Микропроцессорная техника

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине «Микропроцессорная техника»

Микропроцессорные и программные средства автоматизации.

Микропроцессорный комплект

Серии К1810

Состав: К1810ВМ86 – центральный процессор (16 бит)

ВМ88 – центральный процессор с восьмибитной шиной данных;

ВМ87 – арифметический сопроцессор;

ВМ59 – процессор ввода/вывода;

ГР84 – генератор тактовых импульсов;

ВГ88 – контроллер системной шины;

ВБ89 – арбитр системной шины

ВТ02 – контроллер для подключения динамической памяти объемом

16 Кбайт

ВТ03 - контроллер для подключения динамической памяти объемом

64 Кбайт

ВН54 – интервальный таймер

ВТ37 – контроллер прямого доступа к памяти

ВН59 – программируемый контроллер прерываний

ИР86/87 – шинные формирователи (с инверсией / без инверсии)

ИР82/83 - регистры-защелки (с инверсией / без инверсии)

Микросхема К1810ВМ86 (Intel 8086).

Шестнадцатиразрядный однокристальный МП выполняющий около 2 млн. операций в секунду. Синхронизируется тактовой частотой 25 МГЦ.

Имеет 20-ти разрядную шину адреса, что позволяет обеспечить прямую адресацию 1 Мбайт внешней памяти. Область адресного пространства памяти разбита на сегменты по 64 Кб. Такая организация памяти обеспечивает удобный механизм вычисления физических адресов . ША и ШД мультиплексированы. При организации вычислительных систем их нужно разделить (регистры-защелки). МП может обращаться как к памяти, так и к внешним устройствам.

При обращении к внешним устройствам используются 16 младших линий ША. Следовательно можно подключить 64 К 8-битных внешних устройств, ли-бо 32 К 16-ти разрядных. МП имеет многоуровневую систему прерываний: 256 векторов прерываний. Данный МП является дальнейшим совершенствованием К580ВМ80. Система команд сходна, но более расширена. Программное обеспе-чение легко переводится с одного МП на другой.

Функциональная схема:

См. рис.

В первый такт обмена на AD0-15 устанавливаются младшие 16 бит адреса памяти или адрес внешнего устройства, сопровождается эта информация сигна-лом ALE. Во втором такте обмена выставляются данные, которые сопровожда-

ются сигналом DEN. ALE и DEN управляют регистрами-защелками. AD16/ST3-AD19/ST6 – мультиплексированные линии адреса состояния.

В первый такт обмена выдается 4 старших разряда адреса памяти, а при обра-щении к внешнему устройству – нули. Во втором такте выдаются сигналы со-стояния МП, причем сигналы ST3-ST4 определяют сегментный регистр участ-вующий в формировании физического адреса.

ST3 ST4 Рег.

0

1

0

1 0

0

1

1 ES

SS

CS

DS

Сегментные регистры. Участвуют в формиро- вании физического адреса.

ST5 – дублирует состояние флага разрешения прерываний.

BHE – разрешение старшего байта. Работает совместно с сигналом А0, обеспе-чивая механизм передачи информации по ШД.

BHE

A0 Вид передачи данных

0

0

1

1 0

1

0

1 Передается 16-ти битное слово

Передается старший байт AD8-AD15

Передается младший байт AD0-AD7

Нет обращения

RD –сигнал чтения.

WR – сигнал записи.

M/IO – обращение к памяти или внешним устройствам.

DT/R – направление передачи информации:

«1» - в МП; «0» - из МП.

INTA, INTR – запрос на маскируемое прерывание (INTA – подтверждение пре-рывания).

NMI – запрос на немаскируемое прерывание.

HOLD – запрос на переход в режим прямого доступа к памяти.

HLDA – подтверждение захвата шины.

TEST – проверочный вход, используется в команде WAIT для организации холо-стых тактов: «1» - МП выполняет «0», с периодичностью 5 Т проверяет состоя-ние этого сигнала.

MN/MX – минимальный / максимальный режимы, определяющие конфигурацию вычислительной системы. MN- ограничение объема памяти и т.д.

Архитектура МП.

МП содержит в своем составе 14 регистров общего назначения.

AX=AH+AL

BX=BH+BL

CX=CH+CL

DX=DH+DL

Все остальные регистры общего назначения являются неделимыми:

SP используются при обращениях к стеку для хранения

BP адресной информации

SI при обращении к памяти или внешнему устройству

DI

Сегментные регистры:

CS – определят начальный адрес сегмента кода в котором хранится программа;

SS – хранит начальный адрес сегмента стека;

DS – начальный адрес сегмента данных;

ES – начальный адрес дополнительного сегмента под данные;

IP – хранит смещение очередной команды переданной для выполнения.

DA=CS+IP

F- регистр флагов

0F DF IF SF ZF AF PF CF

AD15 AD0

CF – флаг переноса, фиксирует возникновение переноса при сложении или заеме при вычитании, а также выдвижение старшего байта при операциях сдвига;

PF- флаг четности, фиксирует четное число;

AF – флаг вспомогательного переноса, фиксирует перенос или заем из разряда D4 в D3 при операции сложения и из D3 в D4 при вычитании. Используется при преобразовании кодов из двоичного в двоично-десятичный и наоборот;

ZF – флаг нуля, сигнализирует о получении нулевого результата;

SF – флаг знака, дублирует состояние старшего бита результата операции;

OF – флаг переполнения разрядной сетки, сигнализирует о потере старшего бита при сложении.

Названные 6 флагов сигнализируют о результатах арифметических опера-ций. Оставшиеся 3 флага относятся к флагам управления:

DF – флаг направления обработки команд программы, «0» -выполняется команда от меньших адресов к большим.

IF – флаг разрешения прерываний, если он установлен, то процессор реагирует на запросы прерывания по входу INTR;

TF – флаг трассировки, «1» - МП выполняет команды программы в пошаговом режиме.

В состав МП входит устройство управления, которое дешифрует команды и обеспечивает соответствующие управляющие сигналы. Имеется регистр – оче-редь команд объемом 6 байт в который загружается очередная команда предна-значенная для выполнения. Буфер шины адреса – данных представляет собой 16 двунаправленных усилителей, обеспечивающих номинальную нагрузочную спо-собность шины. Буфер адреса состоит из 4-х двунаправленных усилителей вы-полняющих аналогичную функцию. Сумматор адресов служит для вычисления физических адресов ячеек памяти. АЛУ – 16-ти разрядное.

Сегментация памяти и вычисление адресов.

Память в ЭВМ на базе К1810ВМ86 организуется как одномерный массив байтов, каждый из которых имеет свой 20-разрядный физический адрес(00000-FFFFF).

Порядок размещения данных в памяти обычный: слово занимает 2 сосед-ние ячейки памяти, причем первым идет младший байт слова, а вторым старший. Физическим адресом слова считается адрес младшего байта слова.

20-ти битный физический адрес ячейки памяти содержится в объекте: сег-мент + смещение. Причем на сегмент и на смещение отводится по 2 байта. Сле-довательно полный физический адрес размещается в 4-х ячейках памяти.

00002 смещение

00003

00004 сегмент

00005

Физическим адресом этого модуля считается адрес младшего байта сме-щения.

Все пространство памяти объемом 1М разбито на сегменты по 64 К (16 сегментов). Каждому сегменту программой задается его начальный адрес кото-рый заносится в сегментные регистры (CS,SS,DS,ES).Такая организация вычис-лений 20-ти разрядного фактического адреса обусловлена тем, что МП является 16-ти разрядным и все вычислительные операции должны выполняться словами.

Механизм вычисления фактического адреса следующий: содержимое сег-ментного регистра сдвигается на 4 бита влево. К содержимому смещения при-сваивается 4 нуля слева.

Сегмент смещение

15 0

A B C D 1 2 3 4

19 0

A B C D 0

+

19 0

0 1 2 3 4

A C F 0 4

При суммировании может возникать перенос из разряда A19 в A20. Этот перенос игнорируется. Аналогичную кольцевую организацию имеет каждый сегмент. При выборке команда: CS +IP = ФА команды. При обращении к стеку: SS +SP =ФА стека.

Обращение к данным может производиться из любого сегментного регист-ра: DS (SS,CS,ES) +EA = ФА данных. EA – эффективный адрес, константа, ука-занная в программе.

К данным можно обратиться через индексные регистры SI и DI; причем индексный регистр хранит смещение на адрес ячейки памяти, откуда