта серии К580.
КР580ВМ80А — 8-разрядный микропроцессор, клон микропроцессора Intel i8080A (1974 год). Микропроцессор является основным элементом микропроцессорного комплекта серии КР580. Разработка Киевского НИИ микроприборов, руководитель направления — А. В. Кобылинский. В различных вариантах выпускался с конца 1970-х годов (наиболее раннее из упоминаний — использован в прототипе компьютера СМ1800, 1979 год) до середины 1990-х годов.
Рис. 1. Структурная схема КР580М80А
Процессор содержал 4500 транзисторов по технологии 6 мкм n-МДП.
Штатная тактовая частота для процессора до 2,5 МГц (теоретически позволял работать на более высокой частоте). Каждая команда выполняется за 1..5 машинных циклов, каждый из которых состоит из 3..5 тактов. Таким образом средняя производительность оценивается на уровне 200..300 тыс. оп/c на частоте 2 МГц.
Микропроцессор имел раздельные 16-разрядную шину адреса и 8-разрядную шину данных. 16-разрядная шина адреса обеспечивает прямую адресацию внешней памяти объёмом до 64 Кбайт и 256 устройств ввода/вывода.
Для хранения участвующих в операциях данных предусмотрено семь 8-разрядных регистров.
Регистр А, называемый аккумулятором, предназначен для обмена информацией с внешними устройствами, при выполнении арифметических, логических операций и операций сдвига он служит источником операнда, в него помещается результат выполненной операции.
Шесть других регистров, обозначенных B, C, D, E, H, L, образуют так называемый блок регистров общего назначения РОН. Эти регистры могут использоваться как одиночные 8-разрядные регистры. В случаях, когда возникает необходимость хранить 16-разрядные двоичные числа, они объединяются в пары BC, DE, HL.
Указатель стека служит для адресации стека в котором хранятся адреса возврата к прерванным подпрограммам.
Счетчик команд указывает адрес где находится в памяти очередной байт команды.
В 8-разрядном АЛУ предусмотрена возможность выполнения четырёх арифметических операций, четырёх видов логических, а также четырёх видов циклического сдвига. При выполнении этих операций одним из операндов служит содержимое аккумулятора, и результат операции помещается в аккумулятор. Циклический сдвиг выполняется только над содержимым аккумулятора. Предусмотрена возможность выполнения арифметических операций над десятичными числами.
Регистр признаков предназначен для индикации результатов выполнения некоторых операций. В регистре хранятся значения флагов:
Z — нулевого результата;
C — переноса из старшего разряда;
S — знака;
P — четности;
С' (AC) — двоично десятичного переноса.
ТУМ1
Исследования выполняются с помощью микропроцессорной системы, реализованной в виде стенда ТУМ1 (тренажер универсальный микропроцессорный), на базе микропроцессорного комплекта серии К580.
В состав стенда входят:
– плата центрального процессора. На ней размещены процессор, тактовый генератор, системный контроллер сигналов управления обменом информации и шинные формирователи адреса и данных;
– плата оперативного запоминающего устройства емкостью 1024 восьмиразрядных слов;
– панели управления и индикации, с помощью которых осуществляется управление стендом, индикация содержимого системных шин адреса, данных и управления.
С помощью внешних разъемов имеется возможность подключения внешних модулей программируемого параллельного интерфейса ввода/вывода, управляющих двунаправленным обменом с внешними устройствами.
Основными режимами работы стенда являются режим «выполнения команд программы» и режим «записи и модификации программы». В режиме «выполнения команд программы» реализуется работа микропроцессорной системы по программе, предварительно записанной в память, или задаваемой командами с клавиатуры. В режиме «записи и коррекции программы»
Рис. 2. Структурная схема стенда ТУМ1
осуществляется программирование системы для реализации конкретных пользовательских задач. В соответствии с одноименным режимом работы МП КР580ВМ80 этот режим назван режимом прямого доступа в память (ПДП).
Для управления работой стенда в различных режимах на его панели управления размещены клавишные переключатели и тумблеры:
– ЗУ/КЛАВ — тумблер, определяющий источник данных и команд. В положении ЗУ осуществляется чтение (запись) команд и данных из памяти или в память, в положении КЛАВ — с клавиатуры.
– ЗПД — тумблер, с помощью которого обеспечивается формирование сигнала «Запрос прямого доступа к памяти». Реагируя на этот сигнал, МП переходит в режим ПДП. В этом режиме МП отключается от системных шин адреса и данных, и управление памятью передается клавишным регистрам адреса и данных. Установление режима ПДП контролируется по светодиодному индикатору ППД (подтверждения прямого доступа).
– Тумблер НЕПР/ШАГ обеспечивает работу МП в непрерывном или пошаговом режиме выполнения программы.
– КЦ/МЦ — тумблер, задающий работу МП в пошаговом режиме по командным или машинным циклам. При нажатии кнопки ПУСК реализуется выполнение одного командного или машинного цикла команды.
Кроме названных элементов на передней панели также размещены следующие клавишные переключатели с независимой фиксацией и кнопки.
– Клавиши ЗП1 и ЗП2 предназначены для имитации сигналов «Запрос прерывания» от двух различных внешних устройств.
– Клавиша ЗАП используется для формирования управляющего сигнала «Запись в ОЗУ» при работе микропроцессорной системы в режиме ПДП.
– Клавиша НУ обеспечивает начальную инициализацию МП, при выполнении которой осуществляется установка счетчика команд в нулевое состояние, сброс триггеров разрешения прерывания и подтверждения захвата. При нажатии клавиши НУ микропроцессор переходит к выполнению команды, записанной по нулевому адресу.
16-разрядный клавишный регистр адреса и 8-разрядный клавишный регистр данных в режиме ПДП позволяют устанавливать адрес, читать и записывать данные в адресуемую ячейку ОЗУ или считывать команды и данные с клавиатуры при установке переключателя ЗУ/КЛАВ в положение КЛАВ.
На панель индикации устройства вывода с помощью светодиодных индикаторов выводится следующая информация:
– состояние шин адреса и данных микропроцессорной системы, отображаемое с помощью индикаторов ШИНА АДРЕСА и ШИНА ДАННЫХ;
– содержимое байта состояния МП в текущем машинном цикле: ЧТП (чтение памяти), ЧТВВ (чтение содержимого устройств ввода), М1 (машинный цикл выборки команды), ЗПВВ (запись информации в устройство вывода), ПОСТ (подтверждение «останова»), СТЕК (обращение к стеку), ВМП (выдача данных из МП — сигнал, идентифицирующая МП как источник информации), ППР (подтверждение прерываний). Управляющие сигналы байта состояния совместно с выходными сигналами МП ПРИЕМ и ЗАПИСЬ с помощью внешнего системного контроллера, размещенного на плате ЦП преобразуются в набор сигналов ЧТЕНИЕ и ЗАПИСЬ отдельно для памяти и отдельно для устройств ввода/вывода.
Оставшиеся семь светодиодов содержат информацию о текущем цикле внешнего обмена в системе. Светодиоды ГОТ и ПР индицируют состояние входных сигналов «Готовность» и «Запрос прерывания» на одноименных входах МП. В процессе работы МП автоматически контролирует состояние этих входов и в зависимости от значения сигналов на них обеспечивает соответствующий режим работы МП. При наличии сигнала «Готовность» (горящем светодиоде ГОТ) обмен с внешним устройством разрешен, при отсутствии сигнала «Готовность» обмен приостановлен, и МП переходит в состояние «Ожидание», которое отображается включенным светодиодом ОЖ.