Внутренняя структура микропроцессора

Процессорный модуль

Тема 3: Архитектуры микропроцессоров

Тема лекции: Процессорный модуль

План лекции:

3.1 Внутренняя структура микропроцессора

3.2 Командные и машинные циклы микропроцессора

3.3 Реализация процессорных модулей в составе линий системного интерфейса

Пожалуй, наиболее популярными в мире (и в нашей стране) являлись и явля­ются однокристальные микропроцессоры семейства х86 фирмы Intel. Семей­ство берет свое начало от первого 8-разрядного микропроцессора i8080 (оте­чественный аналог - К580ВМ80) и включает 16- и 32-разрядные микропро­цессоры t8086, i80286, i80386, i80486, Pentium,..., Pentium 4.

"Родоначальником" семейства приня­то считать первый 16-разрядный микропроцессор— i8086 (отечественный аналог— К1810ВМ86), на котором были реализованы персональные ЭВМ IBM PC XT.

Анализ архитектуры микропроцессорных систем (МПС) целесообразно на­чинать с рассмотрения простейшей (базовой) модели, отражающей основные принципы организации процессора, его системы команд, функционирование основных подсистем. Большинство принципиальных решений, реализован­ных в МПС на базе младших моделей семейства, сохранились и в старших моделях.

Рассмотрим кратко организацию МПС на базе микропроцессора i8086. При этом выделим для рассмотрения следующие подсистемы:

·
процессорный модуль;

·
память;

·
ввод/вывод;

·
прерывания;

·
прямой доступ в память со стороны ВУ.

Процессорный модуль — основная часть любой МПС. Помимо собственно микропроцессора, он включает ряд вспомогательных схем, без которых МПС не может функционировать (тактовый генератор, интерфейсные схемы и др.).

Структурная схема микропроцессора i8086 представлена на рис. 3.1. Микро­процессор включает в себя три основных устройства:

·
УОД — устройство обработки данных;

·
УСМ — устройство связи с магистралью;

·
УУС — устройство управления и синхронизации.

УОД предназначено для выполнения команд и включает в себя 16-разрядное АЛУ, системные регистры и другие вспомогательные схемы; блок регистров (РОН, базовые и индексные) и блок микропрограммного управления.

УСМ обеспечивает формирование 20-разрядного физического адреса памяти и 16-разрядного адреса ВУ, выбор команд из памяти, обмен данными с ЗУ, ВУ, другими процессорами по магистрали. УСМ включает в себя сумматор адреса, блок регистров очереди команд и блок сегментных регистров.

УУС обеспечивает синхронизацию работы устройств МП, выработку управ­ляющих сигналов и сигналов состояния для обмена с другими устройствами, анализ и соответствующую реакцию на сигналы других устройств МПС.

Микропроцессор i8086 может работать в одном из двух режимов — мини­мальном и максимальном.

Минимальный режим предназначен для реализа­ции однопроцессорной конфигурации МПС с организацией, подобной МПС на базе i8080, но с увеличенным адресным пространством, более высоким быстродействием и значительно расширенной системой команд.

Максималь­ный режим предполагает наличие в системе нескольких микропроцессор, ра­ботающих на общую системную шину. МПС на базе i8086 с использованием максимального режима не получили широкого распространения. Более того, в последующих моделях своих микропроцессоров (80286, 80386, 80486) фир­А Intel отказалась от поддержки мультипроцессорной архитектуры. Поэтому мы здесь не будем рассматривать особенности организации максимального режима.

На внешних выводах МП i8086 широко используется принцип мультиплек­сирования сигналов — передача разных сигналов по общим линиям с разделением во времени. Кроме того, одни и те же выводы могут использоваться для передачи разных сигналов в зависимости от режима (min — max).

Дата добавления: 2014-10-31