II МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА

8. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Любое микропроцессорное устройство представляет миниатюрную электронную вычислительную машину (микро-ЭВМ), так как содержит все её основные элементы: центральный процессор (ЦП), устройство ввода-вывода (УВВ) и устройство памяти (оперативное - ОЗУ и постоянное - ПЗУ).

Центральный процессор выполняет все функции обработки данных и управления. Он выполнен в виде большой интегральной микросхемы с 40 выводами К580ВМ80А.

Устройство ввода-вывода обеспечивает связь центрального процессора с внешними (периферийными) устройствами, оно выполнено на микросхеме К580ВВ55„ В учебном микропроцессорном комплекте (УМК) периферийными устройствами являются: клавиатура, индикаторы, светодиоды, тумблеры. УВВ обменивается информацией с внешним устройством через регистр, который называется портом (по аналогии с морским портом, куда корабли привозят и увозят товары). Микросхема К580ВВ55 имеет 3 порта, которые называют двунаправленные (т.е. они могут работать как на ввод, так и на вывод информации).

Устройство памяти или запоминающее устройство служит для хранении программ и данных, закодированных в двоичной форме. Для того, чтобы получить доступ к данным, нужно указать их адрес. Он передается по группе проводов, которые называют адресная шина АВ (англ. – adres base). Для передачи данных служит шина данных DВ (англ. – data base), а для передачи сигналов управления служит шина управления СВ (англ. - control base). Типичная структура микро-ЭВМ представлена на рисунке 8.1в УМК в качестве ОЗУ используется микросхема К561РУ2, а в качестве ПЗУ - К573РФ1.

Связи между шинами и устройствами показаны в виде стрелок, направления которых зависит от потока передаваемой информации.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - это устройство, из которого можно только считывать данные, изменять их в процессе работы ЦП нельзя. В оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) можно производить запись данных и считывать их в процессе работы ЦП, поэтому на рисунок 8.1 оно соединено с шиной данных двунаправленной стрелкой.

Конструктивно УМК состоит из двух частей: самого стенда УМК и макетного поля. Макетное поле содержит монтажную плату со схемой, сопряжения и согласовании устройств пользователя с микропроцессором. На нем расположены устройство ввода-вывода, 8 тумблеров и 8 светодиодов, позволяющих вводить дискретные сигналы в микропроцессор, обрабатывать их в соответствии с требуемым алгоритмом и выводить полученные сигналы на индикацию.

Рисунок 8.1 - Структура УМК

Для записи программ пользователя отведена область ОЗУ с адресами 0800Н … 08D9Н. Ввод данных осуществляется портом ввода с адресом 91Н, вывод данных осуществляется портом вывода с адресом 90Н, регистр управляющего слова для настройки микросхемы K580BB55А, отвечающей за ввод-вывод, расположен по адресу 93Н. Пользователю нужно знать, что находится "внутри" у центрального процессора, Так как он выполнен в виде одной микросхемы, то его называют однокристальным микропроцессором или просто микропроцессором (МП)„ Он содержит:

- семь восьмиразрядных регистров А,В,С,D,Е,Н, L ;

- регистр признаков выполнения операций F ;

-два шестнадцатиразрядных регистра SР и PC. Структура микропроцессора представлена на рисунок 8.2.

Регистр А - аккумулятор, в нем хранятся данные, с которыми работает арифметико-логическое устройство MП.

Регистры В,С, D, Е,Н, L - регистры общего назначения (РОН). Служат для хранения промежуточных данных. Иногда, их называют сверхоперативной памятью МП. Эти регистры могут работать парами: ВС, DЕ, HL, причем В, D, Н - старшие регистры; С, Е, L – младшие.

Регистр PC - счетчик команд, в нем подготавливается адрес очередной команды программы. Перед началом работы в УМК с помощью клавиатуры заносится адрес ОЗУ, куда записывается программа пользователя.

Рисунок 8.2 - Структура микропроцессора K580BM80A

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

Рисунок 8.3 - Регистр признаков F

Регистр SР - указатель стека. Под стеком понимают область ОЗУ. служащую для хранения адресов каких-то констант, промежуточных данных, адресация которых осуществляется с помощью SP.

Регистр F - регистр признаков. В его 5 разрядах записываются значения следующих признаков:

СУ - признак переноса;

Р- - признак четности;

AC - признак промежуточного переноса;

Z - признак нуля;

S - признак знака.

Расположение разрядов регистра F, где вырабатываются признаки, приведено на рисунке 8.3, остальные три разряда не используются. Разряды регистра принято нумеровать от 0 до 7, поэтому их обозначают D0...D7 (всего разрядов - 8).

Значения признаков вырабатываются в регистре F при арифметических и логических операциях по отношению к данным, находящимся в аккумуляторе (регистре А),. Например, если была выполнена какая-то арифметическая операция, в результате которой в регистре А получился нуль, то в регистре признаков F в разряде D6 появится единица, свидетельствующая о появлении нуля в аккумуляторе.

К микропроцессору подходит три шины:

I6 разрядная шина адреса (AB0 ... ABI5),

8 разрядная шина данных (DB0 ... В7),

8 разрядная шина управления (СВ0...СВ7).

Элементарная порция информации в микропроцессорной технике называется битом. Бит может иметь два значения 0 или I. Восемь битов образуют байт.

Шина данных в МП представлена 8 разрядами или I байтом.

Шина адреса в МП представлена I6 разрядами (битами) или двумя байтами, поэтому максимальное число ячеек памяти, подключенных к МП, составит 2¹⁶ = 65536 адресов. Шина управления имеет следующие сигналы:

MEMR - чтение памяти;

INP - операция ввода;

MI - машинный цикл выборки первого байта команда;

OUT - операция вывода;

HLTA - подтверждение команды остановки;

STACK - на шине адреса содержится указатель стека;

WO - запись в память;

INTA - подтверждение запроса на прерывание.

Сигналы шины управления называют словосостоянием микропроцессора и обозначаются символами PSW.

В УМК состояние всех разрядов шин адреса, данных и управления выведено на переднюю панель. Это позволяет в пошаговом режиме выполнения программы считывать адреса, данных, сигналы управления, что облегчает отладку программы и изучение принципа работы микропроцессора.