Лабораторная работа n 1 практическое изучение учебной микро-эвм

Цель работы: ознакомление с архитектурой учебной микро-ЗВМ картой памяти, органами управления, режимами работы и программированием.

Задание:

1. Изучить порядок включения микро-ЭВМ.

1. Исследовать содержимое ОЗУ и ПЗУ микро-ЭВМ.

3. Записать числа в ячейки памяти микро-ЭВМ.

4. Записать числа в программно-доступные регистры.

5. Осуществить пуск выполнения программы.

6. Осуществить ввод в программу контрольных точек.

Предварительная подготовка к выполнению лабораторной работы

1. Изучить Л.2 стр.18-37, 47-59, Л.3 стр.170-186.

2. Ознакомиться с описанием учебной микро-ЭВМ.

3. Ознакомиться с типовой минимальной структурой микро-ЭВМ, методами организацией магистралей, подключением памяти и внешних устройств к магистралям.

4. Изучить дисплей, клавиатуру и возможные режимы работы учебной микро-ЭВМ.

5. Изучите внутреннее СОЗУ БИС KP5SO и уясните назначение каждого регистра СОЗУ.

Пояснения к работе

Микропроцессорные устройства содержат, как правило, программно-управляемые микросхемы большой степени интеграции (БИС), осуществляющие процесс обработки цифровой информации и управления этим процессом. Управляющая программа и данные должны содержаться в интегральных микросхемах памяти микропроцессорного устройства. Для обмена информацией с внешними устройствами (клавиатура, дисплей, внешняя память и т.п.) служат интерфейсные и управляющие микропроцессорные БИС.

Электронные системы содержащие микропроцессор, память и устройства ввода-вывода называются микро-ЭВМ. Вышеназванные физические устройства являются аппаратными средствами микро-ЭВМ.

Для практического использования аппаратных средств необходима программа, представляющая список команд микропроцессора. Совокупность программ, написанных для данной микроэвм является программным обеспечением или программными средствами микро-ЭВМ.

Аппаратные средства для обмена с каким либо внешним устройством называются портами ввода-вывода. Совокупность аппаратных средств и соглашений о порядке обмена данными с внешним устройствами называется интерфейсом.

Под архитектурой микро-ЭВМ понимается общая логическая организация, определяющая процесс обработки данных, состав, назначение, принципы взаимодействия аппаратных и программных средств микро-ЭВМ.

Структурная схема, отражающая архитектуру учебной микро-ЭВМ, предназначенной для практического овладения принципами построения микро-ЭВМ, различного назначения на базе МПК серии 580, для обучения программированию и отладке программного обеспечения данного МПК, приведена на рис.1.1. МП содержит 16-разрядную шину адресов SA и 8-разрядную двунаправленную шину данных SD и магистраль управления, состоящую из линий, передающих системные сигналы. Тактирование МП осуществляется кварцевым генератором тактовых импульсов (ГТИ) на БИС КР580ГФ24, формирующим два сдвинутых по фазе сигнала С1 и С2, а так же синхросигналами RESET и некоторыми другими.

Рис. 1.1. Архитектура учебной микро-ЭВМ.

Из внутренних регистров МП КР580ВМ80А (КР580ИК80А) программно доступны пользователю следующие:

а) аккумулятор (регистр А);

б) регистры общего назначения В, С, D, Е, Н, L, которые могут образовывать регистровые пары ВС, DE, и HL;

в) регистр признаков (флагов) FL , биты которого - признаки результатов операций;

г) счетчик команд РС (16 разрядов) – регистр-счетчик, отсчитывающий шаги программы;

д) регистр указатель стека SP (16 разрядов) – содержит адрес вершины стека (стек – особый вид памяти, организованной по принципу «последний вошел - первый вышел» для хранения адресов программы по которым происходит возврат из подпрограмм).

Для повышения нагрузочной способности адресной магистрали внешняя шина адреса подключена к внутренней шине МП через буфер адреса (РА). В качестве буфера адреса используются два восьмиразрядных приемопередатчика К580BA86 с трехстабильным выходом (лог. О, лог. 1 и высокоимпендансное состояние). Шина данных микропроцессора подключена к системному контроллеру СК, реализованному на микросхеме К580ВК28 и выполняющему функции двунаправленного буфера данных и регистра слова состояния, фиксирующий по стробирующему сигналу SYN информацию о состоянии (выполняемом цикле) МП, который выдается на шину данных в начале каждого цикла. Системный контроллер содержит также дешифратор, выдающий в зависимости от кода слова состояния системные сигналы, магистрали управления IORD (чтение из внешнего устройства ВУ), IOWR. (запись в ВУ), MRD (чтение из памяти), MWR (запись в память), INTA (режим прерывания). Эти сигналы образуют шину управления и используются блоком управления картой памяти БУКП.

Хранение программы и данных необходимых для работы микроЭВМ, осуществляется в постоянном и оперативном запоминающих устройствах (ПЗУ и ОЗУ) блока памяти. Каждая ячейка памяти содержит 1 байт (8 бит) информации и адресуется в микро-ЭВМ четырехразрядными шестнадцатиричными числами от 0000 Н до FFFF H. Картой памяти называется информация о распределении адресного пространства данной микро-ЭВМ.

Учебная микро-ЭВМ имеет следующую карту памяти:

Незадействованные адреса (резерв)	FFFF
Регистры ввода-вывода при совмещенной карте памяти (через БУКП)	--FFOF FF04

Незадействованные адреса (резерв)

		1000
	Область для стека и данных а	-0FFF
	Монитора	0FB1-
ОЗУ	Область для стека и данных	-0FB0
2К	исследуемых программ	0С00-
	Область для записи исследуемых	-0BFF
	программ (защищенная область ОЗУ)	0800-
ПЗУ	Монитор	-07FF
2К	И демонстрационные программы	0000-

Таким образом, в микро-ЭВМ под программы пользователя отведена область ОЗУ с адресами с 0800 Н по OBFF Н. Программа монитор осуществляет начальную установку устройств микро-ЭВМ, обрабатывает прерывания клавиатуры (К) и отображает информацию на шестиразрядном семисегментном цифровом дисплее (Д).

В качестве ПЗУ, в микро-ЭВМ применяется однократно программируемое ЗУ ИС К556РТ7А с общим объемом памяти 16К и структурой 2К х 8, т.е. общий объем ПЗУ составляет 2 Кбайт и занимает адреса с О Н по 7FF Н. В качестве 0ЗУ используется ИС оперативной памяти статического типа К537РУ8, имеющей такой же объем и структуру как и ИС ПЗУ. Общий объем встроенного ОЗУ также равен 2 Кбайт. При подключении к микро-ЭВМ дополнительных ЗУ можно расширить память до 64 Кбайт. Буфер данных (БД) также выполнен на приемопередатчике К580ВА86.

Блок управления позволяет расширять возможности микро-ЭВМ путем подключения внешних дополнительных модулей. Он состоит из схемы обработки сигналов (COС) захвата (HLD, HLDA), прерывания (INT, INTA) и готовности (RDY), а также регистра кода прерывания (РКП) и схемы управления (СУ).

Устройствами ввода-вывода микро-ЭВМ УМПК-8O/BM являются:

1) клавиатура (К) с регистром чтения клавиатуры РгЧт;

2) светодиодный знаковый дисплей (Д) с регистрами сканирования (последовательного опроса) РгСк и сегментов РгСг;

3) регистр, иммитрующий порт вывода со светодиодной индикацией ИС;

4) порт ввода со светодиодной индикацией ИС и переключателями УП для установки входного кода;

5) схема преобразования сигнала и звуковой индикации СхПрСигн и регистр вывода информации на магнитофон РгЗап;

6. регистр ввода информации с магнитофона РгЧт.

Адреса внешних устройств формируются блоком дешифрации адреса внешних устройств (БДАВУ), выполненном на ПЗУ К155РЕЗ, и определяющего следующие адреса:

1 ) 04 Н (вывод) - СхПрСигн и РгЗап;

2) 04 Н (ввод) - РгЧт;

3) 05 Н (вывод) - порт вывода;

4) 05 Н (ввод) - порт ввода;

5) 06 Н (вывод) - РгСг:

6) 06 Н (ввод) РгЧк;

7) 07 Н (вывод) - РгСк;

8) 08 Н - OF Н (вывод) - СУ;

Схема расположения вышеописанных устройств на плате учебной микро-ЭВМ показана на рис. 1.2.

С

Рис. 1.2. Внешний вид учебной микро-ЭВМ

остояния портов ввода и вывода индицируются светодиодными индикаторами ИС (младший разряд DO всегда справа). Порт ввода имеет установочные переключатели (УП) для установки входного двоичного кода. Блок индикации состояния магистралей (БИСМ) позволяет с помощью светодиодных индикаторов отображать двоичный код на основных магистралях: адресной АО-А15, шине данных DO-D8 и магистрали управления (упр.) соответственно слева направо MRD, MWR, IORD, IOWR, INTA.

В микро-ЭВМ ввод и вывод информации осуществляется в гексадецимальном (шестнадцатиричном) коде. Для вывода информации служит шестиразрядный семисегментный светодиодный дисплей. В первых четырех разрядах высвечивается адрес ячейки памяти или наименование регистра. В шестнадцатиразрядных регистрах к имени старшего байта добавляется Н (hi), а к младшему - L (low), Например, PCH или SPL.. 5 и 6 разряды индицируют содержимое содержимое ячейки памяти одного из программно-доступных регистров МП. Так как индикатор дисплея отображает алфавитно-цифровую информацию, т.е. цифры от 0 до 9 и букв А, В, С, D, Е, F, Н, L, R, для букв В, D, Л, O недостаточно семи сегментов, поэтому для них используются стилизованные обозначения

Например, при чтении содержимого ячейки памяти с адресом 08 BA Н, если там хранится значение F3 Н на дисплее индицируется:

При чтении содержимого регистра D, если там хранится значение 2С Н, на дисплее будет следующая информация:

Клавиатура микро-ЭВМ содержит 26 клавиш 16 из которых являются алфавитно-цифровыми для ввода информации (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, А, В, С, D, Е, F) и 10 клавиш управления режимом (см.рис.1.3) в число которых входят:

R - установка в начальное состояние (сброс). При сбросе очищаются ячейки программной памяти, и программный счетчик РС устаналивается на адрес 0800 Н.

ШК - выполнение программы в пошаговом режиме (нажатие на клавишу вызывает выполнение одной команды программы, после чего происходит останов).

ШЦ, - поцикловое выполнение программы (нажатие на клавишу вызывает выполнение одного цикла команды, при этом гаснет цифровой дисплей (Д) и текущее состояние программы можно отслеживать по состоянию основных магистралей (АО-А15, D9-D8 и упр)).

П - запуск программы в реальном времени.

П

Рис. 1.3. Дисплей и клавиатура учебной микро-ЭВМ

рСт - показать содержимого программного счетчика на дисплее (Д) (адреса памяти, с которого начинается выполнение программы пользователя).

Ст - (стоп) останов выполнения программы.

ОтА - отыскать адрес (после нажатия на клавишу необходимо набрать на клавиатуре код адреса, после чего высвечивается содержимое адресуемой ячейки памяти).

ОтРг - отыскать регистр (включается отображение на дисплее состояния внутренних программно-доступных регистров первым всегда выводится содержимое аккумулятора).

ЗпУВ -Увеличение (инкрементирование) значения адреса (последовательный просмотр ячеек памяти в сторону увеличения). В режиме ввода информации в ячейку памяти с клавиатуры (горит запятая в последнем разряде) по нажатию этой клавиши введенные данные записываются в память). В режиме просмотра регистров нажатие на клавишу вызывает поочередный вывод содержимого остальных регистров в следующем порядке: А, FL, В, С, D, Е, Н, L, SPH, SPL. РСН, PCL.

Ум - Уменьшение (декрементирование) значения адреса (последовательный просмотр ячеек памяти в сторону уменьшения адреса). В режиме просмотра регистров нажатие на клавишу вызывает поочередный вывод содержимого остальных регистров в порядке обратном вышеуказанному.