|
Читайте также: |
Понятие архитектуры микропроцессора определяет его составные части, а также связи и взаимодействие между ними. Архитектура включает:
□ структурную схему МП;
□ программную модель МП (описание функций регистров);
□ информацию об организации памяти (емкость и способы адресации памяти);
□ описание организации процедур ввода/вывода.
Существуют два основных типа архитектуры — фоннеймановская и гарвардская. Фоннеймановскую архитектуру (рис. 1, а) предложил в 1945 году американский математик Джо фон Нейман. Особенностью этой архитектуры является то, что программа и данные находятся в общей памяти, доступ к которой осуществляется по одной шине данных и команд.
Гарвардская архитектура впервые была реализована в 1944 году в релейной вычислительной машине Гарвардского университета (США). Особенностью этой архитектуры является то, что память данных и память программ разделены и имеют отдельные шину данных и шину команд (рис. 1, б), что позволяет повысить быстродействие МП системы.
Структурные схемы обоих типов архитектур содержат: процессорный элемент, память, интерфейсы ввода/вывода (ИВВ) и УВВ.
 |
Рис. 1 Основные типы архитектуры: а — фон-неймановская; б — гарвардская
Расширенная структурная схема с процессором фон-неймановской архитектуры показана на рис. 2. Схема процессора содержит устройство управления, АЛУ и регистры: адреса, данных, команд, а также состояния, аккумулятор, указатель команд и указатель стека.
 |
Рис. 2 Структурная схема МПС с процессором фон-неймановской архитектуры
Устройство управления вырабатывает управляющие сигналы для всех блоков структурной схемы МП в соответствии с кодами команд, внешними управляющими сигналами и сигналами синхронизации, а также управляет обменом информацией между МП, памятью и УВВ. Устройство управления реализует такие функции: начальная установка МП, синхронизация, прерывания, согласование быстродействия модулей МПС.
Функция начальной установки МП. Внешний сигнал начальной установки процессора RESET формируется при включении источника питания МП или при нажатии кнопки RESET. При появлении этого сигнала устройство управления обеспечивает загрузку нулевого значения в указатель команд, который инициирует выборку из памяти байта команды с нулевым адресом. В конце выборки содержимое указателя команд увеличивается на единицу, и выбирается байт команды со следующим адресом. Таким образом выполняется вся записанная в памяти программа
Функция синхронизации. В соответствии с внешними управляющими сигналами и сигналами синхронизации устройство управления синхронизирует работу всех блоков МП.
Функция прерываний. С поступлением сигнала прерывания устройство управления инициирует выполнение подпрограммы обработки соответствующего прерывания. Потребность в реализации функций прерываний возникает тогда, когда во время выполнения основной программы надо перевести МП на решение другой задачи, например, обработки аварийной ситуации или работы с УВВ.
Функция согласования быстродействия модулей микропроцессорной системы.
Во время обслуживания памяти и УВВ, быстродействие которых значительно меньше, чем у МП, согласование быстродействия реализуется генерацией тактов ожидания МП. Во время обслуживания устройств с большим быстродействием, чем у МП, используется режим прямого доступа к памяти.
Арифметико-логическое устройство представляет собой комбинационную схему на основе сумматора, которая сигналами с выходов устройства управления настраивается на выполнение определенной арифметической или логической операции: сложение, вычитание, логическое И, логическое ИЛИ, логическое НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, сдвиг, сравнение, десятичная коррекция. Таким образом, АЛУ выполняет арифметические или логические операции над операндами, которые пересылаются из памяти и/или регистров МП. Операнд — это объект в виде значения данных, содержимого регистров или содержимого ячейки памяти, с которым оперирует команда. Например, в команде сложения операндами являются слагаемые. Операнд может задаваться в команде в виде числа либо находиться в регистре или ячейке памяти. Полученный после выполнения команды в АЛУ результат пересылается в регистр или ячейку памяти.
Регистры предназначены для хранения n-разрядного двоичного числа. Они представляют собой n триггеров со схемами управления чтением/записью и выборки. Регистры создают внутреннюю память МП и используются для хранения промежуточных результатов вычислений.
Аккумулятор — это регистр, в котором хранится один из операндов. После выполнения команды в аккумуляторе вместо операнда размещается результат операции. В 8-разрядных процессорах аккумулятор принимает участие во всех операциях АЛУ. В 16-разрядных МП большинство команд выполняется без участия аккумулятора, однако в некоторых командах (ввод, вывод, умножение, деление) аккумулятор действует так же, как и в 8-разрядных МП, т. е. сохраняет один из операндов, а после выполнения команды — результат операции.
Указатель команд или программный счетчик предназначен для хранения адреса ячейки памяти, которая содержит код следующей команды. Программа действий МП записана в памяти в виде последовательности кодов команд. Для перехода к следующей команде содержимое счетчика увеличивается на единицу в момент выборки команды из памяти. Таким образом, в конце выполнения команды в счетчике команд хранится адрес следующей команды.
Указатель стека — это регистр, который хранит адрес последней занятой ячейки стека. Стеком или стековой памятью называется область памяти, которая организована по принципу "последним пришел — первым вышел".
Регистр команд хранит код команды на протяжении всего времени выполнения команды.
Регистр адреса и регистры данных предназначены для хранения адресов и данных, используемых во время выполнения текущей команды в МП.
Регистр состояния или регистр флагов (признаков) предназначен для хранения информации о результате операции в АЛУ и представляет собой несколько триггеров, выходы которых находятся в единичном или нулевом состоянии. Например, флаг нуля устанавливается в единицу при нулевом результате операции.
Дата добавления: 2015-04-20; просмотров: 68 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |