Функционирование микропроцессора

При выборке команды код операции, содержащийся в первом байте команды, по шине данных передается в МП и загружается в регистр команд (РК), где хранится в течение всего времени выполнения команды. Дешифратор команд (ДшК) перекодирует содержимое регистра команд в управляющее слово, которое передается в блок синхронизации и управления БСУ. В БСУ также поступают сигналы синхронизации и сигналы управления от внешних устройств (READY, INT, HOLD). Под воздействием названных сигналов БСУ генерирует совокупность сигналов управления внутренними операциями в МП и обменом данными между МП и внешними устройствами.

В состав блока БСУ входят формирователь машинных тактов, используемый для выработки тактовых импульсов, равных по длительности периоду тактовой частоты, формирователь машинных циклов и формирователь сигнала синхронизации SYNC.

Время выполнения команды определяется ее форматом и реализуемыми действиями. На выполнение команд расходуются от одного до пяти машинных циклов. Машинный цикл состоит из 3–5 тактов. Первые три такта всех машинных циклов предназначены для выполнения действий, связанных с внешним обменом между МП и адресуемым в машинном цикле внешним устройством. В такт Т1 осуществляется адресация внешнего устройства, к которому выполняется обращение. В такт Т2 реализуется проверка управляющих сигналов READY, INT, HOLD, влияющих на функционирование МП. В такт Т3 выполняется собственно внешний обмен. Такты Т4 и Т5 в машинном цикле зарезервированы для выполнения операций внутри микропроцессора. К таким операциям относятся дешифрация кода команды, необходимые внутренние передачи и преобразования данных, выполнение сдвиговых, арифметических и логических операций.

В соответствии с предложенным разработчиками принципом синхронизации работы МП легко определить число машинных циклов, затрачиваемых на выполнение любой команды. Минимальное количество машинных циклов исполнения команды определяется форматом команды и равняется числу байтов команды. Если собственно выполнение команды требует дополнительных обращений к внешнему устройству, то командный цикл увеличивается на соответствующее число машинных циклов. Например, однобайтная команда пересылки данных из регистра источника R_D в регистр приемник R_S mov R_D,R_S выполняется за один машинный цикл, поскольку собственно исполнение команды не требует дополнительных внешних обращений. Трехбайтная команда вызова подпрограммы call addr выполняется за пять машинных циклов. При ее выполнении к трем машинным циклам выборки команды добавляются два машинных цикла, затрачиваемых для запоминания в стеке 16-битного адреса возврата из подпрограммы.

Знание особенностей структуры микропроцессора, назначения его выводов, электрических и конструктивных параметров необходимо при разработке аппаратной части микропроцессорной системы. В технических описаниях МП КР580ВМ80А приводятся его более подробные структурные схемы, однако для подавляющего большинства пользователей детальное знание особенностей внутренней структуры микропроцессора чаще всего оказывается избыточным, поскольку пользователь в принципе не может изменить его структуру. Число вариантов схем включения МП также невелико, поскольку микропроцессор представляет собой логический автомат с высокой степенью детерминированности связей. В разработанной и изготовленной системе для практического использования МП (составления прикладных программ) достаточно знать его программную модель и систему команд.

Программная (регистровая) модель микропроцессорной системы на базе МП КР580ВМ80А (рис. 2.2) включает только программно доступные регистры.

Рис.2.2. Программная модель микропроцессорной системы с МП КР580ВМ80А

В состав программной модели включены 8-битные регистры блока РОН (B, C, D, E, H, L, A), 16-битовые регистровые пары (B, D, H), указатель стека SP, 256 портов ввода и 256 портов вывода, ячейки памяти общим числом до 64 К. При обращении к памяти используется прямая и косвенная адресации. Основным указателем памяти при косвенной адресации является регистровая пара HL. Ячейка памяти, адрес которой определяется содержимым пары НL, обозначается М (от memory — память). Указателями памяти также могут выступать регистровые пары BС, DЕ и указатель стека SP.