Конспекты лекций. Конспект лекций. Микропроцессорные устройства систем управления

• Название: Микропроцессорные устройства систем управления
• Анкор: Конспекты лекций
• Дата: 25.01.2023
• Размер: 0.73 Mb.
• Имя файла: Конспект лекций.doc
• Тип: Задача; #904197
• страница: 5 из 18

1.5. Способы адресации информации и прерывание работы в микропроцессоре.

Если адресация команд, подлежащих выполнению, производится только по содержимому счетчика команд, то адресация данных, используемых в ходе выполнения команд, осуществляется по разному.

Прямая адресация.

При прямой адресации адрес ячейки памяти, к которой необходимо произвести обращение, содержится в самой команде. К числу команд с прямой адресацией относятся также команды обращения к портам ввода или вывода. Прямая адресация наиболее удобна с точки зрения программиста, поскольку сразу задает нужный адрес. Однако команды этой группы из-за большого формата требуют нескольких обращений к памяти при их считывании, т.к. адрес ячейки памяти или порта содержится обычно во втором или во втором и третьем словах команды, что снижает производительность МП.

Прямая регистровая адресация.

Команды этой группы состоят из одного слова, в котором помимо кода операции содержатся также двоичные коды, указывающие регистры или регистровые пары МП, являющиеся источниками или приемниками информации. Команды этой группы выполняются наиболее быстро, поскольку имеют малый формат и, кроме того, их реализация не связана с обращениями к внешней памяти. Однако прямая регистровая адресация требует предварительной загрузки данных в регистры или регистровые пары МП, в результате чего высокая скорость обработки информации достигается в тех случаях, когда одни и те же данные используются в программе многократно.

Косвенная регистровая адресация.

При этой адресации адрес ячейки памяти, к которой необходимо произвести обращение, хранится в адресных регистрах или регистровых парах. Команды этой группы имеют длину в одно слово. Помимо кода операции слово команды содержит двоичный код, определяющий используемые регистры или регистровые пары. При выполнении команды адрес из регистра или регистровой пары поступает через буферный регистр адреса на шину адреса. Косвенная регистровая адресация уменьшает объем программы, но требует предварительной загрузки регистровой пары, поэтому такая адресация наиболее эффективна, когда один и тот же адрес используется в программе многократно.

Непосредственная адресация

При непосредственной адресации обрабатываемый операнд содержится непосредственно в команде, обычно во втором или во втором и третьем ее словах. Команды этой группы выполняются быстро, поскольку нет необходимости отыскивать операнд в памяти. Непосредственная адресация используется для введения констант, необходимых при решении поставленной задачи.

Относительная адресация

При относительной адресации адрес определяется относительно счетчика команд. Поэтому для получения фактического адреса необходимо произвести некую операцию, как правило арифметическую, над адресом указанными в команде или в адресном регистре и содержимым счетчика команд, т.е. задается смещение адреса. Относительная адресация позволяет размещать программы в памяти без привязки к конкретному адресу. Такая форма адресации удобна, когда разрядность счетчика команд ниже разрядности шины адреса микропроцессорной системы. Также относительная адресация используется для постраничной организации памяти. Каждая страница памяти может быть реализована, например, в одном корпусе БИС памяти. Тогда содержимое счетчика команд определяет адрес внутри страницы, а адрес, указанный в команде или адресном регистре, определяет номер страницы или номер микросхемы памяти.

Адресация с индексированием

Данный способ адресации отличается от относительной адресации тем, что для формирования фактического адреса используется содержимое не счетчика команд, а специального регистра, называемого индексным (или сегментным) регистром. Данный способ адресации удобен при обработке таблиц и массивов данных. В этом случае адрес первого элемента можно хранить в индексном регистре, а все остальные элементы адресовать в команде относительно него, не заботясь о реальных фактических адресах.

Стековая адресация

Слово "стек" в переводе с английского означает "штабель" (дров). Применительно к МП под стеком понимается любая область ОЗУ, ячейки которой заполняются последовательно друг за другом. Аналогично - ячейка за ячейкой происходит и вывод информации из стека. При этом данные из стека читаются в последовательности, обратной той, которая была при записи, т.е. реализуется принцип: "вошедший последним - выходит первым" - подобно тому, как из штабеля дров первым берут полено, положенное последним.

Достоинством команд со стековой адресацией является то, что программист может не заботиться о конкретных адресах ячеек памяти, куда записываются и откуда считываются данные. Достаточно знать код адреса начала стековой области ОЗУ. Этот код (код верхушки стека) предварительно записывается в указатель стека.

С помощью команд, использующих стековую адресацию, в стек можно переслать число из регистра или из счетчика команд. Пусть требуется записать в стек содержимое двух регистров (регистровой пары). Сначала содержимое SР указателя стека с помощью схемы инкремента (декремента) уменьшается на единицу, в результате чего на шину адреса выставляется адрес SР-1. По этому адресу производится запись в стек слова данных из первого регистра. Далее содержимое указателя стека вновь уменьшается на единицу и на шину адреса выставляется адрес SP-2, по которому в стек записывается слово данных из второго регистра. Таким образом, по окончании записи содержимое указателя стека становится равным SР-2. Часто вместо выражения "содержимое указателя стека" употребляют выражение "положение указателя стека". Тогда можно сказать, что при занесении в стек содержимого регистра или счетчика команд указатель стека автоматически каждый раз при записи очередного слова "смещается вниз", т.е. в сторону младших адресов памяти (рис.1.2).

Рис.1.2. Реализация команды записи в стек
В системе команд МП есть и такие, которые позволяют осуществлять обратную операцию, т.е. пересылать содержимое ячеек стека в любые регистры или в счетчик команд. Для пересылки, например, содержимого двух регистров сначала в МП переписывается второе слово (последнее записанное) из ячейки памяти, адресуемой текущим положением SP указателя стека, после чего указатель стека "смещается вверх" на одну ячейку и занимает положение SP+1. Далее из ячейки памяти, адресуемой новым положением указателя стека, в МП переписывается первое слово, после чего указатель стека "смещается вверх" еще на одну ячейку и занимает положение SP+2. Таким образом, после выполнения команды указатель стека оказывается автоматически "смещенным вверх", т.е. в сторону старших адресов памяти.

Стековая адресация используется в случаях, когда производится прерывание основной программы. Прерыванием называют приостановку выполнения основной программы с целью обслуживания внешнего устройства или другого процесса. При этом происходит обращение к подпрограмме обслуживания устройства или процесса, содержимое счетчика команд, в котором хранится адрес возврата в основную программу, а также, при необходимости, промежуточные данные, хранящиеся в регистрах общего назначения, адресных регистрах, аккумуляторе и регистре признаков, переносятся в стек, а в счетчик команд заносится новый адрес, с которого начинается указанная подпрограмма. Этим освобождаются регистры МП для выполнения подпрограммы. При возврате к выполнению основной программы содержимое стека возвращается в МП. Во время выполнения программы обычно производится неоднократное обращение к подпрограммам, поэтому использование команд со стековой адресацией позволяет существенно сократить время решения задач.

Различают прерывания аппаратные, программные и специальные. Аппаратные прерывания инициируются воздействием сигналов, вырабатываемых внешними по отношению к МП устройствами, требующими обслуживания. Поэтому аппаратные прерывания называют также внешними. Программные прерывания происходят под влиянием специальных команд прерывания, включенных в программу, т.е. инициатива программных прерываний принадлежит самой программе. Программные прерывания используются для обслуживания внешних устройств по опросу или для вызова специальных вспомогательных системных подпрограмм. Специальные прерывания возникают в системе в ходе выполнения основной программы под воздействием специальных сигналов, вызываемых внутренними аппаратными средствами. Такие прерывания называют еще внутренними, т.к. инициируются внутренними средствами микропроцессорной системы. Причинами внутренних прерываний могут служить: программные сбои в следствии попытки совершить недопустимую операцию; аппаратные сбои в следствии пропадания одного или нескольких питающих напряжений или другие неисправности оборудования; переполнение разрядности обрабатываемых данных и некоторые другие.

Различают также прерывания одноуровневые и многоуровневые. Уровень прерывания задается его приоритетом, т.е. преимущественным обслуживанием того или иного внешнего устройства в очереди. В многоуровневых системах прерываний подпрограмма обслуживания прерывания более низкого уровня может быть прервана подпрограммой обслуживания прерывания более высокого уровня. Иными словами реализуется режим прерывания во время прерывания.

Прерывания делят на маскируемые и немаскируемые. Немаскируемые прерывания вызываются внешними устройствами и выполняются всегда. Маскируемые прерывания отличаются от немаскируемых тем, что могут быть разрешены или запрещены программой путем включения в нее специальных команд разрешения или запрещения прерываний.