МП с фиксированной системой команд

В п. 3 уже рассматривались принципы функционирования элементарного гипотетического микропроцессора (термин "микропроцессор" и "процессор" далее используются как синонимы). Между тем, для изучения принципов функционирования даже простейшей микро-ЭВМ необходимо выбрать конкретный тип процессора с конкретной системой команд и управляющих сигналов. Примером простейшего универсального процессора (т.е. процессора с универсальной системой команд) аккумуляторного типа является I8080 (отечественный аналог КР580ВМ80А), выпущенный Intel в 1974 году. В этом же году на процессоре I8080 был спроектирован компьютер "Альтаир 8800", который некоторые эксперты называют первым персональным компьютером в истории развития техники. Именно это поколение 8-разрядных МП (I8080, I8085, Z80 и др.) стало широко применяться в управляющих микро-ЭВМ, контроллерах АСУ ТП, микрокомпьютерах общего назначения и в учрежденской деятельности, в основном, для обработки текстов.

Процессор I8080 имеет 8-разрядное АЛУ и УУ, выполненные на одном кристалле, содержащем около 5000 транзисторов. БИС МП имеет 40 выводов. Управляющее устройство выполнено на ПЛМ и недоступно пользователю, т.е. процессор имеет фиксированную систему команд. Напряжение питания ±5 В и +12 В. МП имеет двухфазную синхронизацию (F₁ и F₂) при тактовой частоте до 2,5 МГц и следующие шины:

· ША – 16-разрядная. Используется для адресации:

- ОЗУ, ПЗУ (команды R/W) – 16 разрядов (адресное пространство составляет 64 К);

- ПУ (команды I/O) – 8 разрядов (256 адресов).

· ШД – 8-разрядная, двунаправленная. Используется для:

- приема операндов и команд от памяти и ПУ;

- выдачи данных (результатов) в память и ПУ.

· ШУ – отдельно не оформлена и имеет 10 линий, по которым передаются 4 входных и 6 выходных сигналов.

Условное обозначение МП на схемах приведено на рис. 6.4

Рассмотрим коротко, без подробных пояснений назначение управляющих сигналов, учитывая, что ряд входных и выходных сигналов образуют как-бы пары, отвечая за те или иные действия МП.

 

Управление прерыванием

INT – входной сигнал запроса прерываний от ПУ, воспринимаемый МП после выполнения текущей команды. Сигнал не воспринимается, если МП находится в режиме захвата или запрещения прерывания.

INTE – выходной сигнал разрешения прерывания. Этот сигнал отражает состояние внутреннего триггера "разрешение прерывания", который устанавливается только программно.

 

Управление режимом ожидания

READY – входной сигнал готовности, который сообщает о готовности устройства вести обмен с МП. При его отсутствии МП переходит в состояние ожидания. Позволяет синхронизировать работу МП и более медленной памяти или ПУ. Сигнал READY может задаваться как с ПУ, так и со вспомогательного таймера. В простейших устройствах этот вход не используется и подключается через сопротивление к источнику +5 В.

WAIT – выходной сигнал ожидания, подтверждающий, что МП находится в режиме ожидания.

 

 

Управление обменом информации

HOLD (HLD) – входной сигнал захвата шин от ПУ. Переводит буфера ША и ШД МП в состояние Z, т.е. МП отключается от шин. Это позволяет ПУ занимать магистраль для инициализации обмена.

HLDA – выходной сигнал подтверждения состояния захвата МП.

 

Управление чтением/записью

DBIN – выходной сигнал приема. Указывает памяти и ПУ, что ШД находится в режиме приема информации в МП, т.е. в режиме чтения.

– выходной сигнал выдачи. Используется для управления выдачей информации из МП в память и ПУ (режим записи). Активным является = 0.

 

Управление счетчиком команд

RESET – входной сигнал сброса. Устанавливает в 0 счетчик адреса команд.

 

Синхронизация

SYNC – выходной сигнал синхронизации. Указывает на начало каждого нового машинного цикла.

F₁, F₂ – синхропоследовательности, определяющие такт работы МП. Задаются кварцованным генератором.

 

 

Упрощенная функциональная схема МП изображена на рис. 6.5. На схеме изображены только функциональные связи между основными узлами МП. Цепи передачи управляющих сигналов, порождающих соответствующие микрооперации в узлах МП, на рисунке отсутствуют. В скобках указана разрядность устройств МП.

РЕГИСТРЫ ДАННЫХ

Для хранения участвующих в операции данных предусмотрены семь 8-раз­рядных регистров. РгА, называемый аккумулятором, предназначен для обмена информацией с памятью и ПУ, т.е. его содержимое может быть выдано на ШД, либо число с ШД записано в него. При выполнении арифметических, логических операций и операций сдвига он служит источником операнда. В него же всегда помещается результат выполнения операций.

 

Шесть других регистров называются B, C, D, E, H, L и образуют блок регистров общего назначения – РОН. Эти регистры программно доступны и обращение к ним осуществляется посредством команд передачи данных. Причем обмен данными внутри МП (т.е. между РОН, АЛУ и аккумулятором) осуществляется по внутренней 8-разрядной шине через двунаправленный мультиплексор. РОН могут хранить как данные, так и адреса. Эти регистры можно использовать двояко – как одиночные восьмиразрядные регистры и как регистровые пары BC, DE, HL для хранения
16-разрядных двоичных чисел.

Регистры БР1, БР2, W, Z используются как буферные и программно недоступны (т.е. их содержимое посредством команд пользователь изменять не может).

Указатель стека SP служит для адресации стековой памяти и может хранить
16-разрядные адреса.

Счетчик адреса команд PC предназначен для хранения 16-разрядного адреса команды, а точнее, адреса текущего байта команды, поскольку команды могут занимать 1, 2, 3 байта. После выборки из памяти текущего байта содержимое счетчика увеличивается на 1, т.е. формируется адрес следующего байта. При обращении к памяти (если используется косвенная адресация) в качестве адреса может использоваться содержимое любой регистровой пары РОН.

При выдаче адреса содержимое соответствующих регистров передается в
16-разрядный регистр адреса (РА), из которого далее через БА адрес поступает на ША системного интерфейса.