Понятие об архитектуре МП и микропроцессорных систем.
Термин «архитектура» используется для описания возможностей, предоставляемых пользователю со стороны вычислительного устройства. Архитектура МП отображает те особенности его структуры, которые являются видимыми для пользователя: систему команд, режимы адресации, характер информационных связей, форматы и структуру данных, на боры доступных для программирования регистров.
В качестве примера на рис. 5 приведена схема МП, не являющегося конкретным типовым изделием. Схема дает возможность получить представление об основных функциональных элементах любого МП и их связях в процессе решения задачи.
МП состоит из трех функциональных блоков: арифметико-логического устройства (АЛУ), группы регистров различного назначения, устройства управления. Имеются три шины: шина данных (ШД), шина адреса (ША), шина управления (ШУ).
АЛУ является одним из основных элементов МП, его функция состоит в обработке данных. Посредством АЛУ осуществляются такие арифметические операции, как сложение и вычитание, логические операции И, ИЛИ, ИНВЕРСИЯ; кроме того, АЛУ может выполнять сдвиг вправо и влево, приращение положительное и отрицательное. Количество и характер операций зависит от типа МП, что в свою очередь определяет его архитектуру.
В состав почти всех МП входит группа регистров различного назначения.
Буферные регистры и аккумулятор(по существу, тоже буферный регистр) служат для временного хранения информации. Необходимость этих регистров определяется тем, что АЛУ не содержит элементов памяти, которая необходима при обработке данных. Так, при арифметических или логических операциях с двумя словами данных, одно из них поступает с ШД на верхний буферный регистр, а второе от аккумулятора на соединенный с ним буферный регистр. Результат операции помещается в аккумулятор. Буферные регистры являются программно недоступными.
Регистр состоянияслужит для хранения результатов некоторых проверок выполнения программы. Существует возможность изменять ход программы по результатам этих проверок. Наличие регистра состояния дает большие возможности программисту при решении сложных задач.
Регистр командзапоминает очередную команду и пере дает ее в систему управления МП. Осуществляется это следующим образом. С началом машинного цикла, т. е. при подцикле «выборка», по шине данных команда поступает в регистр команд. В следующем подцикле «выполнение» содержание регистра команд передается через дешифратор в схему управления микропроцессором и осуществляется реализация команды.
Рис. 5. Структурная схема МП
Схема управлениясоединена со всеми блоками микропроцессора и осуществляет управление этими блоками в определенной последовательности, в соответствии с программой. Работа блока управления во времени и синхронизация работы остальных блоков определяется тактовыми импульсами кварцевого генератора (таймера). Кроме того, схема управления обеспечивает управление процессами прерывания от внешних устройств.
Счетчик командуправляет последовательностью поступления команд в регистр команд в соответствии с заданной программой, первым значением содержимого счетчика команд является адрес команды. Затем из счетчика команд адрес команды посылается в регистр адреса памяти. Таким образом, адрес первой команды является содержимым как счетчика команд, так и регистра адреса памяти. Затем по ША адрес команды передается к схемам управления памятью и содержимое адреса (команда) поступает по ШД в регистр команд. После пересылки команды происходит изменение содержимого счетчика команд. Счетчик команд получает адрес следующей команды.
Регистры общего назначения(РОН) находятся в распоряжении пользователя и служат в качестве запоминающих устройств. Количество РОН в МП зависит от типа МПК. Содержимое любого РОН может быть передано в буферные регистры, а результат действий АЛУ записан в любой из регистров группы РОН. Возможна также передача данных из одного РОН в другой, увеличение или уменьшение на единицу содержимого РОН, сдвиг содержимого РОН, т. е. применение РОН значительно расширяет функциональные возможности МП.