Внутренняя структура микропроцессора

Процессорный модуль

Базовая архитектура микропроцессорной системы

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 i8086, i80286, i80386, i80486, Pentium,..., Pentium 4.

Схемотехнические решения систем на i8080 можно было бы считать базовыми, но его система команд значительно отличается от языка старших моделей микропроцессоров семейства. Поэтому "родоначальником" семейства принято считать первый 16-разрядный микропроцессор — i8086 (отечественный аналог — К1810ВМ86), на котором, кстати, 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.

(Страница147)

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. 6.1. 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) фирма 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).

(Страница148)

Рис. 6.1. Структура микропроцессора i8086

В табл. 6.1 приведено описание внешних выводов МП i8086. При описании выводов косой чертой (/) разделены сигналы, появляющиеся на выводе в разные моменты машинного цикла. В круглых скобках указаны сигналы, характерные только для максимального режима. Символ * после имени сигнала – знак его инверсии.

Таблица 6.1. Внешние выводы МП i8086

Внешний вывод	Описание
A/D[15: 0]	Младшие 0 — 15 разряды адреса/данные
A[19: 16]/ST[6: 3]	Старшие 16 — 19 разряды адреса/сигналы состояния
ВНЕ* /ST[7]	Разрешение передачи старшего байта данных/сигнал состояния
STB(QSO)	Строб адреса (состояние очереди команд)
R*	Чтение
W* /(LOCK*)	Запись (блокировка канала)
M - IO*(ST2*)	Память — внешнее устройство (состояние цикла)
OP - IP*(ST1*)	Выдача/прием (состояние цикла)
DE*(STO*)	Разрешение передачи данных (состояние цикла)
TEST*	Проверка
RDY	Готовность
CLR	Сброс
CLC	Тактовый сигнал
INT	Запрос внешнего прерывания
INTA*(QS1)	Подтверждение прерывания (состояние очереди команд)
NMI	Запрос немаскируемого прерывания
HLD(RQVEO)	Запрос ПДП (запрос/подтверждение доступа к магистрали)
NLDA(RQ* /El)	Подтверждение ПДП (запрос/подтверждение доступа к магистрали)
MIN/MAX*	Потенциал задания режима (min=1, max=0)

Дата добавления: 2015-04-25