Основные функции и структура микропроцессора

Микропроцессор, его основные функции и структура

Микропроцессорная система, ее функции и структура.

Основные функции и структура микропроцессора

Микропроцессор (МП) выполняет 2 функции:

1. Вычисляет, т.е. выполняет над числовыми данными арифметические и логические операции.

2. Управляет потоками данных, организуя как сами вычисления, так и их требуемую последовательность.

Любой МП (Рис.3) состоит из следующих функциональных узлов:

1. Арифметико-логическое устройство (АЛУ).

2. Регистры.

3. Устройство управления.

Рис.3 Функциональная схема микропроцессора

ВМД – внутренняя магистраль данных,

МА – магистраль адреса,

МУ – магистраль управления,

МД – магистраль данных.

АЛУ – это комбинационный цифровой автомат, имеющий два входа и один выход. АЛУ выполняет арифметические и логические операции с двумя входными сигналами, каждый из которых представляет собой набор из 8-ми двоичных разрядов.

Регистром является устройство для хранения 8-ми разрядного двоичного числа. Оно состоит из восьми триггеров, каждый из которых может хранить один двоичный разряд.

Регистровый файл AVR-контроллера состоит из 32 однобайтных регистров, имеющих имена R0-R31 и сквозные адреса в пространстве ОЗУ 0-31. Шесть регистров R26-R27, R28-R29, R30-R31 выступают как парные регистры X, Y, Z. Они могут работать как в паре, так и независимо. Эти парные регистры предназначены для хранения адресов ячеек памяти.

Регистр РС - программный счетчик, хранит двухбайтный адрес ячейки памяти, где расположен первый байт команды, которая будет выполняться микропроцессором на следующем шаге. Пример: при включении микропроцессора РС=00₁₆, после считывания первого байта первой команды, определяется длина команды, которая складывается с содержимым регистра РС. Таким образом, после выполнения команды в регистре РС находится адрес первого байта следующей команды.

Регистр SP – указатель стека предназначен для управления специализированной областью стековой памяти, адресация в которой осуществляется по содержимому регистра SP. Стековая память расположена по старшим адресам области ОЗУ (Область «Data» в пакете «AVRStudio»).

Содержимое регистров PC и SP можно наблюдать в окне Workspace\IO\Processor.

РП – регистр признаков, флаговый регистр, или регистр статуса (Рис. 4, 5).

Этот регистр предназначен для хранения результатов контроля выполнения команды. Он состоит как минимум из пяти информационных двоичных разрядов.

Разряд С называется флагом переноса и становится равным единице после выполнения арифметической команды, если результат операции не умещается в восьми битном регистре приемника. Пример: 250+50=44, С=1; 250+1=251, С=0.

Рис.5 Структура РП для AVR контроллера.

Z – флаг нуля. Принимает значение 1, если по окончании арифметической операции во всех разрядах регистра получателя или регистра приемника содержатся нули. Пример: 250+6=0, Z=1; 250+1=251, Z=0.

N – флаг отрицательного результата, дублирует старший разряд регистра получателя после выполнения арифметической операции.

Пример: 120+7=127, N=0; 120+8=-128, N=1

V – флаг переполнения, указывает на верность (V=0) или ошибочность (V=1) результатов арифметической операции со знаковыми числами.

Пример: 100+20=120, V=0; 100+29=-127, V=1.

S – флаг знака, S=N xor V, где xor-логическая операция «исключающая ИЛИ»

Н – флаг дополнительного переноса, указывает на наличие переноса из младшей тетрады в старшую при выполнении арифметической команды.

Пример: 10+1=11, H=0; 15+1=16, H=1.

Т – флаг трассировки.

I – флаг прерывания.

Содержимое регистра PП или регистра статуса SREG можно наблюдать в окне Workspace\IO\CPU\SREG.