Сведения о внутреннем устройстве МП необходимы для получения ясного представления о функционировании микропроцессорных систем. Приведем достаточно подробные данные об устройстве 8-разрядного процессора фирмы Intel 8085, как типичном представителе широко распространенного семейства микропроцессоров указанной фирмы.

Упрощенная структура МП 8085 имеет следующие функциональные узлы:

арифметико-логическое устройство;

аккумулятор;

регистр признаков;

регистр команд;

дешифратор команд и шифратор машинных циклов;

блок регистров общего назначения (В,С,D,E,H,L), регистров W, Z, указателя стека SP, программного счетчика PC и регистра адреса со схемой инкремента/декремента;

буфер адреса (А8...А15);

буфер адреса/данных (ADO...AD7);

блоки синхронизации и управления;

блок управления прерываниями;

блок последовательного ввода и вывода.

Аккумулятор соединен с шиной данных и с арифметико-логическим устройством (АЛУ). АЛУ выполняет все преобразования данных.

Аккумулятор - 8-разрядный программно-доступный регистр данных, предназначенный для хранения результатов операций АЛУ или данных при вводе/выводе. узел буфер интерфейсный интегральный

Временный регистр обеспечивает другой вход АЛУ. Этот регистр недоступен программисту и управляется автоматически схемой управления микропроцессора.

Регистр признаков представляет собой набор триггеров, которые показывают определенные характеристики результата самой последней операции, выполненной АЛУ.

8-разрядный регистр команд используется для хранения выбранной команды для дешифратора команд и шифратора машинных циклов.

Дешифратор команд и шифратор машинных циклов осуществляют дешифрацию кодов команд, поступающих из регистра команд, и установку счетчиков шифратора машинных циклов в соответствии с этими кодами.

Блок регистров предназначен для хранения и выдачи различной информации, участвующей в процессе выполнения команд.

Буфер старших разрядов адреса представляет собой 8-разрядный выходной формирователь с тремя состояниями.

Буфер адреса/данных представляет собой 8-разрядный формирователь с тремя состояниями, предназначенный для выдачи младших разрядов адреса, либо приема/выдачи данных. В первом тактовом периоде машинного цикла буфером адреса/данных выводятся 8 младших разрядов адреса, во втором и третьем периодах производится ввод или вывод информации, т.е. эти разряды являются шиной данных.

Блок синхронизации и управление обеспечивает внутреннюю синхронизацию микропроцессора от встроенного тактового генератора. Возбуждаемая частота внутренними схемами делится на 2 и используется для синхронизации узлов, как самого микропроцессора, так и внешних устройств системы с использованием вывода С.

Блок управления прерываниями переключает микропроцессор с выполнения одной программы на другую с помощью сигналов прерываний

Блок последовательного ввода/вывода управляется командой RIM при вводе последовательных данных и командой SIM при выводе.

Регистр команд, дешифратор команд, счетчик команд и логические схемы управления и синхронизации используются для выборки команд из памяти и управления их выполнением.

Система команд МП 8085 (как и большинства других МП) ограничена узким кругом простых команд. МП приобретает большие возможности, когда с помощью простых команд строится последовательность операций, реализующая сложные математические и управляющие функции. Программа, дающая возможность выразить сложную функцию через простые операции, называется алгоритмом. Выполнение алгоритма по соответствующей программе для конкретного микропроцессора производится посредством операций записи или считывания. Каждая операция записи или чтения выполняется в течение машинного цикла. Сущность и последовательность машинных циклов определяется кодом операции команды, полученным в первом машинном цикле. Реальное число тактовых периодов при выполнении какой-либо команды определяется выполняемой командой, количеством тактовых периодов в цикле чтения кода операции и числом тактов ожидания, которые формируются, если на входе "готовность" низкий уровень.

1. Микропроцессор К1821ВМ85А

Микропроцессор ВМ85 представляет собой 8-разрядный микропроцессор, полностью совместимый с КР580ВМ80. При его разработке стремились усовершенствовать микропроцессор BM80. Введены следующие изменения:

повышена производительность зa счет повышения тактовой частоты с 2,5 до 3 МГц;

уменьшено число дополнительных микросхем, требуемых для построения микропроцессорного устройства (в микропроцессоре ВМ85 предусмотрены функции генератора тактовых импульсов ГФ24, системного контроллера ВК28, частично контроллера прерываний);

обеспечен ввод-вывод данных в последовательной форме;

требуется лишь один источник питания 5 В.

Рис. 1 Структурная схема микропроцессора ВМ85.

При использовании микропроцессора уже не требуется отдельный тактовый генератор, достаточно к соответствующим выводам X1 и Х2 подключить кварцевый резонатор (или внешний генератор).

Вместо системного контроллера для формирования системных управляющих сигналов ЧтП (чтение из памяти), ЗпП (запись в память), Вв (ввод из ПУ), Выв (вывод в ПУ) может быть использована несложная схема.

С точки зрения программиста архитектура микропроцессора ВМ85 практически тождественна архитектуре микропроцессора ВМ80. В нем присутствует тот же набор программно доступных регистров. Система команд включает весь набор команд ВМ80 в той же их кодировке, благодаря чему обеспечивается полная программная совместимость с микропроцессором ВМ80. Введены только две новые команды, связанные с расширением средств прерываний и последовательным вводом-выводом данных.

Отличия состоят в следующем, в микропроцессоре ВМ80 имеется лишь один вход запроса прерывания, который может быть подключен к одному источнику прерываний. Если необходимо иметь несколько источников прерываний, используют программируемый контроллер прерываний ВН59. В микропроцессоре ВМ85 наряду с входом прерываний RSTn, аналогичным соответствующему входу микропроцессора ВМ80, предусмотрено несколько дополнительных входов для принятия запросов прерываний. В табл. 1 приведены начальные адреса прерывающих программ, к которым происходит обращение при поступлении запросов прерывания на соответствующие входы, и их приоритеты. Наивысшим приоритетом обладает вход RST 4.5, Если при реализации прерываний возникает запрос прерывания с более высоким приоритетом, происходит прерывание текущей прерывающей программы.

Все запросы прерываний, за исключением запросов по цепи RST 4.5, запрещаются или разрешаются командами DI и ЕI. Кроме того, они могут быть раздельно разрешены или запрещены с помощью команд SIМ и RIM. С помощью команд SIM и RIM осуществляется также ввод и вывод данных в последовательной форме.

Наличие дополнительных (по сравнению с микропроцессором ВМ80) выводив, связанных с цепями прерываний и последовательным вводом-выводом, потребовала (при сохранении корпуса с 40 выводами) объединения функций вывода младшего байта адреса и данных АД₇.. АД₀. В такте T₁ эти выводы используются для выдачи младшего байта адреса, в последующих тактах они используются дня связи с шиной данных. Очевидно, такое совмещение функций требует фиксации выдаваемого через эти выводы в такте T₁ байта адреса во внешнем регистре.

Таблица 1

В такте Т₁ на выводы АД₇ ... АД₀ выдается младший байт адреса, он поступает на информационные входы D регистра КР580ИР82. Одновременно микропроцессор на вывод СтрА выдает сигнал, который служит стробом, открывающим информационные входы регистра, байт адреса фиксируется в регистре. В последующих тактах сигнал на выходе СтрА отсутствует, и информационные входы регистра оказываются логически отключенными. Принятая в такте Т₁ информация сохраняется в течение последующих тактов цикла. В тактах обмена данными устанавливается связь с системной шиной данных через буфер, реализованный на микросхеме ВА 86. Направление передачи данных устанавливается сигналом, формируемым на входе Т буфера.

2. Интерфейсная БИС

Разнообразные периферийные устройства сопрягаются с МП системой посредством небольшого числа интерфейсных БИС. Их отличает высокая универсальность, которая достигается путем программирования выполняемых ими функций. Для реализации большого набора операций периферийного устройства в БИС включают помимо команд ввода/вывода команды управления, контроля, оценки состояния, а также дополнительные функциональные узлы: память, таймеры, ЦАП, АЦП и т.п. Для программирования разнообразных функций пользователю и разработчику МП системы требуется глубокое понимание работы сложных интерфейсных БИС. Рассмотрим работу такой БИС на примере МС 8155 (фирмы Intel) и ее отечественного аналога МС 1821 РУ55.

В устройство 8155 входят: статическое ОЗУ емкостью 256 байт, два 8-разрядных и один 6-разрядный порты ввода/вывода и 14-разрядный программируемый счетчик-таймер. На рис.4 показана МП система с использованием МС 8155.Элементом,определяющим режим работы МС, является регистр команд, в котором разряды 0-3 используются для указания функций портов, разряды 4 и 5 - для управления прерываниями, поступающими из порта С, когда он действует как порт, сопровождающий операции ввода/вывода в портах А и В, а последние два разряда 6-7 используются для управления таймером. Изменение содержимого регистра команд производится при выполнении операции ЗАПИСЬ по адресу ХХХХХ000, где ХХХХХ - базовый адрес БИС, 000-адрес регистра команд. При этом сигнал IO/М=1 и должен быть активным сигнал выбора БИС (СЕ=0).

Для оценки работы МС в БИС введен регистр состояния из семи фиксаторов. Шесть из них (0-5) используются для фиксации состояния портов, а один (6)-для оценки состояния таймера. Регистр состояния может быть опрошен при выполнении операции ЧТЕНИЕ по тому же адресу ХХХХХ000. Т.о., этот адрес играет двойную роль: когда производится ЗАПИСЬ по указанному адресу, информация записывается в управляющий регистр, а когда выполняется операция ЧТЕНИЕ по тому же адресу - на линиях AD0-AD7 выдается информация о состоянии портов и таймера.

Порт А представляет собой регистр, который в зависимости от содержимого регистров управления и состояния может работать как порт ввода, либо как порт вывода. Кроме того, он может работать в режиме с квитированием сообщений. Этот порт имеет адрес ХХХХХ001.

Порт В аналогичен порту А и имеет адрес ХХХХХ010.

Порт С является 6-разрядным регистром, имеющим адрес ХХХХХО11, и может использоваться как для ввода/вывода, так и для представления сигналов, сопровождающих ввод/ вывод в портах А и В.

Таймер представляет собой 14-разрядный счетчик, работающий на вычитание: импульсы поступают на его вход ТМ IN, при завершении счета таймер обеспечивает выработку сигнала на выходе ТМ OUT. Таймер реализуется в виде 16-разрядного регистра, в котором 14 разрядов используются для счетчика и 2 - для задания режима работы таймера.

3. Запоминающее устройство

ПЗУ, программируемые пользователем с ультрафиолетовым стиранием - EPROM (Erasable Programmable ROM). ПЗУ данного типа допускают многократное программирование. Технология программирования близка к технологии однократно программируемых ПЗУ. Перед каждым сеансом программирования для восстановления единичного значения ранее запрограммированных ячеек памяти весь модуль ПЗУ должен быть подвергнут операции стирания при помощи ультрафиолетового облучения. Для этого корпус МК выполнен со специальным стеклянным окном, внутри которого расположена пластина ИС МК. Но если некоторые разряды ячеек памяти должны быть "допрограммированы" с "1" на "0" при неизменном состоянии ранее запрограммированных разрядов, то операция стирания может быть пропущена. Число сеансов стирания/программирования ПЗУ данного типа ограничено и составляет 25-100 раз при условии соблюдения технологии программирования (напряжение, число и длительность импульсов программирования) и технологии стирания (волновой диапазон источника ультрафиолетового излучения). МК с ПЗУ данного типа имеют высокую стоимость, поэтому их рекомендуется использовать только в опытных образцах изделий.

Заключение

В результате проделанной работы я научился решать задачи на ассемблере. Когда-то это был основной язык, без знания которого нельзя было заставить компьютер сделать что-либо полезное. Постепенно ситуация менялась. Появлялись более удобные средства общения с компьютером. Но в отличие от других языков ассемблер не умирал, более того, он не мог сделать этого в принципе. Почему? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно понять, что такое язык ассемблера. Если коротко, то ассемблер -- это символическое представление машинного языка. Все процессы в машине на самом низком, аппаратном уровне приводятся в действие только командами (инструкциями) машинного языка. Отсюда понятно, что, несмотря на общее название, язык ассемблера для каждого типа компьютера свой. Это касается и внешнего вида программ, написанных на ассемблере, и идей, отражением которых этот язык является. По-настоящему решить проблемы, связанные с аппаратурой, невозможно без знания ассемблера. Программист или любой другой пользователь может использовать любые высокоуровневые средства, вплоть до программ построения виртуальных миров и, возможно, даже не подозревать, что на самом деле компьютер выполняет не команды языка, на котором написана его программа, а их трансформированное представление в форме скучной и унылой последовательности команд совсем другого языка -- машинного. А теперь представим, что у такого пользователя возникла нестандартная проблема или просто что-то не получается. К примеру, его программа должна работать с некоторым необычным устройством или выполнять другие действия, связанные с непосредственным обращением к аппаратуре. И вот здесь-то и начинается "совсем другая история". Каким бы умным не был программист, каким бы хорошим не был язык, на котором он написал свою чудную программу, без знания ассемблера ему не обойтись. И не случайно практически все компиляторы языков высокого уровня содержат средства связи своих модулей с модулями на ассемблере либо поддерживают выход на ассемблерный уровень программирования. Конечно, время компьютерных универсалов уже прошло. Как говорится "нельзя объять необъятное". Но есть нечто общее в базовой подготовке всех программистов, своего рода фундамент, -- это знание принципов работы компьютера, его архитектуры и языка ассемблера, отражающего устройство компьютера. Без рассмотрения данных вопросов невозможно любое сколько-нибудь серьезное компьютерное образование.

Список литературы

Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы: Учебник для техникумов связи. М: Горячая линия - Телеком, 2012.

Микропроцессорные системы: Учебное пособие для вызов / Е.К. Александров, Р.И. Грушвицкий; Под общей редакцией Д.В. Пузанкова. - СПб.: Политехника, 2009.

Assembler / В.Юров - СПб.: Питер, 2010.

Ю.Б. Томус, И.П. Ситдикова, Н.В. Бухарова Микропроцессорные средства и системы: Учебное пособие. Альметьевск: Издательство АлНИ, 2008.

Размещено на Allbest.ru