- •Основы микропроцессорной техники
- •В.И. Енин
- •В.И. Енин
- •Введение
- •После изучения дисциплины необходимо знать
- •После изучения дисциплины необходимо уметь
- •В.1. Роль и место курса “Микропроцессорная техника” в учебном процессе
- •1. Микропрограммные автоматы
- •После изучения главы необходимо знать
- •1.1. Автомат без памяти
- •1.2. Микропрограммный автомат
- •1.2.1. Автомат с памятью
- •1.2.2. Микропрограммный автомат в системе управления
- •1.2.3. Структурный автомат
- •1.3. Схемная реализация микропрограммных автоматов
- •2. МикропрограмМируемые контроллеры и микропроцессоры
- •После изучения главы необходимо знать
- •2.1. Блок микропрограммного управления
- •2.2. Блок обработки цифровых данных.
- •3. Принципы организации эвм
- •После изучения главы необходимо знать
- •3.1. Выполнение команд в эвм
- •Система команд и методы адресации
- •Подпрограммы
- •3.2. Общие принципы организации ввода-вывода
- •3.2.1. Программный режим ввода-вывода
- •3.2.2. Обмен информацией в режиме прерывания программы
- •3.2.3. Прямой доступ к памяти
- •3.2.4. Подключение внешних устройств
- •4. Архитектура однокристального микропроцессора
- •После изучения главы необходимо знать
- •4.1. Архитектура микропроцессора к580ик80а
- •4.1.1. Формат команд микропроцессора к580ик80а
- •4.1.2. Методы адресации микропроцессора к580ик80а
- •4.1.3. Команды безусловной и условной передач управления
- •4.1.4. Примеры команд процессора к580ик80а
- •4.2. Организация обмена в однокристальных микроЭвм
- •4.2.1. Функционирование микропроцессора
- •4.2.2. Подключение озу и регистров внешних устройств
- •5. Системы счисления и арифметические операции над числами
- •После изучения главы необходимо знать
- •5.1. Системы счисления для представления чисел в эвм
- •5.2. Представление в эвм целых двоичных чисел без знака
- •5.3. Представление в эвм целых чисел со знаком
- •5.3.1. Представление чисел со знаком в прямом коде
- •5.3.2. Представление чисел со знаком в дополнительном коде
- •5.3.3. Особенности выполнения сложения двоичных чисел без знака и со знаком
- •1. Примеры сложения чисел без знака.
- •2. Примеры сложения чисел со знаком.
- •5.4. Двоично-десятичная система представления чисел
- •5.5. Представление чисел в формате с плавающей точкой
- •Примеры представления чисел типа single
- •Примеры представления чисел типа real
- •6. Семейство процессоров х86
- •После изучения главы необходимо знать
- •6.1. Архитектура процессора 8086
- •Регистры процессора
- •Инструкции процессора
- •Сегментация памяти
- •Методы адресации
- •Распределение памяти
- •Прерывания
- •Функционирование
- •6.2. Процессоры 80286
- •Реальный режим
- •Защищенный режим
- •Прерывания
- •Регистр состояния задачи
- •Некоторые особенности функционирования
- •Функциональная схема pc at
- •7. Шина isa и интерфейсы сопряжения с устройствами управления
- •После изучения главы необходимо знать
- •7.1. Конструкция шины isa
- •Выводы шины isa
- •Распределение адресов на системной плате ат
- •Циклы магистрали
- •Прямой доступ к памяти
- •Регенерация памяти
- •Основные электрические характеристики линий isa
- •7.2. Проектирование устройств сопряжения для шины isa
- •7.2.1. Селекторы (дешифраторы) адреса
- •7.2.2. Операционная часть интерфейса
- •7.2.3. Микросхемы для построения интерфейсов Условные графические обозначения элементов цифровой техники
- •7.2.4. Микросхемы приемопередатчиков сигналов магистрали
- •Микросхемы селекторов адреса выходных регистров
- •8. Интерфейс centronics
- •После изучения главы необходимо знать
- •8.1. Порядок обмена по интерфейсу Centronics
- •8.2. Программируемый параллельный интерфейс ( ппи)
- •9. Обмен данными по интерфейсу rs-232
- •После изучения главы необходимо знать
- •9.1. Назначение линий связи rs-232
- •9.2. Подключение модема к rs-232
- •9.3. Подключение терминалов к rs-232
- •9.4. Подключение удаленных объектов управления
- •9.5. Назначение портов rs-232
- •10. Отсчёт реального времени в эвм
- •После изучения главы необходимо знать
- •10.1. Программируемый таймер
- •10.1.1. Режимы работы таймера
- •10.1.2. Таймер на системной плате ibm pc
- •10.2. Программируемый контроллер прерываний
- •10.2.1. Режимы работы пкп
- •10.2.2. Программирование пкп
- •10.3. Прерывания в ibm pc
- •10.3.1. Векторы прерывания
- •10.3.2. Прерывания bios и dos
- •10.3.3. Написание собственных прерываний
- •10.4. Отсчёт реального времени в эвм
- •10.5. Процедуры и функции для работы с прерываниями
- •После изучения главы необходимо знать
- •11.1. Архитектура 32-разрядных процессоров
- •11.1.1. Регистры процессора
- •11.1.2. Организация памяти
- •11.1.3. Режимы адресации
- •11.1.4. Ввод и вывод
- •11.1.5. Прерывания и исключения
- •11.1.6. Процессоры Pentium
- •11.2. Страничное управление памятью
- •11.3. Кэширование памяти
- •Кэш прямого отображения
- •Ассоциативный кэш
- •12. Однокристальные микроконтроллеры
- •После изучения главы необходимо знать
- •12.1. Однокристальный микроконтроллер к1816
- •12.2. Avr микроконтроллеры
- •12.3. Процессоры обработки сигналов
- •12.3.1. Однокристальный цифровой процессор обработки
- •12.3.2. Цифровые процессоры обработки сигналов (цпос)
- •13. Промышленное оборудование для цифровых систем управления
- •После изучения главы необходимо знать
- •13.1. Оборудование для централизованных систем управления
- •13.1.1. Персональные компьютеры для целей управления
- •13.1.2. Промышленные рабочие станции
- •13.1.3. Шасси для ibm совместимых промышленных компьютеров
- •13.1.4. Модульные промышленные компьютеры mic-2000
- •13.1.5. Процессорные платы
- •13.1.6. Устройства для сбора данных и управления
- •13.2. Оборудование для распределенных систем сбора данных и управления
- •13.2.1. Модули удаленного сбора данных и управления adam-5000
- •13.2.2. Модули удаленного сбора данных и управления adam-4000
- •13.3. Прикладное программное обеспечение
- •Заключение
- •Список использованных источников
- •Оглавление
- •Системы счисления и арифметические
После изучения главы необходимо знать
Основные блоки микропроцессора и их назначение,
регистры микропроцессора и их назначение,
порядок выполнения команд в ЭВМ,
принципы обмена по опросу готовности, по прерыванию и по прямому доступу к памяти.
Под архитектурой микро-ЭВМ и микропроцессоров понимается совокупность аппаратных и программных средств, доступных пользователю. Архитектура определяет принципы организации вычислительной системы и не отражает такие проблемы, как управление и передача данных внутри самого процессора.
ЭВМ (рис.3.1.) содержит четыре основных компонента: процессор, память, внешние устройства ввода/вывода и шину (канал ЭВМ).
Процессор предназначен для выполнения арифметическо-логических операций над числами и управления работой ЭВМ. Он содержит устройство управления (УУ), арифметическо-логическое устройство (АЛУ) и группу регистров.
Устройство управления осуществляет управление работой всех элементов процессора и процессом обмена информацией с другими блоками ЭВМ.
АЛУ предназначено для выполнения арифметическо-логических операций над двоичными числами.
Регистры предназначены для хранения двоичных чисел и выполнения других важных функций. По функциональному назначению можно выделить следующие регистры.
Регистр команд (РК) предназначен для временного запоминания кода текущей команды, которая дешифрируется в устройстве управления для реализации действий, соответствующих этой команде. Регистр не доступен пользователю.
Регистр счетчик команд (СК) (Programm Counter - PC) предназначен для формирования адреса следующей команды, т. е. адреса ячейки памяти, содержащей код следующей команды. После считывания команды из указанной им ячейки памяти и перемещения ее в регистр команд содержимое счетчика команд автоматически увеличивается и становится равным адресу следующей по порядку команды. Содержимое ячейки памяти, адрес которой в данный момент находится в счетчике команд, всегда интерпретируется процессором как код команды.
Регистр-указатель стека (УС) (Stack Pointer -SP) предназначен для организации в памяти ЭВМ аппаратно управляемого стека - памяти магазинного типа, доступ к ячейкам которой осуществляется через указатель стека. Стек используется для реализации механизмов работы с подпрограммами и обслуживания внешних и внутренних прерываний.
Регистры общего назначения (РОН) используются процессором как временная быстродействующая память для входных и выходных операндов АЛУ и для реализации различных методов адресации операндов, т. е. способов указания местонахождения операндов. Число разрядов РОН обычно совпадает с разрядностью АЛУ. Заметим, что некоторые процессоры имеют несколько наборов РОН. Выбор набора определяется содержимым определенных разрядов регистра состояния процессора.
Кроме того, современные процессоры имеют ряд дополнительных регистров для реализации более сложных методов адресации операндов и управления процессором.
Регистр состояния (RS) предназначен для отражения текущего состояния процессора и для установки режима его работы. В определенных разрядах этого регистра индицируется состояние результата выполнения процессором текущей операции (команды). Это разряды-признаки (флаги): нулевого результата (Z), отрицательного результата (N) и т.д.
Память – оперативное (ОЗУ) или постоянное (ПЗУ) запоминающее устройство, состоящee из последовательного набора запоминающих ячеек, каждая из которых имеет свой адрес (номер) и предназначено для запоминания двоичного числа или кода. Типичной для ЭВМ является байтовая организация памяти, когда данные или команды занимают ячейки по 8 разрядов-битов и каждой такой байтовой ячейке присвоен свой адрес в адресном пространстве ЭВМ - множестве всех возможных адресов, определяемом размером физической памяти и разрядностью адреса. При байтовой организации памяти информационные единицы (коды, числа, команды), имеющие более 8 разрядов (16,32) размещаются в соответствующем количестве последовательных байтовых ячеек. Адрес ячейки памяти также представляет собой двоичное число. Обращение (чтение/запись) в любой момент времени возможно только к одной, любой ячейке, путем установки ее адреса на адресном входе памяти (в регистре адреса памяти). Память с таким способом обращения к ее запоминающим ячейкам называется памятью с произвольным доступом. Записываемые или считываемые данные через шину данных канала поступают соответственно из процессора в ячейку для записи или из ячейки в процессор при чтении памяти. В ЭВМ, имеющим, как правило, фон-неймановскую архитектуру, используется общая память для хранения данных и кодов команд в двоичной форме. Коды команд (инструкции) и данные (операнды) записанные в ячейках памяти не имеют отличительных признаков и могут быть выявлены только из контекста программы. Не все адресное пространство однородно. Отдельные области имеют специфическое функциональное назначение, устанавливаемое аппаратно или программно (операционной системой).
Каждый тип ЭВМ имеет свою архитектуру: набор регистров, имеющий свои имена, свои разрядность и назначение, систему команд и методов адресации и свое функциональное распределение адресного пространства. Занесение кодов и данных в память осуществляется аппаратными (оператором с пульта, ПЗУ) или программными (с внешних запоминающих устройств) средствами.
Периферийные устройства, подключаются к ЭВМ с помощью согласующих устройств - интерфейсов, преобразующих систему сигналов канала ЭВМ в систему управляющих сигналов для объекта управления (периферийного устройства). В качестве периферийных устройств могут выступать накопители на магнитных дисках, дисплеи, печатающие устройства, датчики и исполнительные механизмы технологического оборудования.
Канал ЭВМ, связывающий ее компоненты, обычно имеет шинную организацию. Шина - общая для всех компонент группа линий одного функционального назначения. Шина ЭВМ функционально делится на три: адресную, данных и управления. Шины адреса и данных могут быть объединены в одну при мультиплексировании во времени передаваемых адреса и данных. Разрядность шины и система сигналов в ней определяется процессором и в свою очередь определяет устройство интерфейсов.