М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 81
Текст из файла (страница 81)
«Ритм» задается тактовым генератором, который стабилизирован кварцем и работает на фиксированной частоте, обычно в диапазоне 1Π— 200 МГц. В тесном контакте с устройством управления функционирует программный счетчик, который, по мере выполнения команд, переходит от одной ячейки к другой в той области памяти, где хранится программа, обеспечивая, таким образом, реализацию системой в целом той последовательности действий, какая задана программой. Очень редко предусмотренные программой команды исполняются непосредственно в том порядке, в каком следуют ячейки памяти; часто встречаются переходы вперед или назад к тем нли иным командам в зависимости от результатов отдельных операций (например, команда «СОТО» и переходы к подпрограммам и процедурам).
Кроме того, управляющее устройство должно реагировать на сигналы, поступающие через входной интерфейс с линий прерывания. Существуют такие реализованные аппаратно специальные входы про- 446 МикроЭВМ и их применения цессора, что в случае, когда на одном из них возникает активное значение сигнала, программа, закончив выполнение текущей команды, останавли- вается и процессор начинает выполнять подпрограмму, находящуюся в па- мяти по определенному адресу. Г- 1 1 От «дави«тури, дисководов, лиодсиска ит, д Вм«оа данкам В«од ланки« ~ монитору, скоковом, ринт ру, равллююим лс и т. д.
Прсрмаанил Рис. !4.! !. Блок-схема типичной микроЭВМ. Логика дешифратора команд и управляющего устройства чаще всего бывает реализована разводкой на кристалле центрального процессора, хотя внутри у некоторых самых сложных процессоров имеется маленький подпроцессор, работа которого запрограммирована наперед в его собственной микропрограмлуе; такой подход обеспечивает ббльшую гибкость при проектировании ИС. Микропроцессорные ИС, такие как 6502, 280, 80486 и Репйшп содержат МикроЭВМ 447 только центральный процессор, и для того, чтобы собрать микроЭВМ нужно добавить интерфейсные ИС ввода/вывода„ОЗУ и ПЗУ, а также довольно большое число триггеров и логических элементов, чтобы «склеить» все это.
Однако в тех приложениях, где не требуется длинных программ, очень полезны однокристальные микроконтроллеры, такие как 8051 и 6805„в этом случае одна ИС содержит (вместе с процессором — Прим. перев.) память, устройства сопряжения ввода/вывода и даже тактовый генератор, а стоить она может дешевле печатной платы, на которой стоит. На рис. 14.12 показана цоколевка популярного микропроцессора 6502, главной составной части заслуженной микроЭВМ Асогп фирмы ВВС М1сгосогпрцтег. Прежде всего обращают на себя внимание 8-разрядная шина данных и 16-разрядная шина адреса. Обратите внимание: ИС центрального процессора служит источником сигналов на шине адреса, тогда как сигналы данных могут попадать на шину данных из любой части системы, и поэтому шина данных показана как двунаправленная.
В системную шину входят также линия чтения/записи и выходы тактовых сигналов. 16 разрядов в адресе позволяют непосредственно обратиться к любой из 64К ячеек памяти, и поэтому максимальный объем памяти составляет 64 Кбайт. По теперешним стандартам, когда обычным стал 32-разрядный адрес, микропроцессор 6502 невелик, но зато он позволяет избежать неудобств, связанных с огромным числом выводов, и является типичным с точки зрения 8-разрядных процессоров, на основе которых функционируют многие микроконтроллеры.
Как мы вскоре увидим, микроЭВМ ВВС М)его или эмулятор ВВС азт Вкапн пвсвнввннв 1 Ткб акал тактов Фсн Усово псосДопалннтсльньн лалнсн Готовност Рис !4.12. 11околсвка микропроцессорной ИС 6502 (корпус типа 12!!. с 40 выводами) 448 МикроЭВМ и ик применения М1сго на современном «Архимеде» («Агс)шпедез») позволяют читателю приобрести непосредственный опыт программирования процессора 6502. (На таком процессоре работали компъютеры семейств «Арр!е» и «Правец», получившие заметное распространение в 80-е годы в нашей стране в качестве «школьных» компьютеров. — Прим. перев.) Со стороны входов у процессора 6502 имеется 3 линии прерываний: К8Т, ХМ1 н 1КЯ.
На тактовый вход подается сигнал от простого кварцевого генератора, например, такого, какой показан на рис. 12.7 (для ИС 6502А типичное значение тактовой частоты 2 МГц). Два вспомогательных входа используются только при особых обстоятельствах.
Вход «готовность» совместно с выходом «синхронизация» позволяют видоизменять распределение времени в процессе исполнения команд. Подавая извне сигнал на вход «установка переполнения», можно задать значение логической 1 в одном из разрядов внутреннего регистра «флагов (признаков), что позволяет изменять последовательность событий в процессе выполнения программы. 14.7 Программные средства 14. 7. 1 Последовагпельность команд МикроЭВМ вЂ” это мощное и гибкое устройство, но его исключительная гибкость означает, что оно ничего не может сделать без списка инструкций (команд).
Каждый пользователь компьютера быстро понимает, что сама аппаратура — это только отправная точка при создании полезной системы,— без программы она так же бесполезна, как самолет без пилота и без маршрута. В знак признания равной важности аппаратного обеспечения и компьютерных программ, последние называют обычно программным обеспечением.
Изучение программирования в полном объеме выходит за рамки этой книги, но краткое введение поможет читателю разобраться с программами, используемыми далее в этой главе в компьютерных экспериментах. 14 7.2 Машинный код Компьютерные программы могут иметь различную форму, но в любом случае они должны быть представлены на определенном языке. К этому моменту мы познакомились со структурой микропроцессора, поэтому для нас естественно начать с рассмотрения того языка, который понятен центральному процессору. Этот язык называют машинным кодом, и в нем, как и следовало ожидать, используются двоичные числа, которые мы, как обычно, будем ради удобства записывать в дальнейшем в шестнадцатеричной форме. Программа в машинном коде представляет собой простую последовательность закодированных команд для центрального процессора вперемежку с соответствующими адресами в памяти или данными.
1(ентральному процес- Программные средспгва 449 сору бывает известно заранее, что за определенными кодами команд всегда следуют данные или адреса. Например, процессор 6502 знает, что код кА5 является командой загрузки аккумулятора содержимым ячейки памяти, адрес которой непосредственно следует за кодом команды. Кроме того, код кА5 указывает, что соответствующая ячейка находится в «нулевой странице» памяти (то есть среди ячеек с адресами ЙОО-кГГ), поэтому процессор ждет однобайтовый адрес вслед за кодом команды. С другой стороны, код кАР также велит процессору загрузить аккумулятор, но одновременно он указывает на то, что адрес ячейки будет состоять из двух байтов, что позволяет обратиться к любой из 64К ячеек памяти. В некоторых командах не требуется, чтобы после кода команды была указана ячейка памяти (например, код ас18, «сбросить в 0 признак переноса»), и процессор знает, что следующий байт он должен рассматривать как код очередной команды.
Таким образом, процессор проходит программу по определенному пути, делая различие между числами, которые следует считать кодами команд, и числами, которые являются данными или адресами. Числа, имеюшие характер инструкции называют кодами операций, а данные или адреса, следующие за кодом операции, — операндами. В табл. 14.2 приведен простой пример программы в машинном коде; она написана на языке процессора 6502 и в ней осуществляется сложение двух чисел. Все цифры являются шестнадцатеричными. В левом столбце указаны адреса ячеек памяти, которые мы выбрали, чтобы поместить в них нашу программу; в каждой следующей ячейке содержится код операции или операнд. 14.
7.3 Запуск программы Если бы мы имели дело с «голым» микропроцессором, нам следовало бы непосредственно ввести в память программу в машинном коде, вручную устанавливая с помошью переключателей соответствуюшие двоичные числа на шине адреса и на шине данных. Затем для запуска программы нужно подать импульс сброса (обычно 0 В) на вывод сброса КЗТ микропроцессора. Внутренняя структура процессора предусматривает пребывание всей системы в нерабочем состоянии, пока на входе КЗТ удерживается низкий уровень. Когда потенциал на входе КЗТ возвращается к значению +5 В, процессор автоматически загружает программный счетчик содержимым определенных ячеек памяти (в случае процессора 6502 — содержимым ячеек кГГГС и агГГГР). С этого места программный счетчик начинает шагать по памяти, обеспечивая выполнение программы. Поэтому, программируя систему на основе микропроцессора 6502, вы должны поместить адрес начала вашей программы в ячейки всГГГС (младший байт) и ссГГГР (старший байт) в качестве указателя, чтобы процессор мог найти вашу программу.
Обычно сигнал сброса на входе КЗТ формируется при включении системы и программа запускается автоматически, хотя иногда у компьютера бывает кнопка ручного сброса (перезапуска) йЕБЕТ. Как правило, ячейки с адресами есГГГС и асГГГР располагаются в ПЗУ или в стираемом ППЗУ, и делается это по очевидной причине: в противном случае адрес начала программы 29 Э»к. «729. 450 МикроЭВМ и их нрииенения Табл. 14.2 Ячейка Код Значение памяти код операции загрузка аккумулятора содержимым ячейки памя- ти, адрес которой указан следующим байтом онеранд адрес ячейки с первым слагаемым в сумме код онерации сбросить в 0 признак переноса код онерации сложить содержимое аккумулятора с содержимым ячейки памяти, адрес которой указан следующим байтом анероид адрес ячейки памяти, содержимое которой мы хо- тим сложить с первым числом код операции сохранить содержимое аккумулятора в ячейке па- мяти, адрес которой указан следующим байтом операнд адрес ячейки памяти, в которую должен быть по- мешен ответ код операции конец этой части программы 70 80 71 18 72 73 81 74 85 75 76 82 60 пропадал бы при выключении питания в результате удаления жизненно важного указателя на первую строку программы.
Хотя и полезно знать, как именно процессор начинает работать, все же совсем немногим читателям придется, в действительности, иметь дело с голым процессором. Потому что самый быстрый путь изучения этой новейшей области электроники состоит в использовании персонального компьютера (ПК) в комплексе с уже встроенной в ПЗУ онерационной системой. Операционная система — это развитая совокупность программных средств, обеспечивающая выполнение процессором всех рутинных заданий, какие требуются в системе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
