12 | 12 | 2018
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 3770
Просмотры материалов : 9092497

Коллеги
Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Google]
  • [Mail.Ru]
  • [Yandex]
Сейчас на сайте:
  • 21 гостей
  • 4 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Мікропроцесори PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
03.01.2017 13:27

Мікропроцесори

У цьому розділі розглянемо основні характеристики чотирьох найбільш поширених 8-бітних мікропроцесорів і деякі прийоми пошуку несправностей в мікропроцесорних системах. Глава починається з загального введення в мікропроцесори і мікропроцесорні системи, розрахованого на читачів, які з ними ще не знайомі.

Мікропроцесори - це НВІС, які можуть сприймати, дешифрувати і виконувати команди, представлені в двійковій-кодованому вигляді. Мікропроцесор утворює ядро ​​будь мікрокомп'ютерної системи. Однак самі по собі мікропроцесори не є комп'ютерами, оскільки вимагають різноманітних допоміжних ( «підтримують») мікросхем. Серед останніх найважливішу роль відіграють мікросхеми, призначені для зберігання послідовностей команд (т. Е. Програм) і змінюється інформації (т. Е. Даних), що залучається для обробки.

Деякі спеціалізовані мікропроцесори забезпечені внутрішньою пам'яттю (для зберігання програм і даних) і вхідними / вихідними портами. Для таких мікропроцесорів потрібно мінімальний обсяг зовнішніх допоміжних схем, і вони ідеально підходять для дешевих систем управління. Зазвичай згадані мікропроцесори називаються однокристальними микрокомпьютерами.

Мікропроцесори в залежності від розміру довічних чисел, якими вони оперують, можна розділити на два класи. Більшість сучасних мікропроцесорів виконують операції над групами з 8 або 16 двійкових розрядів (біт). Очевидно, 16-бітові мікропроцесори виявляються могутніше 8-бітних. У ряді випадків їх застосування вибирати між цими двома класами майже не доводиться. Наприклад, відносні вартість і складність 16-бітних мікропроцесорів перешкоджають їх використання в системах управління. Тому будемо орієнтуватися на 8-, а не на 16-бітові мікропроцесори.

8-бітний мікропроцесор вводить і виводить дані групами по 8 біт, які називаються байтами. Дані передаються по восьми окремих лініях D0-D7, що створює шину даних. Мікропроцесори визначають джерело даних (звідки їх потрібно вважати) і їх одержувач (куди дані потрібно записати), вказуючи місце розташування даних у формі унікальну адресу. Для цього адресний двійковий набір поміщається на шину адреси. У 8-бітних мікропроцесорах шина адреси завжди складається з 16 окремих ліній А0-А15.

Адреси, за якими зчитуються і записуються дані, можуть ставитися до системної пам'яті (наприклад, ЗУПВ або ПЗУ) або до вводу-виводу (ВВ). Розподіл адресного діапазону 64К в 8-бітних мікропроцесорах зручно показувати за допомогою карти пам'яті.

Ще одна шина застосовується для визначення напрямку передачі даних (т. Е. Вказівки операції зчитування або запису) і деяких загальних службових функцій, наприклад скидання. Ця шина називається шиною управління і в залежності від типу мікропроцесора складається з 5-15 ліній.

Перше покоління 8-бітних мікропроцесорів з'явилося в середині 70-х років, починаючи з мікросхеми 8008 фірми Intel. За той час вона здавалася дивною приладом, який міг замінити безліч інших мікросхем і адресувати «величезну» пам'ять 16К байт.

За сучасними мірками мікропроцесор 8008 виглядає досить «слабким» за своїми можливостями. Потім з'явився більш «вдалий» мікропроцесор 8080, виконаний за NMOП-технології (мікропроцесор 8008 випускався по РМОП-технології). Мікропроцесор 8080 має 16 ліній адреси, що забезпечують адресацію пам'яті 64К байт, і 78 команд, які перебувають в розпорядженні програміста. На базі цього мікропроцесора були розроблені більш досконалі процесори 8085 і Z80.

Поряд з фірмою Intel до виробництва мікропроцесорів підключилися й інші фірми, наприклад Motorola (мікропроцесор 6800) і MOS Technology (мікропроцесор 6502). У наступні роки було витрачено багато зусиль на перехід до 16- і 32-бітовим мікропроцесорах. Незважаючи на новітні розробки, перші зразки мікропроцесорів, а також їх модифікації досить широко застосовуються і в даний час. Ціни на них значно знизилися, і тепер можна зібрати мікропроцесорну систему (що складається з центрального процесора і ряду допоміжних мікросхем) за помірну плату. Наприклад, основою системи управління мікрокліматом майже напевно буде мікропроцесор або однокристальний мікрокомп'ютер. Така система не тільки виконає всі традиційні функції, але і забезпечить більш складні засоби обробки даних, а також зберігання їх з можливістю використання в подальшому і навіть передасть інформацію в віддалений комп'ютер. Зекономлені при проектуванні апаратних засобів час доцільно присвятити програмному забезпеченню проекту, а наступні поліпшення звести до заміни програмного ПЗУ.

 

5.1. Внутрішня архітектура

 

Головними внутрішніми елементами мікропроцесора є:

• регістри для тимчасового зберігання команд, даних і адрес;

• арифметико-логічний пристрій (АЛП), яке реалізує безліч арифметичних і логічних функцій;

• схема управління, яка сприймає і генерує зовнішні керуючі сигнали (наприклад, зчитування і запису) і формує сигнали для синхронізації всієї системи.

Звичайно, внутрішній устрій (або архітектура) мікропроцесорів різних сімейств різному, але в них є і багато спільних елементів. Наприклад, в основних мікропроцесорних родинах помітна тенденція зберегти «сумісність вгору» в частині їх внутрішньої архітектури і системи команд, що, безумовно, робить нові прилади більш привабливими для споживачів.

Внутрішні регістри - це просто набори тригерів-засувок (див. Гл. 3), в які при обробці поміщаються двійкові дані. Деякі з регістрів доступні програмісту (т. Е. Він може записати в них або вважати їх вміст), а інші не доступні. Регістри поділяються на спеціалізовані (т. Е. Мають конкретне призначення, наприклад вказівка ​​осередки пам'яті чи зберігання результату операції АЛУ) і загального призначення.

Особливо важливу роль в мікропроцесорі грають такі регістри.

Програмний лічильник або покажчик команди. Програмний лічильник PC або покажчик команди IP в 8-бітному процесорі - це 16-бітний регістр, що містить адресу наступного командного байта. При вибірці кожного командного байта проводиться автоматичний інкремент програмного лічильника.

Акумулятор А функціонує як регістр-джерело і регістр-одержувач; він одночасно є і джерелом одного з байт даних, які потрібні для операції АЛУ, і місцем, куди поміщається результат операції АЛУ. Зрозуміло, в 8-бітних мікропроцесорах довжина акумулятора складає 8 біт.

Регістр прапорців F (або регістр стану SR, регістр коду умови CCR) містить інформацію про внутрішній стан мікропроцесора, зокрема про особливості результату останньої операції АЛУ. Підкреслимо, що регістр прапорців не є регістром в звичайному сенсі, а являє собою просто набір тригер-засувок, стану яких залежать від результату операції АЛУ. Можна вважати, що вихід кожного тригера діє як прапорець. Зазвичай є прапорці нуля Z, переповнення V, негативного результату N і перенесення С.

Покажчик стека. У більшості мікропроцесорів потрібно доступ до такої області зовнішнього ЗУПВ, яка призначена для тимчасового зберігання даних. Ця область називається стеком і займає від 16 до 256 байт. (Зауважимо, однак, що стек - це динамічна структура і його розмір змінюється в процесі обробки).

Стек працює за принципом «останній прийшов - перший пішов» (LIFO). Дані включаються ( «проштовхуються») в стек, а потім витягуються ( «виштовхуються») з нього. Покажчик стека SP стежить за становищем стека, т. Е. Містить адресу останньої використаної клітинки стека. У деяких мікропроцесорах, наприклад в мікропроцесорі 6809, є два незалежних покажчика стека - системний покажчик стека SSP і призначений для користувача покажчик стека USР.

Регістр команди безпосередньо програмісту недоступний. Він містить поточний байт команди знайдено, який декодується дешифратором команди. Виходи дешифратора команди подаються в схему управління мікропроцесора, визначає напрямок передач даних і реагує на зовнішні сигнали, що з'являються на шині управління, а також виконує інші функції.

Спрощена внутрішня архітектура типового 8-бітного мікропроцесора показана на рис. 5.1.

 

 

Мал. 5.1. Спрощена внутрішня архітектура типового 8-бітного мікропроцесора.

 

Відзначимо, що лінії зовнішньої шини управління ізольовані від ліній внутрішньої шини за допомогою буферів і основні внутрішні елементи пов'язані швидкодіючої внутрішньої шиною даних.

 

5.2. лінії управління

 

Розглянемо коротко функції найбільш важливих зовнішніх ліній управління, які є в більшості мікропроцесорів.

Зчитування / запис. На лінії зчитування / запису R / W¯ діє ​​сигнал низького рівня, коли мікропроцесор виконує операцію запису, і сигнал високого рівня в операції зчитування. У деяких мікропроцесорах, наприклад в Z80, є окремі лінії зчитування READ і записи WRITE.

Запит переривання. На вхідних лінії запиту переривання або зовнішній пристрій формує сигнал низького рівня, звертаючи «увагу» мікропроцесора на цей сигнал. Якщо прапорець переривання скинутий (логічний 0), запит сприймається і мікропроцесор перериває звичайну обробку і переходить до виконання потрібної процедури переривання.

Немаскіруемое переривання. Реакція на звичайний запит переривання ( або ) Визначається прапорцем переривання, тому переривання може бути замасковано. У програму вводяться команди, які встановлюють і скидають прапорець переривання і, отже, дозволяють або забороняють переривання. Такий спосіб дозволяє гнучко реагувати на переривання - ми самі визначаємо, сприймаються вони або ігноруються. Однак в деяких ситуаціях потрібно, щоб переривання обслуговувалося незалежно від поточних дій мікропроцесора. Для цієї мети передбачено окрему лінію немаскируемого переривання . Коли на ній з'являється сигнал низького рівня, виконання програми переривається незалежно від стану прапорця переривання, т. Е. Незалежно від того, дозволені переривання або заборонені.

Скидання. Сигнал низького рівня на вхідний лінії скидання застосовується для ініціалізації системи, т. е. приведення її у відоме стан, до звичайного виконання програми. При активному сигналі скидання програмний лічильник PC перекладається в певний стан (наприклад, в нього завантажується нуль або конкретний адресний вектор) і переривання забороняються.

Виконуються й інші внутрішні операції, що залежать від типу мікропроцесора.

Синхронізація. Для упорядкування передач даних усередині мікропроцесора необхідно синхронізувати їх спеціальними сигналами. Вони формуються або зовнішнім генератором (рис. 5.2), або аналогічним внутрішнім генератором. Для забезпечення точності і стабільності сигналів синхронізації зазвичай застосовується кварцовий осцилятор; діапазон частоти синхронізації складає від 1 до 8 МГц.

 

 

Мал. 5.2. Типова схема синхронізації.

 

Такт синхронізації (Т-стан) є в процесорі основним часовим інтервалом. Машинний цикл (М-цикл) - це мінімальна неподільна одиниця дій мікропроцесора. Зазвичай він складається з 3-5 тактів синхронізації. Командний цикл, що включає в себе вибірку, дешифрування і виконання команди, зазвичай вимагає від 1 до 5 машинних циклів.

Оцінимо реальні часові інтервали, про які йде мова. Припустимо, що мікропроцесор Z80 працює з частотою синхронізації 4 МГц. Тоді такт синхронізації (Т-стан) відповідає 250 нс. Тривалість машинного циклу (М-циклу) становить від 0,75 до 1,25 мкс, а командного циклу (в залежності від команди) - від 1,25 до 6,25 мкс. Іншими словами, мікропроцесор може виконати від 160000 до 800 000 команд в секунду!

 

Інтегральні схеми

Логічні сімейства

Блоки живлення

Пошук несправностей в блоці живлення

Основні логічні елементи

Схема охоронної сигналізації

Відстеження логічних станів

Моностабільний і бістабільні схеми

Таймери

Пошук несправностей в схемах з таймерами

Мікропроцесори

Мікропроцесорні системи

Пошук несправностей в мікропроцесорах

Практичні схеми ЗУПВ

Пошук несправностей в напівпровідникової пам'яті

Мікросхеми для введення-виведення

Інтерфейси

Мікропроцесорні шини

Довідкові дані по мікросхем

Стабілізований блок живлення

Логічний пробник

Логічний пульсатор

Генератор імпульсів

Тестер цифрових мікросхем

Індикатор струму

Цифровий лічильник-частотомер

Осциллограф

Таблиця позначень основних логічних елементів

Обновлено 03.01.2017 13:56
 
Для тебя
Читай
Товарищи
Друзья