Учебный микропроцессорный комплект (УМК)

Теоретические сведения

Основным элементом микропроцессорной серии К580 является БИС центрального процессорного (ЦП) элемента, представляющая собой однокристальный параллельный 8-разрядный микропроцессор с фиксированной системой команд и внешних магистралей. Физически микропроцессор (МП) реализуется на изготовленной по n-МОП технологии БИС, содержащей около 5 тысяч транзисторов, выполненной на кремневом кристалле и заключенной в корпус с 40 выводами. МП содержит 4 основных архитектурных элемента:

- арифметико-логическое устройство (АЛУ) – выполняет предписанные устройством управления арифметические и логические операции над данными;

- устройство управления (УУ) - декодирует записанные в программе команды и генерирует сигналы;

- устройство ввода – вывода (УВВ) - обеспечивает связь ЦП с внешними и периферийными устройствами;

- устройство памяти (УП) или запоминающее устройство (ЗУ) – это место хранения программ и данных, закодированных в двоичной форме.

Микро-ЭВМ, построенные на МП К580, имеет типовую структуру с тремя магистралями (шинами): 16-разрядной однонаправленной шиной адреса (ША), 8-разрядной шиной данных (ШД) и шиной управления (ШУ) (рисунок 1). Трехшинная организация МП обладает рядом преимуществ: высокое быстродействие и отсутствие буферных регистров. Основным недостатком такой организации является большая площадь, занимаемая шинами на кристалле.

Каждый периферийный модуль микро-ЭВМ имеет вход для приема сигнала “Выбор модуля” (ВМ), с помощью которого одновременно может активизироваться только один из модулей. Входы остальных модулей при этом остаются в высоком состоянии (отключенном от шин) и на работу микро-ЭВМ не влияют.

При работе ЦП обменивается данными с ячейками памяти, которые имеют индивидуальные номера-адреса. Разрядность адресной шины равна 16. Это позволяет непосредственно обращаться к 2¹⁶ адресам. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) в зависимости от объема оперативной памяти и может состоять из одной или нескольких БИС памяти, каждая из которых имеет вход ВМ.

В микро-ЭВМ выполнение алгоритма реализуется при помощи последовательности команд, хранимой ЗУ. Исходными для программы являются данные, вводимые через порты ввода, промежуточные данные хранятся в ОЗУ или во внутренних регистрах, а полученные результаты выводятся через порты вывода.

Рисунок 1- Типовая структура микропроцессорной системы

Ограниченная длина слова микропроцессора (8 разрядов) наложила отпечаток на систему команд. Для достижения высокого быстродействия использован ряд эффективных приемов кодирования команд и адресации операндов.

По формату (числу отведенных для нее разрядов) команды делятся на одно-, двух- и трехбайтовые, причем первый байт всегда отведен для кодирования кода операции.

С точки зрения программиста микропроцессор состоит из семи 8-разрядных регистров А, B, C, D, E, H, L, регистра признаков F и двух 16-разрядных регистров SP (указателя стека) и PC (счетчика команд).

Регистр А (аккумулятор) используется для хранения операнда, с которым работает АЛУ, и приема результата операции.

Регистры B, C, D, E, H, L предназначены для хранения промежуточных данных и могут объединяться в пары (BC, DE, HL) для хранения 16-разрядных данных. В регистрах B, D, H хранятся старшие байты чисел, а в регистрах C, E, L – младшие.

Для хранения адреса следующей команды служит 16-битный регистр – программный счетчик (РС). При последовательном выполнении программы устройство управления автоматически увеличивает на единицу (инкрементирует) содержимое РС, после передачи очередного байта кода команды из памяти в ЦП.

При косвенной адресации используется содержимое регистровых пар BC, DE, HL или 16-разрядного указателя стека SP. Стек – специальная область ОЗУ, организация которой осуществляется по принципу “последний вошел – первый вышел”. Содержимое SP определяет адрес верхушки стека, т.е. операнда, занесенного в стек последним. Каждое обращение к стеку для записи данных сопровождается автоматическим декрементом SP, а каждое обращение для извлечения данных – автоматическим инкрементом SP, т.е. можно считать, что стек растет вверх; от старших адресов к младшим.

Для хранения 16-разрядных чисел в ОЗУ отводятся две смежные ячейки. Запись производится побайтно. В ячейку с меньшим адресом записывается младший байт, а в ячейку с большим адресом – старший байт числа. Запись команды в память производится в следующем порядке: сначала в ячейку с младшим адресом записывается код операции, потом в ячейку с адресом, на 1 большим, чем предыдущий, записывается операнд.

Учебный микропроцессорный комплект (УМК)

УМК (рисунок 2) представляет собой законченную микро-ЭВМ на основе микропроцессора КР580ИК80 и имеет следующие технические характеристики:

- объем ОЗУ – 1 кбайт;

- объем ПЗУ – 2 кбайт;

- в том числе пользователя – 1 кбайт;

- возможность прерывания – 1 вектор;

- программное обеспечение – системная программа "монитор".

Ввод информации в микро-ЭВМ и вызов директив монитора осуществляется с клавиатуры, расположенной на лицевой панели (рисунок 3). Отображение вводимой и выводимой информации в шестнадцатеричном коде происходит на шестиразрядном дисплее.

С клавиатуры пульта осуществляется вызов следующих директив:

- чтение и модификация содержимого ячеек памяти;

- чтение и модификация содержимого регистров;

- вычисление контрольной суммы массива памяти;

- заполнение массива памяти константой;

- перемещение заданного массива памяти в адресном пространстве;

- выполнение программ пользователя с возможностью установки до двух точек останова.

В УМК предусмотрено шаговое выполнение программ, при этом для отображения состояния ША, ШД и регистра в двоичном коде используется световая индикация на светодиодах.

Пульт оператора состоит из клавиатуры, шестиразрядного дисплея, световой индикации и управляющих кнопок сброса "СБ", прерывания "ПР", шага "ШГ", а также переключателей работа/шаг ("РБ/ШГ") и команда/цикл ("КМ/ЦК").

Структурно микро-ЭВМ является ОУ, которое производит операции по обработке информации. Исходным состояние ОУ является чтение информации по нулевому адресу ПЗУ, ОУ принимает это состояние после нажатия кнопки "СБ". Информация о состоянии ОУ фиксируется в регистре состояния в начале каждого машинного цикла.

В ПЗУ записана программа "Монитор", обеспечивающая ввод информации с клавиатуры пульта оператора и вывод ее на дисплей. "Монитор" занимает 1 Кбайт ПЗУ (адреса 0-3FF) и используется еще 54 последние ячейки ОЗУ, еще 1 Кбайт зарезервирован за пользователем (адреса 400-7FF), ОЗУ используется для хранения программ пользователя и имеет емкость 1 Кбайт (адреса 800-BFF).

Рисунок 2- Блок-схема УМК.

Устройство шагового выполнения программ переводит ОУ в состояние "Ожидание" либо в каждом рабочем цикле, либо при чтении первого байта команды.

Возможны два шаговых режима работы: покомандный и поцикловый. Вызов пошагового режима работы осуществляется переключателем "РБ/ШГ" в состояние "ШГ" (кнопка утоплена), выбор величины шага – переключателем "КМ/ЦК". Для перехода к следующему шагу необходимо нажать на кнопку "ШГ", при этом на световой индикации отображается в двоичном коде состояние шин и регистра состояния ОУ.

Выполнение программы может быть остановлено нажатием кнопки прерывания "ПР". При этом состояния всех регистров ОУ сохраняются в ОЗУ, откуда они опять могут быть загружены в ОУ и выполнение программы продолжится, начиная с точки остановки.

Рисунок 3- Пульт оператора.

Экспериментальная часть

Подготовка УМК к работе

1. Установили кнопку “~” в отжатое состояние.

2. Подключили УМК к сети переменного тока 220 В.

3. Установили переключатель “РБ/ШГ” в отжатое состояние.

4. Включили УМК, нажав на кнопку “~”. При этом наблюдалось кратковременное загорание аварийных индикаторов +5В, -5В, +12В, после чего они гаснут.

5. Нажали управляющую кнопку “СБ. При этом в крайней левой позиции дисплея появился знак “-”, после чего УМК готов к работе.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: