Элементы микропроцессорной техники. Задача микропроцессора выполнять программы, находящиеся в основной памяти. Процессор выполняет каждую команду за несколько шагов
 Скачать 17.81 Kb.
|
|
Элементы микропроцессорной техники Микропроцессор — это центральный блок компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков и выполнения арифметических и логических операций над информацией. Задача микропроцессора— выполнять программы, находящиеся в основной памяти. Процессор выполняет каждую команду за несколько шагов: 1. Вызывает очередную команду из памяти и заносит ее в регистр команд. 2. Меняет содержимое счетчика команд, который после этого указывает на следующую команду. 3. Определяет тип вызванной команды. 4. Если команда использует данные из памяти, определяет, где находятся эти данные. 5. При необходимости переносит данные в регистр процессора. 6. Выполняет команду. 7. Переходит к шагу 1, чтобы начать выполнение следующей команды. Такая последовательность "выборка — декодирование — исполнение" является основой работы всех компьютеров. Режим работы процессора определяет поведение и свойства доступных ресурсов процессора. Перевод процессора из одного режима в другой осуществляется специальными программными и аппаратными методами. Существует несколько режимов работы процессора: Режим реальных адресов, или просто реальный режим — это режим, в котором работали старые процессоры. Обработка прерываний производится в реальном режиме. Процессор всегда начинает работу в этом режиме. Защищенный режим позволяет защитить исполняемые процессором программы от взаимного влияния. Программы, разработанные для реального режима, не могут функционировать в защищенном режиме. Это связано с особенностями формирования физического адреса в защищенном режиме. Режим виртуального процессора предназначен для организации многозадачной совместной работы программ, разработанных для реального и защищенного режимов. Режим системного управления обеспечивает операционную систему механизмом для выполнения таких функций, как перевод компьютера в режим пониженного энергопотребления или выполнения действий по защите системы. Функционирование процессора в этом режиме схоже с его работой в реальном режиме. В состав микропроцессора входят следующие устройства: 1. Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией. 2. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера. 3. Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения информации, используемой в вычислениях в ближайшие такты работы процессора. 4. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера и включает в себя: внутренний интерфейс микропроцессора; буферные запоминающие регистры; схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной. В состав микропроцессора входят следующие устройства: 1. Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией. 2. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера. 3. Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения информации, используемой в вычислениях в ближайшие такты работы процессора. 4. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера и включает в себя: внутренний интерфейс микропроцессора; буферные запоминающие регистры; схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной. Рассмотрим схему 8-разрядного МП. Микропроцессор состоит из трех основных блоков: АЛУ, регистров, устройства управления. Для передачи данных между ними используется внутренняя шина данных. АЛУ выполняет обработку данных, имеет два входных порта и один порт вывода. Входные порты имеют буферные регистры для временного хранения данных. Каждый порт соединен со своим буферным регистром, способным хранить один байт данных. Выходной порт АЛУ пересылает данные в аккумулятор. АЛУ оперирует одним или двумя байтами в зависимости от количества операндов команды. Аккумулятор – главный регистр МП. Большинство логических и арифметических операций осуществляется путем использования АЛУ и аккумулятора. Любая из таких операций над двумя операндами предполагает размещение одного из них в аккумуляторе, а другого – в памяти или еще каком-либо регистре. Счетчик команд отвечает за то, какая команда выполняется, а какая будет выполняться следующей. Перед выполнением программы счетчик команд необходимо загрузить адресом области памяти, где содержится первая команда программы. Этот адрес посылается по адресной шине к схемам управления памятью, в результате чего команда считывается и пересылается в регистр команд. Регистр команд предназначен только для хранения текущей команды. Согласно структурной схеме МП, этот регистр соединен с внутренней шиной данных, однако он только принимает данные – посылать данные на шину он не может. Сначала команда извлекается из памяти, затем счетчик команд настраивается на указание следующей команды, подлежащей выполнению. При извлечении команды из соответствующей области памяти копия команды помещается на внутреннюю шину данных и пересылается в регистр команд. После этого начинается выполнение команды, в течение которого дешифратор команд «читает» содержимое регистра команд, сообщая МП, что делать для реализации операций команды. Регистр флагов предоставляет программисту возможность организовать работу МП так, чтобы при определенных условиях менялся порядок выполнения команд. Можно сказать, что МП принимает решение о том или ином продолжении хода вычислений в зависимости от указанных условий. Буферные регистры АЛУ предназначены для временного хранения одного байта данных. Один из этих регистров (ближайший к аккумулятору на схеме) называется буфером аккумулятора АЛУ. Во второй регистр на временное хранение поступают данные с внутренней шины МП. Необходимость в таком регистре вызвана отсутствием в АЛУ своего запоминающего устройства. АЛУ должно получать данные с внутренней шины МП, модифицировать их, а затем помещать обработанные данные в аккумулятор. Но это неосуществимо без регистра временного хранения данных. Все МП располагают регистрами общего назначения. Это регистры BL,CLи DL. Схемы управления поддерживают необходимую последовательность функционирования всех остальных звеньев МП. На схеме МП линии управления изображены красным цветом. Эти линии соединяют схемы управления со всеми узлами МП, а также с внешними блоками: памяти и ввода-вывода. Одной из линий управления является линия связи с генератором тактовых импульсов (таймером), который синхронизирует во времени работу МП. Принимаемые тактовые сигналы схемы управления преобразуются в синхросигналы. Внутренняя шина данных соединяет между собой АЛУ и регистры, осуществляя передачу данных внутри МП. Каждый функциональный блок подключен к внутренней шине данных, однако воспользоваться ею может только после получения соответствующего сигнала от схем управления. Рассмотрим по шагам работу МП при сложении двух чисел: 1. В аккумуляторе находится двоичное число 11011010, в регистре – число 11011110, причем ни один из этих регистров не соединен ни с каким другим функциональным узлом МП. В регистре команд содержится код команды ADD (сложение). 2. Содержимое аккумулятора загружается в буферный регистр. Данные, размещенные в регистре BL, подаются на внутреннюю шину данных МП. Затем буферный регистр, подключенный к этой шине загружается копией данных из регистра BL. (Буфер аккумулятора - 11011110, регистр состояния 0Z0N0C, регистр команд ADD). 3. Осуществляется работа АЛУ по сложению данных, поступивших на его входы. Через выходной порт результат сложения помещается в аккумулятор. Следует обратить внимание, что в результате сложения указанных чисел два разряда состояния принимают единичное значение – переноса и знаковый: 4. Вход аккумулятора и выходной порт АЛУ отключается от внутренней шины данных. Результат операции – искомая сумма – находится в аккумуляторе. Шина свободна для других операций. Почти все функциональные узлы МП имеют двухстороннюю связь с внутренней шиной данных, т.е. они могут и посылать данные на шину, и принимать с нее данные. Внутренняя шина данных представляет собой линию двусторонней связи. Следует помнить, что по шине передаются байты данных, а не отдельные биты. Так, в 16-разрядном МП все пересылки по шине осуществляются группой из 2 байт (16 бит). |