Микропроцессорный комплект (МПК) KR580

Лекция 1 Микропроцессорный комплект (МПК) KR580 Аналог MCS 80 фирмы Intel Выполнен на основе n-МОП технологий, совместим с К-155 серии TTL (уровни сигналов соответствуют друг другу). I. Центральный процессорный эл-т (ЦПЭ) КР580 ИК80А по сравнению с К580 и К80 частота не 2 МГц, а 2,5 МГц. Это: • Однокристальный микропроцессор с фиксированной системой команд; • Восьмиразрядный предназначен для построения средств обработки данных применяемых в устройствах автоматики, контроллерах и микро-ЭВМ. П-потребляемая мощность 750 мВатт Быстродействие 500-625 тыс. операций/сек (Rг-регистры) 78 команд Максимальный объем адресуемой памяти 64 килобайтов. Количество 8-ми разрядных регистров в регистре общего назначения-6. Размещен в пластиковом корпусе. Число выводов 48, используется 8. Обозначения: Д0/Д7-двунаправленная шина данных. А0/А15- шина адреса (можно подключать память до 64 килобайт) 1-16 – входные сигналы, которые определяют режим работы микропроцессора (1-управление шиной; 2 управление прерываниями; 3- управление запросами; 4 управление ожиданиями; 5 синхронизация; 6 синхроимпульс; 7-сброс; 8-чтение; 9-запись). А-аккумулятор (регистр) (8-ми разрядный) Rк-регистр команд. ДШК-деш. Команд. СДК-схема десятичной коррекции (позволяет обрабатывать данные в двоично-десятичную СС (код 8,4,2,1). РОН-регистр общего назначения: имеет 6 восмираз. Регистров общего назначения (B,С,Д,Е,Н,L, которые в зависимости от команды могут использоваться как самостоятельные регистры, так и как 16 разрядные регистровые пары: ВС,ДЕ, HL). Регистры W и Z- программно не доступны. Могут использоваться для хранения промежуточных результатов и для приема длинных команд. УС-16 разрядный указатель стека, который хранит в первый раз адрес 1-ой ячейки ОЗУ. СК-16 разрядный счетчик команд. СИА-управ. адресный регистр. Предназначен для приема из других регистров и передачи ее в БА (буфер регистра адреса). Кроме того СИА может изменять адрес на (это освобождает АЛУ от такого рода операций). СДК-обеспечивает работу микропроцессору с десятичной арифметикой, т.е. в коде (8,4,2,1). Эта же схема по специальной команде переводит двоичный результат с плавающей запятой в десятичную систему исчисления. БА (буфер данных)-служит для обмена микропроцессами с внешними устройствами через 8-ми разрядную шину данных. Примечание: БД и БА-эти буферные регистры имеют 3 устойчивых состояния (высокий уровень, низкий уровень и состояние с высоким выходным сопротивлением). Это позволяет отключать микропроцессы от шин системы при режиме прямого доступа к памяти со стороны внешних устройств. АЛУ-выполняет операции над двоичными (….5 лист) Результат: или на внутреннюю шину данных, или в аккумулятор. РП- (регистр признаков): результат, полученный в АЛУ всегда вырабатывает следующие признаки: S Z C P 1 AC Z-0 (Z=1, если результат равен 0). С-перенос (с=1 при возникновении переноса. S- знак (S=1, если старший разряд=1). Р-четность (Р=1, если число четное получается в результате). АС-дополнительный перенос (АС=1, если есть перенос из младших разрядов в старшие). СУМЦ-позднее. СВР- схема выбора регистра. Выполнение команд на микропроцессоре серии KR580 Все команды выполняются за 1-5 машинных циклов, а каждый машинный цикл вымогает от 3 до 5 тактов. Т1: содержимое счетчика команд (СК) поступает на шину адреса (ША), вырабатывает сигнал «синхр», а в шине данных (ШД) выставляется 8-ми разрядное управл. Слово, которое начинает машинный цикл. Это слово содержит 8 признаков, характеризующих те действия, которые будет выполняться в данном машинном цикле. Т2: анализируются признаки и сигналы на входе и определяют в каком режиме находится микропроцессор. Т3: микропроцессор принимает (выдает) с ШД информацию. Если выдает, то дальше она передается в память или на устройство вывода. Примечание: в 1-м машинном цикле в Т3 на РК принимается 1-ый байт команды, по которому ДШК, СУМУ и УУ генерируют необходимые управлению сигналы уi. Т4, Т5: в микропроцессоре делаются внутренние пересылки и преобразования. Эти такты могут и отсутствовать в зависимости от исполненной команды. Т1-Т3- адресация, Т4-Т5-непосредственно команда. В конце последнего машинного цикла каждой команды анализируется наличие запроса на прерывание МП (если такой запрос есть и прерывание разрешено, то МП выполняет специальный машинный цикл, в котором содержимое СК не меняется, а формируется признак обработки прерываний. При этом контроллер прерывания посылает в МП команду содержащую адрес прерывающей программы. Примечание: 1. Самые простые команды (не обращающиеся к памяти) выполняю за 1 машинный цикл за 3 такта, а самые длинные-за 5 машинных циклов (т.е. за 18 тактов). 2. Выборка команд длиной в 2 или 3 байта делается за 2 или 3 машинных цикла: - первый байт поступает на РК; - 2 байт на Rг W; -3 байт на Rг Z. СУМУ (схема управления машинным циклом) В сериях МПК: ПЛМ- программируемые логические матрицы. Матрица вентилей, которые можно аппаратно запрограммировать, создав различную их комбинацию реализуя следующие функции: коньюкцию и дизъюкцию. На базе ПЛМ можно строить комбинации схемы любой сложности. Структура ПЛМ имеет вид ПЛМ реализуется: -М1 (на И или на И-НЕ) -М2(на ИЛИ или ИЛИ-НЕ) Примечание: элементы И-НЕ, ИЛИ, И, ИЛИ-НЕ реализуются на диодах. Возможности ПЛМ: 1) Программируя матрицу М1 можно сделать часть входных наборов незначимыми т.е. такими, что они не будут выбирать ни одной из шин матрицы М2. 2) Можно обеспечить выборку одного и того же слова в М2 несколькими входными наборами. 3) Можно обеспечить выборку нескольких слов из М2 при 1-ом входном наборе. В этом случае на выходе шин М2 формируется поразрядная дизъюкция слов. 4) ПЛМ широко используется для преобразования кодов. В частности, для преобразования кода 421 в двоичную СС и наоборот. В этом случае исходный код является адресом, а строки и столбцы матрицы запрограммированы в соответствии с требуемым вых. кодом. 5) В качестве УУ ПЛМ были использованы в частности блоки центрального управления ПЛМ (электроника С5, К586, К581). Примечание: ПЛМ легли в основы ПЛИСОВ, которые используются во всех современных ПК. Программирование ПЛМ Делается следующим образом: - берется полная матрица; -при реализации реальной комбинац. схемы в узлах матрицы не ставится ряд диодов. Это делается 2-мя способами: А) Программирование маской (на заводе изготовителя создается фотошаблон, в соответствии с которым на матрице в требуемых местах будут созданы или не будут созданы диоды). Б) Программирование пользователем (используются плавки и вставки. Пользователь сам может пережигать эти вставки (перемычки) в требуемых местах, подавая по координатной сетке токи достаточной величины (т.о. пользователь отключает ненужные диоды). Пример: построить на ПЛМ следующие логические функции: -стоит диодная схема «и». -стоит транзисторная схема «или». - ничего не стоит. Анализ системы функции: Входные переменный: . Выходные функции: Сколько различных схем «и»: 7-это вертикальные шины в М1. Горизонтальных шин в М2-3 (по числу функции). ЛЕКЦИЯ 2 Системы команд ЦПЭ KR580 ИК80А Код операции занимает 1 байт (8 разрядов) I. Форматы команд: 1) Однобайтные: • регистровые; • обмен с памятью; • арифметические; • логические; • команды сдвига; • операции со стеком; • управление прерываниями. 2) Двухбайтные: • команды с непосредственным оператором; • команды ввода/вывода. 1 байт-КОП (код операции). 2 байт-или операнд, или адрес УВВ. 2) Трехбайтные: • команды перехода; • вызов ПП (подпрограмм); • загрузка регистров; • загрузка памяти с прямой адресацией 1 байт: код операции. 2 байт: младший полуадрес или операнд 1. 3 байт: старший полуадрес или операнд 2. II. Системы команд: Включает и группы команд: • команды перессылок; • команды арифметические и логические; • команды переходов (ветвления); • команды управляющие. Примечание: сама система команд дается отдельно для размножения. Интерфейсы МП систем (МПС) Между интегральными вычислительными устройствами и электромеханическим периферийным оборудованием огромные диспропорции с точки зрения: ▪ их размеров; ▪ стоимости; ▪ надежности; ▪ быстродействия. ПМС и микро ЭВМ используют периферийное оборудование обычных ЭВМ, которые требуют специального интерфейса. небольшое количество унифицированных интерфейсных БИС. Они достаточно универсальны, т.к. можно программировать их функции: • направление передачи данных; • формат символов; • контроль на чет/нечет; • и т.д. ПУ бывают: • простые (для управления ими используют порты); • сложные (для управления ими используют сложные интерфейсы). Порт-это схема средней степени интеграции, в которую входят: • адресуемый многорежимный (с 3-мя устойчивыми сост.) буферный регистр; • логика управления; • унифицированный разъем для подключения УВВ в сложных интерфейсах (в интерфейсных БИС) процедура упорядочивания перессылок делается программным путем, а не путем использования большого числа управляющих линий, как делается в обычных ЭВМ. В МПК KR580 входят следующие адаптеры: • программируемый параллельный интерфейс; • программируемый последовательный интерфейс. I. Параллельный периферийный интерфейс KR580 ВВ55 Напряжение питания-5Вт. Потребляемая мощность-350 милиВатт. Размещен в пластиковом корпусе с 40 выходами. Это БИС может использоваться для: • организации синхронного обмена; • организации асинхронного обмена; • обмена в режиме прерывания программы. Обозначения: ШД-8-ми разрядная двунаправленная шина данных . ША-8-ми разрядная шина адреса. ШУ-шина управляющих сигналов (). ДШ-формирует сигнал выборки микросхемы нужного уровня. БД-буферный регистр данных (служит для связи внутренней шины данных системной ШД МПС). Через БД передаются не только данные, но и управляющие слова. (МП-параллельный интерфейс). Обмен информацией между МП и интерфейс делается по командам W(ввод) и OUT(вывод). Кроме того, МП выдает программным образом в интерфейс управляющее слово, которое содержит информацию 0: • о режиме работы портов; • направлении обмена; • некоторую другую. Возможны 3 режима ввода/вывода: 1) Режим 0-основной режим, когда работают все 3 порта, при этом содержимое А по команде вывода записывается в БД, а оттуда в соответствующий порт, адрес которого указан в команде. По команде ввода: наоборот из соответствующего порта в БД, а оттуда в А. Такой обмен между МП и УВВ синхронно. 2) Режим 1-работают 2 порта А и Б, порт С в этом режиме используется для приема и формирования управления сигналом. Происходит однонаправленная асинхронная передача информацией между МП и УВВ. 3) Режим 2-работает только порт А, который используется как буфер двунаправленной шины. Порт С применяется для формирования сигналов управления двунаправленной шины ШРА8. Структура управляющего слова Примечание: 1) Управляющее слово формируется программистом и заносится в Rr управления с помощью команды вывода OUT перед основной операцией вывод. Для изменения режима надо: в Rr управления занести новое управляющее слово. 2) Если интерфейс настроен на работу с прерываниями, то в режимах 1 и 2 процедура ввода/вывода инициируется сигналом запроса на перерыв, которое поступает из БИС интерфейса в МП. После этого МП вызывает ПП обработки запроса на прерывание. Это ПП начинает ввод или вывод с ПУ через порт А (в режиме 2) и через порты А и В (в режиме 1). II. Последовательный периферийный интерфейс KR580 BB51. См. ниже Программируемый контроллер прерываний и его обозначение KR580 BH5 - это БИС законченное устройство, которое позволяет реализовывать 8-ми уровневые системные прерывания с возможностью масштабирования динамических изменений дисциплины обслуживания. Выполняет все функции блоков приоритетного прерывания. Это БИС размещена в пластиковый корпус с 28 выводами. Р потребляемое=1 Ватт Напряжение интерфейса=5 Вольт Алгоритм обработки прерывания Структурная схема KR580 BH59 ЗПР-запрет прерывания. РПР-разрешение прерывания. Одна БИС KR50 ВН59 обеспечивает 8 уровней прерывания. Но если несколько таких БИС объединить по методу каскадного соединения, то число уровней прерываний можно увеличить до 64. Такая БИС используется: 1) Для организации обмена информацией в режиме прерываний (т.е. БИС ВН59 на приоритетной основе формирует запрос на прерывание для МП и формирует адрес подпрограммы, обслуживающий прерывания). 2) Для организации програм. управл. обмена (т.е. МП считывает слово, состоящее …ВH59 из блока приема запросов и опред. устройство с наивысшим приоритетом готовое к обмену) В 1 случае контроллер ... ВН59 позволяет реализовать: • простой приоритетный режим (всем 8-ми запросам присваивается фиксированный приоритет: зп0-наивысший, зп7-низший. • циклический режим (после окончания обслуживания некоторого устройства приоритеты меняются так, что это устройство получает низший приоритет. кроме того, низший приоритет может присвоить програм. способ Ɐ запросу. Описание структурной схемы RG запроса-для заполнения новых запросов. RG состояния-для тех запросов, которые сейчас находятся на обслуживании. RG маски-если установить «1» в некоторых разрядах, то передача соответствующего запроса на прерывание блокируется (так наз. флаг). Если через некоторое время маска снимается с запроса, то он идет на обслуживание. Примечание: если для увеличения числа уровней прерываний использовать метод каскадного соединения нескольких контроллеров, то: • назначается 1 ведущий модуль (1БИС) и на его вход подается логич.1; • остальные модули считаются подчиненными; • ведущие соединения со всеми подчиненными; • если подчиненный контроллер вырабатывает сигнал 3П. Все это усложняет интерфейс канала ПДП, который теперь должен выполнять следующие функции: • адресацию нужной ячейки памяти; • синхронизацию работы памяти и ПУ во время обмена; • инициировать обмен; • назначение приоритетов; • установление очереди, если запросов несколько. Обмен в режиме ПДП имеет самый высокий приоритет по сравнению с другими видами обмена. Программный контроллер прямого действия доступа к памяти KR580 ИК57 Выполняет все функции канала ПДП. Заключен в пластиковый корпус с 40 выводами. Напряжение питания=5 Вольт. Рпотр.=1Ватт. Структурная схема БИС KR580 ИК57 Эта БИС имеет независимые каналы обмена. Каждый канал имеет свой блок управления, в который входят 216 разрядов RG: -РА-регистр начального адреса, в который заносят начальный адрес ЗУ для передачи данных. -РУ-регистр управления. в младших 14 разрядах хранятся тип операции: число слов массива (n-1) -запись ЗУ - чтение из ЗУ - контроль Контроль перед. информацией делается с помощью (). Запись в РА и РУ делается через МП с помощью команды вывода. Содержимое РА и РУ можно считывать программным образом с помощью команды ввода. РР-основной Rr режим и PC- вспомогательной Rr режима –это 8-ми разрядный Rr режима, который используется для разрешения работы 1 или нескольких каналов обмена. В РР заносятся управляющее слово, в соответствии с которым предоставляется доступ к ПУ, имеющему наивысший приоритет. Возможны: • простой приоритетный режим; • циклический режим. Сигналы: ГТ-сигнал готовности. ЗХ-захват цикла памяти некоторого ПУ. ПЗХ-подтверждение захвата. ЗПзу и ЧТзу- запись и чтение в память. ЗПвв и ЧТвв- запись и чтение в/из ПУ. ВМ-выбор модуля. ЗПТ-запрет работы всех ПУ кроме того, который работает в режиме ПДП. ЗПД-запрет передачи данных в ПДП. РПД-разрешение передачи данных в ПДП. Виды обмена информацией в МП системе I) Программно-управляемый обмен Реализуется по следующей структуре – II) Контроллерный обмен Реализуется по следующей структуре: – Шинные формирователи (ШР) К589 АП16 и К589АП26 Их еще называют шинными драйверами. Выполняют буферные функции. Предназначены для увеличения нагрузочной способности МП и др. МОП- схем, которые допускают непосредственно подключение только 1-ой ТТL-схемы. Это 4-х разрядные схемы. Отличия: У К589 АП16 входы и выходы прямые. У К589 АП26 входы и выходы инверсные. ШФ: • Имеют 3 устойчивых состояния. • Обеспечивают выборку требуемой БИС и передачи информации через ШФ в одном из 2-х возможных направлений. Т.к. это 4-х разрядная схема, то для 8-миразрядной МП требуется 2 ШФ( вход/выход подключение к выходам шин МП).