Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Отличительные особенности различных типов микропроцессоров определяются их технологическим исполнением. Как правило, их выполняют на одном или нескольких кристаллах, с достаточно большим числом активных элементов и ограниченным числом выводов микросхем. Это приводит к определенным структурным решениям, следствием которых являются малая разрядность и не очень высокое быстродействие. В зависимости от назначения и технических решений микропроцессоры подразделяют на 4-, 8- и 16-разрядные. Быстродействие колеблется от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч коротких операций типа «регистр—регистр» в 1 с. Наибольшим быстродействием обладают интегральные схемы с диодами Шоттки, ТТЛШ-схемы— 1,2* IO6 операций в
1 с; и ЭСЛ-схемы — 3-Ю6 операций в 1 с.
Однокристальные микропроцессоры применяют в сравнительно простых управляющих устройствах. Для достаточно развитых автоматизированных систем рационально применять микропроцессорные наборы, состоящие из нескольких совместимых между собой схем. Это увеличивает быстродействие и улучшает вычислительные возможности.
341
7.4.2. СТРУКТУРА ОДНОКРИСТАЛЬНОГО МИКРОПРОЦЕССОРА
И ЕГО ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ
Работа любого микропроцессора основана на его взаимодействии с программным ЗУ. Рассмотрим схему однокристального микропроцессора (рис. 7.11), его работу, назначение и особенности отдельных узлов.
Основные узлы микропроцессора: арифметическо-логическое
устройство АЛУу устройство управления УУ и центральная память, состоящая из групп внутренних регистров: аккумулятора или накапливающего регистра, регистра команд PK, счетчика команд CK и регистров общего назначения POHj стека, регистра адреса памяти РАП и регистра данных памяти.
Программирующее запоминающее устройство ПЗУ служит для записи команд и оперативного хранения обрабатываемых данных — операндов.
Адрес команды вырабатывается счетчиком команд CK- По этому адресу в ЗУ отыскивается код операции: он поступает через регистр данных памяти в регистр команд PKf где расшифровывается, и затем подается на управляющее устройство УУ. После выполнения команды УУ добавляет единицу в счетчик команд, что обеспечивает отыскание адреса следующей команды.
В соответствии с кодом операции в УУ вырабатывается последовательность управляющих сигналов, которые обеспечивают выполнение необходимых операций. Управляющие сигналы воздействуют на арифметически-логическое устройство АЛУ, аккумулятор, регистры общего назначения РОН. В зависимости от выполняемой операции происходит соответствующая обработка данных — операндов, поступающих от внешних устройств или из памяти. Рассмотрим подробнее отдельные узлы микропроцессора.
Макропроцессор
Рис. 7.11. Обобщенная схема однокристального микропроцессора 342 *
Устройство управления управляет работой процессора ё соответствии с заданной программой. Поступающая на него команда является микроалгоритмом, в соответствии с которым УУ должно вырабатывать последовательность управляющих импульсов-микроприказов для других узлов микропроцессора. Преобразование микроалгоритма в микроприказы в устройстве управления может выполняться аппаратным или микропрограммным способом.
В УУ аппаратного типа с помощью специальных схем для каждой команды вырабатывается определенная последовательность управляющих импульсов. При этом достигается хорошее быстродействие, но реализуемый список команд ограничен, и их нельзя менять.
Большей гибкостью обладают УУ с микропрограммным управлением. В этом случае для каждого микроалгоритма в устройство памяти записывается последовательность микрокоманд, называемая микропрограммной операцией. Во время считывания такой микропрограммы в УУ образуется последовательность импульсов, которые управляют узлами микропроцессора.
Арифметическо-логическое устройство выполняет арифмети-
ческие и логические операции над данными — операндами, представляемыми обычно в виде двоичных чисел. Операнды поступают из регистров центральной памяти или из оперативной памяти и внешних устройств. Для выполнения необходимых операций в АЛУ имеются логические схемы и сумматор для чисел, поступающих на его входы. В АЛУ выполняются как арифметические операции сложения, вычитания, добавления ±1, так и логические, такие как логическое сложение И, умножение ИЛИ, сравнение, сдвиги и др.
Аккумулятор — один или несколько регистров, непосредственно связанных с АЛУ и участвующих в арифметических и логических операциях. В аккумулятор вводятся операнды, подлежащие обработке в АЛУ; к ним добавляются числа из других регистров и результат вновь заносится в аккумулятор. Таким образом, аккумулятор может быть как источником, так и приемником операндов.
Регистры общего назначения, так же как и аккумулятор, относятся к внутренней или центральной памяти. Ho если за регистром аккумулятора строго закрепляются его функции, то назначение отдельных регистров группы РОИ может изменяться. Их функции определяются при составлении программы. Наличие большего числа регистров общего назначения (число их иногда достигает нескольких десятков) удобно тем, что в процессе обработки операндов можно меньше обращаться к внешней памяти, занося промежуточные или вспомогательные данные во внутренние свободные регистры и тем самым повышая быстродействие системы в целом.
