Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах


НазваниеОсобенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах
страница1/7
ТипДокументы
rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Документы
  1   2   3   4   5   6   7

  1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОГРАММИРОВАНИЯ МИКРОЭВМ НА СЕКЦИОНИРОВАННЫХ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ БОЛЬШИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ

9.1. СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МИКРОЭВМ НА БАЗЕ СЕКЦИОНИРОВАННЫХ МИКРОПРОЦЕССОРОВ

Микропрограммный принцип управления. Основное отличие микропроцессорных систем, построенных на базе секционированных микропроцессов (МП), от микропроцессорных систем, постро­енных на базе однокристальных МП, заключается в применении микропрограммного способа управления. Рассмотрим этот способ подробно.

В однокристальных МП дешифрирование кода команды произ­водят внутренние логические схемы, которые вырабатывают упра­вляющие сигналы, организующие выполнение команды. Поэтому система команд однокристального МП фиксирована и задается при разработке кристалла.

В секционированных МП дешифрирование кода команды и вы­работка управляющих сигналов производятся отдельным устрой­ством—микропрограммным устройством управления (УУ), кото­рое содержит, как правило, постоянное запоминающее устройство микропрограмм (ПЗУМП); в нем каждая команда представлена в виде микропрограммы, реализующей выполнение команды [57].

Таким образом, в секционированных МП дешифрирование кода команды и выработка управляющих сигналов производятся не вну­тренними логическими схемами, а специальным УУ под управле­нием микропрограммы, хранимой в ПЗУМП.

В результате этого в МП-системе, построенной на базе секцио­нированного МП, существует два уровня программирования: ко­мандный, на котором пользователь пишет программы, и микроко­мандный, микропрограммы которого составляет разработчик систе­мы.

В общем случае пользователь может и не знать, как реализует­ся та или иная команда, хотя при необходимости может изменить содержимое ПЗУМП, вводя новую команду или модифицируя уже имеющуюся.

Из вышесказанного следует, что программирование систем на базе микропрограммных секционированных МП с точки зрения пользователя имеет более широкие возможности вследствие того, что система команд может быть дополнена или изменена в зависи­мости от конкретного применения.

С
уществуют также микропрограммные системы, в которых от­сутствует командный уровень, а программирование ведется на уровне микрокоманд. Это позволяет составлять программы, обла­дающие наибольшей эффективностью, и получать максимальное быстродействие системы. Недостатком данного способа программи­рования является его сложность и трудоемкость, однако к нему зачастую приходится обращаться при построении систем, работа­ющих в реальном времени.

Наиболее полно возможности микропрограммной системы рас­крываются лишь для пользователя, знакомого с архитектурой и схемотехникой МП-системы, поэтому имеет смысл подробно рас­смотреть архитектуру и схемотехнику микропрограммной микро­ЭВМ, построенной на базе секционированного МП-комплекта серии К589.

Структурная схема микроЭВМ. Схема микроЭВМ, реализован­ной в лабораторном стенде МП 589 на основе микропроцессорных БИС серии К589, представлена на рис. 9.1. МикроЭВМ состоит из операционного блока ОБ, устройства управления УУ, образующих в совокупности микропроцессор (МП), блока оперативного запоми­нающего устройства ОЗУ, клавиатуры Кл, задающей режим работы микроЭВМ, клавиатуры КД для ввода шестнадцатеричных кодов исходных данных и рабочих программ и светодиодов индикации.

МикроЭВМ синхронизируется импульсами CLK генератора син­хронизирующих импульсов ГСИ, входящего в состав УУ.

Магистрали для обмена информацией с внешними устройствами выполнены с учетом возможностей микропроцессорных БИС, на ко­торых реализован ОБ. В МПК, серии К589 предусмотрена возмож­ность формирования четырех магистралей: В, D, А, М. В рассматри­ваемой микроЭВМ магистраль В (ВО — В7) используется для счи­тывания кодов шестнадцатеричной клавиатуры данных. Магистраль D (DO—D7) используется для обмена информацией между выход-дом ОБ, возможными внешними устройствами (ВУ) и входами ОЗУ. Магистраль А (АО — А7) формирует адрес ВУ, к которому обращается МП, или адрес ОЗУ. Магистраль М (МО — М7) обеспе­чивает передачу информации ОЗУ в ОБ и УУ.

Светодиодные индикаторы отражают коды, передаваемые по магистралям микроЭВМ А, D, М.

Для программного формирования кодов шестнадцатеричной кла­виатуры используются в качестве входных сигналов коды адресной магистрали АО, Al, A2, A3. Выходы клавиатуры КД подключены к шинам магистрали ВО, Bl, B2, ВЗ.

Клавиатура Кл режимов формирует управляющие сигналы УС для УУ, в соответствии с которыми микроЭВМ переходит в один из восьми предусмотренных режимов работы.

В микроЭВМ реализовано УУ с микропрограммной реализацией команд. При этом каждая команда представляется как последова­тельность микрокоманд. Микрокоманды выполняются с частотой поступления синхросигналов CLK. В процессе исполнения микро­команды ОБ выполняет одну из предусмотренных его схемотехни­ческой реализацией операций с содержимым внутренних регистров или внешних магистралей А, D, М, В в соответствии с кодом микро­инструкций F, К, CI. В результате выполнения микрокоманды формируются сигналы переноса СО, ОБ, выходные коды А иВ и пре­образуется содержимое внутренних регистров.

Микрокоманда содержит в своем составе совокупность микро­инструкций, обеспечивающих синхронную работу блоков микроЭВМ в соответствии с выполняемым действием. Например, микроинструк­ции СЕ, WR обеспечивают управление схемами ОЗУ в режимах за­писи и считывания информации. Микроинструкция IOR исполь­зуется для организации синхронного обмена информацией с ВУ.

С
овокупность микрокоманд, обеспечивающих выполнение си­стемы команд, принятой для каждой конкретной реализации мик­роЭВМ, записывается в ПЗУ микрокоманд, входящее в состав УУ.

В рассматриваемой микроЭВМ рабочая программа записывает­ся в ОЗУ в виде последовательности команд, соответствующей алгоритму решаемой задачи. Адрес исполняемой команды фиксиру­ется во внутренних регистрах ОБ, на которых организован про­граммный счетчик PC. .После выполнения очередной команды содержимое PC увеличивается на единицу (при последовательном исполнении команд) и по измененному содержимому PC из ОЗУ извлекается код очередной команды, по которому выполняется последовательность микрокоманд, соответствующих считанному коду команды.

Для работы с подпрограммами в микроЭВМ предусмотрена сте­ковая память, построенная на специально отведенных для стека ячейках ОЗУ и использующая в качестве указателя стека SP внут­ренний регистр ОБ.
При обращении к стеку в ячейку, адрес которой определяется содержимым SP, записывается адрес команды выхода из подпро­граммы и содержимое SP уменьшается на единицу. При возвраще­нии к основной программе содержимое SP увеличивается на еди­ницу и указывает адрес ОЗУ, в котором записан адрес команды вы­хода из подпрограммы.

Операционный блок. Представляет собой 8-разрядный блок об­работки данных (рис. 9.2). Реализован ОБ на 4 БИС центрального процессорного элемента (ЦПЭ) К589ИК02 и БИС схемы ускорен­ного переноса (СУП) К589ИКОЗ. Операционный блок имеет вход­ные шины: данных от внешних устройств В; данных из памяти М; кода микрокоманды F, кода маски К и выходные шины данных D и адреса А. Кроме того, ОБ имеет вход переноса CI и выход пе­реноса СО. Синхронизация работы ОБ осуществляется сигналом CLK.

Ц
ентральный процессорный элемент К589ИК02.
Основой ОБ являются центральные процессорные элементы (ЦПЭ), представ­ляющие собой 2-разрядные секции обработки данных. Поскольку ОБ обрабатывает 8-разрядные операнды, используется 4 ЦПЭ. В общем случае для построения N-разрядного ОБ требуется N/2 ЦПЭ. Таким образом, выполнение ОБ в виде массива ЦПЭ позво­ляет гибко варьировать разрядностью ud в зависимости от конкретной задачи: от простейших 4- и 8-разрядных контроллеров до мощных 16- и 32-разрядных ОБ мини-ЭВМ. В этом заключается од­но из главных преимуществ секционированных МП перед однокри­стальными МП, которые не позволяют изменять разрядность обра­батываемых слов или допускают обработку слов с удвоенной раз­рядностью путем их последовательной обработки, т. е. с понижением быстродействия.

Массив ЦПЭ выполняет следующие операции: двоичной ариф­метики, логические операции И, ИЛИ, НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, +1, —1, сдвиг влево и вправо, проверку разрядов слова или всего слова на 0.

ЦПЭ содержит: сверхоперативное запоминающее устройство (СОЗУ), состоящее из 11 регистров общего назначения (РОН); накапливающий регистр-аккумулятор (АС); регистр адреса памя­ти (RA); арифметико-логическое устройство (АЛУ); дешифратор ДШ микрофункций; мультиплексоры А и В.

Схема центрального процессорного элемента. Центральный про­цессорный элемент (рис. 9.3) выполняет арифметические, логиче­ские и регистровые функции 2-разрядного микропрограммного ОБ. Данные от внешних устройств поступают в ЦПЭ по шине В, дан­ные из ОЗУ — по шине М. Выходные данные от ЦПЭ во внешние устройства передаются по шине D, а адрес внешнего устройства или ячейки ОЗУ определяется шиной А. Внутри ЦПЭ данные хра­нятся в одном из 11 регистров СОЗУ или в АС. Данные от входных шин, регистров СОЗУ .или АС поступают на входы АЛУ через два внутренних мультиплексора А и В. Дополнительные входы и выходы переноса и сдвига вправо служат для организации переносов и сдвигов.

Управление работой АЛУ, СОЗУ и мультиплексорами произво­дит дешифратор ДШ микрофункций, декодирующий информацию на шине микрокоманд F.

Наличие двух входных шин В и М позволяет производить ввод информации в ЦПЭ из ОЗУ и внешних устройств по разным ши­нам, при этом повышается быстродействие в процедурах обмена информации, кроме того, информация на шинах может подготав­ливаться заранее.

Сверхоперативное ЗУ(СОЗУ) содержит 11 РОН, обозначенных RO — R9 и Т. Информация с выхода СОЗУ поступает через муль­типлексор А на вход АЛУ, а из АЛУ, в свою очередь, на вход СОЗУ.

Для запоминания результатов вычислений в ЦПЭ есть еще не­зависимый регистр АС-аккумулятор. Выход- АС подключен через мультиплексор А ко входу АЛУ, кроме того, выход АС подключен к выходному буферу (с тремя состояниями) магистрали. Переда­ча информации во внешние устройства и ОЗУ осуществляется че­рез АС по магистрали D.

Мультиплексоры А и В выбирают входные данные для двух входов АЛУ в зависимости от кода микрокоманды. Особенностью мультиплексора В является то, что его выходные сигналы образо­ваны как поразрядная конъюнкция кода на шине К и выбранных информационных сигналов. Таким образам, информация на каком-либо выходе мультиплексора В зависит от кода на соответствую­щем входе шины К. Это позволяет производить гибкое маскирова­ние разрядов.

Арифметико-логическое устройство способно выполнять арифметические и логические операции в дополнительном коде, +1, —1, поразрядное логическое сложение и умножение, поразряд­ное ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ — НЕ и поразрядное логическое до­полнение. Результат операции АЛУ может быть записан в АС или в одном из РОН СОЗУ. Для выполнения операции сдвига вправо выведены отдельные “Вход сдвига вправо” RI и “Выход сдвига вправо” RO. Линии входа и выхода переноса CI и СО предназначены для распространения последовательного переноса между секциями ЦПЭ. Данные на выходы СО и RO поступают через буферы с тремя состояниями (на схеме не показаны), причем разрешается выдача либо сигнала СО, либо сигнала RO, поэтому эти выходы могут быть объединены. Стандартные выходы для схем. ускоренного переноса Х и Y позволяют организовать ускоренный параллельный перенос при использовании БИС СУП. В этом случае выходы СО не нужны, а информация о значении переноса в каждую секцию ЦПЭ посту­пает из СУП (рис. 9.4).

Маскирование входов АЛУ при помощи шины К значительно расширяет возможности АЛУ. При логических операциях выход переноса является логической сборкой по ИЛИ всех разрядов сло­ва и позволяет фиксировать нулевое значение результата или одно­го из операндов. При арифметических операциях шина К исполь­зуется для маскирования частей обрабатываемых слов. Кроме того, шина К необходима для передачи констант из микропрограм­много УУ в ЦПЭ.

О
тдельный выход АЛУ поступает на регистр адреса RA и с не­го через выходной буфер с тремя состояниями на шину А. Таким образом, для задания адреса внешнего устройства или ячейки ОЗУ заносят информацию в RA.

Описание функционирования ЦПЭ. На вход F ЦПЭ поступает микрокоманда, которая дешифрируется. Мультиплексоры выбира­ют операнды, и АЛУ производит заданную операцию. По отрица­тельному фронту сигнала синхронизации CLK результат операции заносится либо в АС, либо в СОЗУ, либо в RA. После поступления положительного фронта сигнала CLK может быть подана новая ми­крокоманда. Необходимо отметить, что цепи выработки сигналов переноса СО, сдвига вправо RO и ускоренного переноса не стробируются сигналом CLK, что позволяет проверить содержимое реги­стров или определить наличие переноса при выполнении арифмети­ческой операции (например, переполнение разрядной сетки при сло­жении) без выполнения самой операции или изменения содержимого регистров. Проверка осуществляется с помощью за­прета импульса синхронизации CLK в данном такте на управляю­щий вход ЦПЭ. При этом АЛУ выполняет заданную в микрокоман­де операцию и выдает сигнал переноса, но результат операции в регистры не заносится. Этот метод получил название условной син­хронизации и заключается в стробировании сигнала синхронизации CLK одним из разрядов микрокоманды.

Содержание выполняемой микрокоманды определяется функцио­нальной F- и регистровой R-группами кода микрокоманды, пода­ваемой на вход F ЦПЭ. При этом три разряда F-группы определяют выполняемую функцию, а четыре разряда R-группы — источник или приемник информации, т. е. регистр СОЗУ или AC. R-rpynna 1 вклю­чает в себя регистры RO — R9, Т и АС и обозначается символом Rn. R-группа 2 и R-rpynna 3 — регистры Т и АС и обозначаются AT. Формат и кодировка F- и R-групп приведены в табл. 9.1.

Таблица 9.1

R-группа

Регистр

F3

F2

F1

F0

F(16)




R0

0

0

0

0

0




R1

0

0

0

1

1




R2

0

0

1

0

2




R3

0

0

1

1

3




R4

0

1

0

0

4




R5

0

1

0

1

5

1

R6

0

1

1

0

6




R7

0

1

1

1

7




R8

1

0

0

0

8




R9

1

0

0

1

9




T

1

1

0

0

С




AC

1

1

0

1

D

2

T

1

0

1

0

A




AC

1

0

1

1

B

3

T

1

1

1

0

E




AC

1

1

1

1

F


Окончание таблицы 9.1

F-группа

F6

F5

F4

F(16)

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

2

0

1

0

2

3

0

1

1

3

4

1

0

0

4

5

1

0

1

5

6

1

1

0

6

7

1

1

1

7


В табл. 9.2 приведены микроинструкции ЦПЭ, в табл. 9.3 микро­инструкции даны для случаев, когда все разряды шины К равны О или 1. Мнемоника каждой микроинструкции приведена для справ­ки и используется для краткой записи при составлении микро­программ.

При описании микрооперации применяют следующие символы:

В, К, М—данные соответственно на шинах В, К, М; CI, RI— данные на входах переноса и сдвига вправо; СО, RO—данные на выходах переноса и сдвига вправо; Rn — содержимое регистра; но­мер п задается в соответствии с табл. 9.1 (для R-группы 1); AC— содержимое аккумулятора; AT — содержимое аккумулятора или регистра Т (для R-групп 2 и 3); RA — содержимое регистра адреса;

“+”, “—”—сложение и вычитание; —логическое И; —логи­ческое ИЛИ; — инверсия суммы по модулю 2.

Таблица 9.2

F-группа

R-группа

Инструкция

F-группа

R-группа

Инструкция

1

2

3

4

5

6




1

Rn+(ACK)+CIRnAC




3

CI{V}(ATBK)C0;

AT(MK)AT

0

2

M+(ACK)+CIAT




1

CI{V}(RnK)C0;

KRnRn




3

AT0(M0K0) R0;

RIV[(I1K1) AT1] AT1;

[AT0 (M0K0)] [AT1(M1K1)] AT0

5

2

CI{V}(DIK)C0;

KDMAT




1

KRnRA; Rn+K+CIRn




3

CI{V}(ATK)C0;

KATAT

1

2

KMRA; M+K+CIAT




1

CI{V}(ACK)C0;

Rn(ACK)Rn




3

(ATK)+(ATK)+CIAT

6

2

CI{V}(ACK)C0;

M(ACK)Rn




1

(ACK)-1+CIRn




3

CI{V}(BK)C0;

AT(BK)AT

2

2

(ACK)-1+CIAT




1

CI{V}(RnACK)C0;

Rn (ACK)Rn




3

(IK)-1+CIAT

7

2

CI{V}(MACK)C0;

M(ACK)AT




1

R n+(ACK)+CIRn




3

CI{V}(ATIK)C0;

AT(BK)AT

3

2

M+(ACK)+CIAT













3

AT+(IK)+CIAT













1

CI{V}(RnACK)C0;

R n+(ACK)Rn










4

2

CI{V}(MACK)C0;

M(ACK)AT










В качестве примера рассмотрим F-группу 3 и R-группу 1. Из табл. 9.2 следует, что эта микроинструкция производит логическое умножение содержимого АС на данные шины К и результат скла­дывает с содержимым регистра Rn и CI. Сумма заносится в регистр Rn. Из табл. 9.3 видно, что при значении всех разрядов шины К:

К=0—выполняется микроинструкция INR, т. е. сложение CI с содержимым Rn и запись результата в Rn. Эта микроинструкция используется для увеличения содержимого Rn на 1;

К=1—выполняется микроинструкция ADR, т. е. сложение со­держимого АС, Rn и CI и запись результата в Rn. Эта микроинструк­ция используется для сложения АС и Rn.

Особенность данной системы микроинструкций заключается в отсутствии непосредственной пересылки содержимого одного реги­стра СОЗУ в другой. Эту операцию можно выполнить в два приема, используя АС для промежуточного хранения информации регистра-источника.
  1   2   3   4   5   6   7

Похожие:

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconКафедра систем автоматизированного проектирования
Сформировать системное базовое представление, первичные знания, умения и навыки студентов по основам программирования на объектно-ориентированном...

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconНияу мифи утверждаю
Сбис нанометрового диапазона аппаратуры физического эксперимента лаборатории проектирования специализированных интегральных микросхем...

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconРабочая программа учебной дисциплины (модуля) Современные операционные системы
Целью изучения дисциплины является подготовка студентов в области системного программирования, использования, установки, проектирования...

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconКонкурсная документация
Открытого аукциона на право заключения договора на поставку лаборатории автоматизированного проектирования, программирования и реализации...

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconЛабораторная работа Изучение принципов функционирования простейшей микроэвм и процессора
Лабораторная работа Изучение принципов функционирования простейшей микроэвм и процессора I8085A при реализации программы

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconСанитарные и ветеринарные требования к проектированию предприятий мясной промышленности
Временным нормам технологического проектирования и технико-экономических показателей предприятий мясной промышленности, отражающим...

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconЭкзаменационные вопросы по дисциплине «Инструментальные средства и технологии программирования»
Понятие технологии программирования. Основные задачи технологии программирования

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconЗачем нужен сетевой фильтр?
В особенности, большинство не может обеспечить больших токов в нагрузке, которые нужны для правильного воспроизведения динамических...

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconМы рассмотрели, какими свойствами должны обладать языки программирования,...

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconКонспект урока на тему «Языки программирования. Основы объектно-ориентированного...
Язык программирования это формальный язык для записи алгоритмов в виде, допускающем их автоматическую подготовку к выполнению на...

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconКраткое содержание дисциплины
Изучение основ и терминологии низкоуровнего программирования и объектно-ориентированного программирования. Изучение возможностей...

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconПодготовил Гунько А. В
Предмет Web-программирования. Программирование на стороне клиента и сервера. Инструменты и технологии программирования

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconРабочая программа по Блочному программированию позволяет изучать...
В связи с этим возникает необходимость более раннего освоения навыков программирования и развития логического мышления. Наиболее...

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconСтроительные правила и нормы водоснабжения
Приложение 14 Особенности проектирования систем водоснабжения в Западно-Сибирском нефтегазовом комплексе 238

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconТехническое задание по теме ниокр «Создание системы автоматизированного...
Уровень автоматизации процесса проектирования молниезащиты весьма низкий, цикл проектирования основывается на применении разрозненных...

Особенности проектирования и программирования микроэвм на секционированных микропроцессорных больших интегральных схемах iconКурсовой проект 3 Тема, которую нам предписано
Целью курсовой работы является закрепление теоретического материала, приобретение практических навыков проектирования Windows приложений...


Руководство, инструкция по применению




При копировании материала укажите ссылку © 2018
контакты
rykovodstvo.ru
Поиск