Архитектура микропроцессора

Под архитектурой микроконтроллера понимают его внутреннюю структуру, принцип организации взаимодействия составных частей. Существуют два основных вида архитектуры МП – фон-неймановская и гарвардская. Особенностью фон-неймановской (принстонской) архитектуры является то, что программа и данные находятся в общей памяти и доступ к ним происходят по одним шинам данных и шинам адреса. Гарвардская архитектура предполагает разделение памяти программ и данных, доступ к которым происходит по отдельным шинам данных и шинам адреса. Гарвардская архитектура позволяет за счет усложнения структуры прибора достичь увеличения скорости обработки информации.

На рис.6.5. показана типовая архитектура обобщенного 8-разрядного фон-неймановского микропроцессора.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет операции сложения, вычитания, сравнения, логические операции И, ИЛИ над двумя операндами. Вид операции задается кодом команды в регистре команды. АЛУ состоит из двоичного сумматора со схемами ускоренного переноса, сдвигающего регистра и регистров для временного хранения операндов.

Счетчик команд (PC — program counter, программный счетчик) содержит адрес (0, 1, 2...) команды, выбираемой МП из ЗУП в текущий момент времени. Он представляет собой суммирующий счетчик, содержание которого увеличивается на единицу к концу выполнения текущей команды. Этим достигается выбор адреса следующей команды из ЗУП. При емкости п бит он может обращаться к ЗУП на 2ⁿ адресов.

Если в процессе выполнения основной программы надо обратиться к специализированной подпрограмме, то в счетчик команд принудительно записывается число, соответствующее адресу новой команды подпрограммы. После завершения подпрограммы счетчик команд устанавливается на адрес основной программы.

Регистр команд хранит команду, сосчитанную из ЗУП на время ее выполнения. Команда расшифровывается дешифратором и через узел управления машинным циклом приводит в действие требуемые узлы МП.

Аккумулятор (RGA) — главный регистр, предназначенный для ввода данных в МП и вывода их из него. В аккумулятор поступает операнд из ЗУД перед проведением операции в АЛУ и в него поступает результат операции из АЛУ.

Регистры сверхоперативной памяти необходимы для временного хранения данных перед проведением операций в АЛУ. Например, при сложении двух чисел, одно хранится в аккумуляторе, другое - в одном из регистров сверхоперативной памяти. Обычно этих регистров 6: RGB, RGC, RGD, RGE, RGН, RGL, каждый на 8 разрядов. Они могут объединяться в 3 шестнадцатиразрядных регистра ВС, DE, HL. Эти регистры часто называют регистрами общего назначения РОH.

Формирователь адресов операндов содержит один или несколько регистров, в которых формируется адрес операнда перед обращением к ЗУД.

Перед началом выполнения программы МП обнуляется внешней командой. В счетчике команд устанавливается адрес первой команды ЗУП, обычно это число нуль.