Справочное пособие - микросхемы и их применение (1086445), страница 31
Текст из файла (страница 31)
табл. 5.1). Арифметико-логическое устройство выполняет над выбранными из ЗУ числами операцию,предписываемую сигналами УУ. Результат на выходе АЛУ записывается в ЗУ чисел по адресу, указанному вкоманде.По окончании выполнения одной команды из ЗУ выбирается следующая по новому адресу, которыйформируется счетчиком прибавлением единицы к предыдущему адресу. Такой способ формирования адресаочередной команды, при котором команды выбираются из ЗУ в порядке номеров ЯП, где они хранятся,называется естественным.При управлении работой вычислительного устройства УУ учитывает результат выполненных вычисленийпо каждой команде. Учет ведется по признакам результата: нулевой, единичный, переполнение и т.
д.Признаки, представляемые 0 или 1, записываются в триггеры регистра признаков и передаются в УУ.Итак, программный способ реализации алгоритмов имеет по сравнению с аппаратным два основныхпреимущества, во-первых, с усложнением алгоритма объем оборудования увеличивается незначительно,главным образом за счет ЯП, во-вторых, путем изменения программы можно на одном оборудовании решатьразличные задачи.Именно эти положительные свойства программного способа реализации алгоритмов предопределилипоявление микропроцессоров и сопутствующих им микросхем как элементной базы вычислительных иуправляющих средств четвертого поколения.Рис. 5.4. Структура микропроцессораРассмотренное программно-управляемое вычислительное средство по своей структуре и выполняемымфункциям аналогично ЭВМ. Та его часть, которая осуществляет процесс вычислений и управляет им,называется процессором.Процессор, реализованный средствами интегральной технологии в одной или нескольких БИС, получилназвание микропроцессора (МП).
Структура МП в общем случае (рис. 5.4) включает три основныхфункциональных- узла: АЛУ, УУ и блок регистров: регистры общего назначения (РОН), регистры адреса и команды,, регистры для кратковременного хранения чисел, участвующих в операции, а также для хранениярезультата вычислений. Числа и команды представляются двоичным кодом, поэтому все показаные на рис. 5.4соединения являются многопроводными (многоразрядными) шинами.В зависимости от назначения различают шины адресные (ША), шины чисел (ШЧ) и шины управления(ШУ).Микропроцессор, выполненный на одном кристалле, т.
е. в виде одной БИС, называют однокристальным.Если входящие в струк-ТУРУ МП функциональные узлы выполнены в виде БИС, то такой микропроцессор,иногда называемый многокристальным, собирается на печатной плате из нескольких микросхем. В составвычислительного средства МП входят наряду с микроэлектронными ЗУ для хранения чисел и программ.
Вкачестве ЗУ для программ нередко используют постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), особенноудобные в тех случаях, когда вычислительное средство работает по одной программе, выполняя, например,функции устройства управления каким-нибудь объектом. Для хранения чисел используют оперативныезапоминающие устройства (ОЗУ) (см. § 5.4 — 5.6).Наряду с МП, ПЗУ и ОЗУ, в состав вычислительного средства входит набор микросхем вспомогательногоназначения, обеспечивающих сопряжение МП с ПЗУ и ОЗУ, а также с внешними устройствами — телетайпами,внешней долговременной памятью на магнитных накопителях, дисплеями и другими устройствами самогоразличного назначения, принципа действия и режима работы.Необходимость совместного применения МП с другими функциональными узлами в виде БИС для созданиявычислительных средств обусловливает целесообразность изготовления МП в комплекте с этими БИС, чтобыбыла обеспечена их совместимость по электрическим конструктивно-технологическим и эксплуатационнымпараметрам.
В состав такого комплекта входят БИС МП, ПЗУ, ОЗУ, а также различные функциональные узлысопряжения. Такие комплекты микросхем получили название микропроцессорных комплектов БИС.Рис. 5.5. Структура микро-ЭВМСтруктура вычислительного средства, построенного с использованием МП комплекта БИС и содержащегоМП, полупроводниковую память и БИС ввода/вывода для связи с периферийными устройствами, приведена нарис.
5.5. По принципу действия, структуре и выполняемым функциям такое вычислительное средство представляет собой -ЭВМ, реализованную на микросхемах и поэтому получившую название микро-ЭВМ.5.2. ПОНЯТИЕ ОБ УРОВНЯХ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ИПРЕДСТАВЛЕНИИ ДАННЫХ В МИКРОПРОЦЕССОРЕРазличают два уровня программного управления: командный и микропрограммный. В зависимости отреализации того или другого уровня программного управления МП делят на два класса. Кратко рассмотримосновные особенности каждого из них.Микропроцессоры с управлением на уровне команд требуют, чтобы программа была составлена сиспользованием строго определенного набора (списка) команд. Эта особенность МП обусловлена принципом«жесткой логики» для реализации УУ.
В соответствии с этим принципом логические связи в УУ закрепленытаким образом, что каждому поступившему на вход коду команды соответствует своя система управляющихсигналов. Изменение и наращивание списка команд не допускается. Поэтому при необходимости выполнитьоперации, для которых нет соответствующих команд в списке, требуется подпрограммы.
Каждая подпрограммасоставляется из группы разрешенных для данного МП команд.Решение задач с использованием подпрограмм значительно снижает скорость обработки и, следовательно,эффективность применения МП. Поэтому стремятся к тому, чтобы микропроцессоры с управлением накомандном уровне имели гибкую и развитую систему команд. Примером МП рассмотренного класса можетслужить К580ИК80.Рис. 5.6. Структура микропроцессора с микропрограммным управлениемМикропроцессоры с микропрограммным управлением существенно отличаются от рассмотренных преждевсего по принципу по строения УУ. В составе УУ такого МП находится ЗУ с записанными в неммикрокомандами (ЗУМК).
По микрокомандам (МК), как правило, выполняются простейшие операции: сложение вычитание, сдвиг и тому подобные. Каждой МК соответствуют одно или несколько элементарныхмашинных действ гй, выполняемых за один такт и называемых микрооперациями.В ЗУМК микрокоманды расположены в определенной последовательности и составляют микропрограмму;ЗУМК содержит несколько микропрограмм. Функции ЗУМК обычно выполняет ПЗУ.
Структура МП смикропрограммным управлением (рис. 5.6) включает АЛУ с регистром-накопителем (аккумулятооом) РИ, РОИи УУ, которое состоит из ЗУМК, блока формирования адреса МК (БАМК) и регистра микрокоманд (РМК),предназна-ценного для кратковременного запоминания той МК, которая подлежит исполнению.Код МК имеет одноадресную структуру [КОп. Адрес]. В нем содержится адрес только того числа, котороебудет выбрано из. ЗУ. Другое число, участвующее в операции, предварительно засылается в РН.
В качествесверхоперативного внутреннего ЗУ чисел используются РОН Арифметико-логическое устройство может черезсвои мультиплексоры получить числа и из внешнего ЗУ. Инструкция об адресах выбираемых чисел содержитсяв коде МК. После выполнения в АЛУ операции, заданной КОп, результат помещается в РН. Затем выбираетсяиз ЗУМК следующая по порядку МК, исполняется и т. д.Существует принудительный способ формирования адреса следующей МК, при котором этот адресуказывается в предыдущей МК- код МК включает два адреса и имеет структуру (КОп. Адрес числа.
Адрес МК].Адрес следующей МК передается в БАМК по цепиГ показанной на рис. 5.6 пунктиром.Существует принципиальная возможность организации процесса ранения задач только на уровнемикропрограммы. Однако из-за громоздкости программ и трудностей по их составлению и контролю вводятдля таких МП второй уровень программного управления — командный.Разрабатывается система команд, каждой из которых соответствует своя микропрограмма. Можноиспользовать систему команд какой-нибудь большой ЭВМ с хорошо развитым математическим обеспечением иприспособить ее для данного МП. Для этого необходимо составить микропрограмму для каждой команды.Такой способ использования МП называется эмулированием другой ЭВМ.Таблица 5.2Номер микрооперации1МестовыполнениямикрооперацииНомер цикла2БАМК ЗУМКn34ЗУчиселАЛУ12БАМК ЗУМКз«ЗУчиселАЛУn+1Микропрограммы различных операций хранятся в ПЗУ.
Адрес ячейки ПЗУ, с которой начинаетсямикропрограмма данной операции, служит кодом операции в составе команды. Система команд, т. е.программа, заносится во внешнее ЗУ. Процесс вычислений начинается с выборки первой команды из ЗУкоманд. Она записывается в регистр команд УУ и присутствует в УУ все время, пока идет процесс выполненияодной операции программы.Взаимодействие узлов МП вычислительного средства на рис. 5.6 можно представить черезпоследовательность микроопераций:1-я микрооперация: формирование адреса в БАМК->ЗУМК [адрес МК формируется в БАМК и поступает вЗУМК];2-я микрооперация: выборка из ЗУМК кода МК->РМК [в ЗУМК из ЯП с номером, указанным адресом вкоде МК, выбирается эта МК и пересылается в РМК];3-я микрооперация: выборка из ЗУ чисел [в ЗУ из ячейки, номер которой указан в адресной части команды,выбирается число D];4-я микрооперация: формирование результата [в АЛУ выполняется микрооперация, заданная КОп, иформируется результат, который заносится в РН: (РН) *D->РН].Последовательность микроопераций, при выполнении которых выбирается из ЗУ и исполняется однамикрокоманда, образует микропрограмму цикла работы МП вычислительного средства (табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
