Структура мікропроцесора

План

1 Класифікація структур мікропроцесорів

2 Структура мікропроцесора з акумулятором

3 Призначення блоків мікропроцесора

1 Структури мікропроцесорів сучасних мікро-ЕОМ досить різноманітні. Однак більшість із них можна умовно віднести до трьох типів: з акумуляторами, регістрами загального призначення (РЗП) й орієнтовані на використання пам'яті зі стековою організацією.

2 Найпростіший мікропроцесор базової ЕОМ містить мікропрограмний пристрій керування, арифметико-логічний пристрій, а також мінімальне число регістрів: регістр команд, акумулятор, регістр даних, лічильник команд, регістр адреси, регістр стану й 1-розрядний регістр переносу. Такі мікропроцесори звичайно називають мікропроцесорами з акумулятором (рис. 26.1), тому що всі арифметичні й логічні операції, а також операції по передачі даних виконуються в них з використанням акумулятора.

Для підвищення продуктивності мікропроцесора збільшують кількість його регістрів: вводять індексні регістри, покажчик стека, додаткові акумулятори. Це розширює способи адресації операндів, дозволяє зберігати в мікропроцесорі й використати без звертання до пам'яті проміжні результати, працювати із двохадресними командами (зменшити число звертань до пам'яті), спростити роботу з підпрограмами й т.д. Але поки кожний із цих додаткових регістрів мікропроцесора спеціалізований на виконання лише однієї функції й у всіх арифметичних (логічних) операціях використовується не більше двох акумуляторів, такий мікропроцесор відносять до мікропроцесорів з акумуляторами.

3 Мікропрограмний пристрій керування (ПК) зберігає у своїй пам'яті мікропрограми виконання 28 команд, 4-х пультових операцій, реакції на сигнали переривання виконуваної програми від пристроїв вводу-висновку й ряд інших мікропрограм.

Лічильник команд (ЛК) служить для організації звертання до осередків пам'яті, у яких зберігається програма. Наприкінці кожного циклу виконання команди лічильник вказує адресу осередку пам'яті, що містить наступну команду програми. Тому як команди найчастіше заносяться в послідовні осередки, а при виконанні поточної команди стан лічильника збільшується на одиницю, то він автоматично вказує адресу наступної команди. У деяких випадках вміст лічильника команд може бути змінено самою програмою (наприклад, при виконанні команд переходів). Таким способом здійснюється передача керування іншої частини програми. У даній структурі мікропроцесора використовується 11-розрядний лічильник команд, що може формувати адреси кожного з 2048 слів пам'яті.

Регістр стану(РС) - 4-розрядний регістр, у якому зберігаються ознаки результатів останньої операції, використовуваних командами переходу.

Регістр команд (РК) (16-розрядний регістр) використовується для зберігання команди безпосередньо виконуваною машиною. Код операції команди пересилається із РК у пристрій керування (ПК) і декодується. Після цього відбувається дія по реалізації команди: зчитування операнда й (або) виконання операції, що пропонується командою.

Регістр адреси (РА) містить значення виконавчої адреси осередку пам'яті й складається з 11 розрядів для адресації 2048 осередків пам'яті. Якщо ЕОМ здійснює вибірку команди, то в РА пересилається вміст лічильника команди (ЛК) для вказівки адреси осередку, де зберігається команда. Якщо ЕОМ робить вибірку даних, то адреса може надійти з регістра команд.

Регістр даних (РД) використовується для тимчасового зберігання 16-розрядних слів при обміні інформацією між пам'яттю й процесором. При зчитуванні команди, числа або символу з пам'яті в процесор це слово спочатку попадає в регістр даних, а потім пересилається або в регістр команд (команди), або в інші регістри процесора. При пересиланні даних із процесора у пам'ять вони спочатку поміщаються в РД і лише потім записуються в потрібний осередок пам'яті.

Коли інформаційне слово перебуває в регістрі даних, воно доступно для здійснення арифметичних або логічних операцій. Зміст РД може бути, наприклад, складено із змістом акумулятора, а отриманий результат занесений в акумулятор.

Акумулятор (А) є одним з головних елементів процесора. Машина може виконувати арифметичну або логічну операцію тільки над двома операндами одночасно. Звичайно перший операнд вибирається з пам'яті в регістр даних, у той час як другий перебуває в акумуляторі. Операція, що задається командою, виконується над змістом РД й А, і результат операції міститься в акумулятор.

Машина може перевірити результат в акумуляторі. Залежно від результату перевірки вона може приймати різні рішення. Тут використовується 16-розрядний акумулятор. Щораз, коли при операції двійкового додавання виникає переповнення в старшому розряді, перенос губиться. Однак його можна записати в 1-розрядний регістр переносу.

Регістр переносу (С) виступає як продовження акумулятора й заповнюється при його переповненні. Цей регістр також використовується для організації циклічних зрушень. Стан регістра переносу може перевірятися для прийняття рішень.

Арифметико-логічний пристрій (АЛП) дозволяє виконувати такі логічні операції, як додавання й вирахування з урахуванням переносу (змісту регістра С), отриманого в результаті здійснення попередньої операції. Крім того, воно здатне виконувати операції логічного множення (І), інвертування, циклічного зрушення й нарощування акумулятора на 1.

Домашнє завдання:

[5] С. 31-33, 111