Микропроцессорные системы - Александров Е.К.
ISBN 5-7325-0516-4
Скачать (прямая ссылка):
операция. В зависимости от типа микропроцессора команда может содержать
различное число разрядов (байтов). Например, команды процессоров Pentium
содержат от 1 до 15 байтов, а большинство процессоров с RISC-архитектурой
использует фиксированный 4-байтный формат для любых команд.
Для хранения адреса очередной команды служит специальный регистр
процессора -программный счетчик PC (Program Counter), содержимое которого
автоматически увеличивается на 1 после выборки следующего байта команды.
Таким образом, обеспечивается последовательная выборка команд в процессе
выполнения программы. При выборке очередной команды содержимое PC
поступает на шину адреса, обеспечивая считывание из ОЗУ следующей команды
выполняемой программы. При реализации безусловных или условных переходов
(ветвлений) или других изменений последовательности выполнения команд
выполняется загрузка в PC нового содержимого, в результате чего
производится переход к другой ветви программы или подпрограмме.
В процессорах Pentium и предыдущих моделях микропроцессоров компании
"Intel" (8086, 80186, 80286, 386, 486 и ряде других) реализуется
сегментная организация памяти. При этом адрес выбираемой команды
определяется содержимым двух регистров -указателя команды EIP,
указывающего положение команды в сегменте программ, и сегментного
регистра CS, который задает начальный (базовый) адрес этого сегмента.
Регистры IP и CS выполняют функции программного счетчика PC, и различные
виды передачи управления в программе реализуются путем изменения их
содержимого.
Принятая из ОЗУ команда поступает в регистр команд, входящий в состав УУ
процессора. Затем производится дешифрация команды, в процессе которой
определяется вид выполняемой операции (расшифровка КОП) и формируется
адрес необходимых операндов (расшифровка КАД). В соответствии с кодом
поступившей команды УУ процессора генерирует последовательность
микрокоманд, обеспечивающих выполнение заданной операции. Каждая
микрокоманда выполняется в течение одного машинного такта - периода
тактовых импульсов, задающих рабочую частоту всех внутренних узлов и
блоков микропроцессора. Таким образом, тактовая частота микропроцессора
определяет время выполнения отдельных микрокоманд, последовательность
которых обеспечивает получение необходимого результата операции
(поступившей команды).
Для выполнения каждой поступившей команды требуется определенное
количество командных циклов и тактов. Командным циклом называется
промежуток времени, требуемый для выполнения обращения к ОЗУ или внешнему
устройству с помощью системной шины. Обычно реализация такого цикла
занимает от 2 до 4 системных тактов (периодов синхросигналов шины),
которые требуются для установки требуемого адреса, выдачи сигналов,
определяющих вид цикла - чтение или запись, получения сигнала готовности
к обмену (от памяти или внешних устройств) и собственно передачи данных
или команд. При современной технологии изготовления системных плат
частота синхросигналов шины обычно составляет десятки мегагерц (типичные
значения 25, 33, 50, 66, 75,100, 133 МГц).
При выполнении каждой команды в первых циклах производится ее выборка из
ОЗУ по адресу, который задается содержимым программного счетчика PC.
Последующая дешифрация выбранной команды определяет необходимое число
циклов для ее последующего выполнения. Если для выполнения команды не
требуется считывание операндов из памяти (внешних устройств) или запись в
память (вывод на внешние устройства) результатов операции, то такая
команда выполняется за один цикл. При считывании операндов из памяти
(внешних устройств) или записи результата в память (вывод на внешние
устройства) требуется выполнение дополнительных циклов чтения (ввода) или
записи (вывода). В зависимости от разрядности обрабатываемых операндов и
разряд-
ОБЩАЯ СТРУКТУРА И ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ
ности используемой системной шины число циклов, необходимых для
выполнения команд, может быть различным: от 1 (выборка команды) до 4-5
(зависит от команды, разрядности шин и операндов).
Машинным (процессорным) тактом в микропроцессорных системах является
длительность периода тактовых сигналов It, которая задается тактовой
частотой микропроцессора Ft= 1ЯГ При выполнении операций, не требующих
обращений к системной шине, (эта частота определяет производительность
микропроцессора. Для современных микропроцессоров частота Ft достигает 1
ГГц и более (последние модели микропроцессоров Pentium, AMD К7, Alpha и
другие). Таким образом, обработка информации внутри процессора (без
обращения к системной шине) производится значительно быстрее, чем обмен
по шине. Если тактовая частота микропроцессора отличается от частоты
обмена по системной шине, то вывод данных на шину реализуется с помощью
промежуточной буферной памяти, в которой хранятся данные, посылаемые
микропроцессором на системную шину. Данные выбираются из буферной памяти
и поступают на системную шину с частотой, соответствующей скорости обмена
