3.4. Архитектура микропроцессора

3.4.1. Понятие об архитектуре микропроцессора

Микропроцессор (МП) является основой любой микро - ЭВМ, микропроцессорной управляющей системы. Он обрабатывает информацию, управляет потоком команд, работой шин и осуществляет взаимодействие с внешними устройствами.

Для выполнения своих функций микропроцессор должен иметь регистры, сумматоры, логические схемы, дешифраторы и т. д., которые соединены между собой с помощью шин — соединительных линий. Схема, которая показывает из каких блоков состоит микропроцессор и связь между этими блоками, называется структурой микропроцессора.

Функции, реализуемые микропроцессором, определяются не только его структурой, но и определенной последовательностью управляющих слов (команд), поступающих из программной памяти на входы микропроцессора. При изменении этой последовательности изменяется и выполняемая микропроцессором функция.

Для комплексной характеристики возможностей микропроцессора пользуются понятием архитектура микропроцессора.

Архитектура микропроцессора — это его логическая организация, определяемая возможностями микропроцессора по аппаратной или программной реализации функций, необходимых для построения микро - ЭВМ.

Архитектура микропроцессора отражает: а) структуру микропроцессора; б) способы обращения ко всем элементам структуры; в) способы представления и форматы данных; г) набор операций, выполняемых микропроцессором; д) способы указания адреса данных; е) форматы управляющих слов, поступающих извне; ж) характеристики управляющих сигналов; з) реакцию микропроцессора на внешние сигналы.

Рассмотрим основные показатели архитектуры микропроцессора.

Разрядность обрабатываемого слова определяет возможности микропроцессора по обработке данных. Для больших вычислительных машин универсального назначения, класса ЕС ЭВМ, размер стандартного слова установлен в 32 двоичных разряда (бита). Это позволяет производить расчеты с необходимой точностью. Однако подобный размер слова оказывается избыточным при анализе логической информации. В этом случае более рациональной является представление слова 8-ю разрядами. Слова из 8-ми битов (разрядов) удобны при выполнении арифметических и логических операций.

Таким образом, при использовании микропроцессора в системах управления, оперирующих малыми потоками данных, его структуру надо ориентировать на малоразрядную информацию. Поэтому в мировой практике максимальное распространение получили 4- и 8-разрядные микропроцессоры.

Область адресации характеризует потенциальные возможности микропроцессорной системы, так как опре­деляет максимально допустимые размеры массива исходных данных и программы, необходимые для его обработки. При создании цифровых систем автоматики и обработки данных |не требуется большого объема памяти. Если использовать адрес ячейки памяти из одного байта, то можно адресовать 2⁸ = 256 ячеек, а если из двух байтов, то можно адресовать 2¹⁶ = 8 536 ячеек, т. е. можно записать такое количество слов. Такой объем памяти имеется в микропроцессоре типа КР580ИК.80. Если сравнить этот микропроцессор с одной из управляющих машин второго поколения «Днепр», то у современного микропроцессора объем памяти в 4 раза больше.

Система прерываний (количество уровней прерывания, дисциплина обслуживания заявок на прерывание и т. п.) — один из важнейших показателей при выборе микропроцессора. Суть работы микропроцессора при прерывании в том, что при поступлении данных, требующих немедленной обработки (отказ оборудования, выход параметра за допустимые пределы), процессору надлежит прервать выполнение текущей программы, перейти к реализации полученного срочного задания. Каждое прерывание выполнения программы предусматривает обязательное полное восстановление процесса после завершения прерывающей программы.

Система команд обеспечивает выполнение заданных функций микропроцессором. Эти команды обеспечивают передачу и обработку данных микропроцессором. Система команд — это набор команд, которые может выполнять данный микропроцессор. Она зависит от структуры микропроцессора.

Зная архитектуру микропроцессора и всей микропроцессорной системы, можно составить определенную последовательность команд, называемую программой, которая обеспечит выполнение заданной функции.