Мп-устройство на основе МП кр580вм80а

Упрощенная структурная схема вычислительного устройства на базе МП I8080 (КР580ВМ80А) представлена на рис. 7.9. Это простейшая микроЭВМ минимальной конфигурации, структура которой является частным случаем обобщенной (см. рис. 7.1).

Представленная схема включает все основные функциональные блоки, за исключением источника питания. ПЗУ может быть использовано для хранения программы, а ОП для хранения данных, поступающих от ПУ (через ППУ), а также результатов работы программы. Предполагается, что ОП и ПЗУ охвачены единым полем адресов.

К шинам адреса и данных системной магистрали, даже в простейшей микроЭВМ, подключено достаточно много устройств: ОП, ПЗУ, несколько ППУ. Однако нагрузочная способность выходов МП КР580, в силу технологических особенностей, весьма мала. К любому выходу МП допускается подключать не более одного входа микросхемы ТТЛ, поэтому в шины адреса и данных включаются специальные буферы, причем ШД требует двунаправленного буфера. Для построения таких буферов предусмотрены микросхемы шинных формирователей КР580ВА86 и КР580ВА87.

Общие принципы функционирования МП устройства следующие. Из МП на ША (16 разрядов) выдается адрес очередной команды. В этот момент МП еще «не знает», сколько байт занимает данная команда. Первый байт команды, выбранный из памяти (в частном случае из ПЗУ), пересылается по внутренней ШД в РгК. Выход РгК связан с дешифратором команд, который определяет тип выполняемой операции. При этом к содержимому СчК добавляется 1, т.е. формируется адрес следующего байта, а УУ вырабатывает ряд сигналов, позволяющих выполнить те или иные микрооперации. После этого возможны два варианта дальнейших действий:

· Если команда однобайтовая, то она выполняется, а содержимое счетчика адреса (РС) = (РС) + 1 является адресом следующей команды.

· Если команда содержит более одного байта (2 или 3) и для ее выполнения требуется вызов дополнительных байтов, то содержимое счетчика адреса команд (РС) = (РС) + 1 является адресом следующего байта той же команды.

Рассмотрим более подробно процесс выполнения команды. Этот процесс разбивается на машинные циклы, которые обозначаются M1...M5. Число циклов в одной команде может быть от одного до пяти. В свою очередь, каждый машинный цикл состоит из тактов, обозначаемых T1...T5. В одном машинном цикле может быть от трех до пяти тактов. Имеется в виду 5 типов тактов, поскольку в каждом такте выполняется определенное действие по реализации машинного цикла. При этом количество тактов как временных интервалов может быть значительно больше за счет тактов Т2, о чем речь пойдет ниже. В каждом машинном цикле производится одно обращение к памяти или ППУ в разных вариантах. Каждый такой вариант обращения называется состоянием цикла. Всего в МП КР580 возможно 10 состояний машинного цикла. Это выборка первого байта команды, чтение из памяти, запись в память, чтение из стека, запись в стек, ввод из ППУ, вывод через ППУ, подтверждение прерывания, подтверждение останова, подтверждение прерывания при останове. При этом первым машинным циклом любой команды всегда является выборка первого байта команды.

Во всех машинных циклах первые три такта (T1,T2,T3) используются для организации обмена с памятью и ППУ. Такты T4 и T5 (если они есть) – для выполнения внутренних операций в МП. Таким образом, процесс выполнения команд состоит из стольких машинных циклов, сколько обращений к памяти или ППУ требуется для ее исполнения.

На рис. 7.10 представлена временная диаграмма цикла М1 из пяти тактов (первый машинный цикл любой команды). Отсчет тактов производится от положительных фронтов импульса F1. Действия процессора по реализации машинного цикла М1 состоят в следующем:

T1 – содержимое РС выдается на ША, адрес принимается памятью, где начинается чтение байта команды из ячейки.

T2 – проверяется наличие сигнала на входе READY (уровень логической 1). Этот сигнал подается на вход МП через интервал времени, достаточный для завершения процесса чтения из памяти. Если на входе READY сигнал отсутствует (действует логический 0), то МП устанавливается в режим ожидания, в котором каждый следующий такт рассматривается как T2 до тех пор, пока не появится сигнал READY. С приходом этого сигнала МП выходит из режима ожидания и переходит в такт T3.

T3 – байт с ШД принимается в МП и помещается в регистр команд (РгК).

T4 – происходит анализ принятого байта и выяснение потребности в дополнительном обращении к памяти. Если дополнительных обращений не требуется (команда однобайтовая и операнды находятся в регистрах процессора), то в этом же такте или с использованием дополнительного такта T5 выполняются предусмотренные командой микрооперации.

T5 – дополнительный такт.

Если требуется дополнительное обращение к памяти, то после T4 цикл M1 завершается и происходит переход к циклу M2.

Забегая вперед, отметим, что КОП всегда находится в первом байте команды. Если команда двух- или трехбайтовая, то в остальных байтах находятся данные или адрес. Содержимое этих байтов помещается в аккумулятор или буферные регистры. Так, например, в команде MOV (запись аккумулятора в ячейку памяти) двухбайтовый адрес, который следует за КОП, помещается в регистровую пару WZ, а затем, при исполнении, он передается через мультиплексор непосредственно в РА и далее через буфер на ША.

В каждом машинном цикле в такте T1 по переднему фронту F2 МП выдает сигнал синхронизации SYNC, т.е. на выходе SYNC появляется уровень логической 1. Одновременно с этим сигналом в такте T1 МП выставляет на ШД 8-разрядное управляющее слово, которое несет в себе полную информацию о микрооперациях в текущем машинном цикле. Так, например, 1 в разряде D0 управляющего слова является сигналом подтверждения прерывания INTA. Наличие 1 в разряде D2 означает, что в данном машинном цикле на ША установлено содержимое указателя стека (регистр SP). Наличие 1 в разряде D3 означает, что МП в состоянии останова. В момент прихода импульса F1, означающего начало такта T2, на схеме "&" (см. рис. 7.9) вырабатывается импульс, называемый строб состояния. Этот строб разрешает запись управляющего слова с ШД во внешний регистр, названный на схеме фиксатор состояния.

Используя это слово или его часть, специальные логические схемы вырабатывают системные управляющие сигналы для обращения к памяти и ППУ. В общем случае фиксатор состояния и блок логических схем называются системным контроллером. Эти, а также некоторые другие вспомогательные схемы, в частности шинный формирователь, оформлены в виде специальной БИС КР580ВК28. Однако в простейших микроЭВМ часто требуются только 4 управляющих сигнала – R, W, IN, OUT. В связи с этим необходимость в БИС ВК28 отпадает, а используют какой-либо управляемый регистр и 2-3 логические схемы.

Дата добавления: 2014-01-07