Микропроцессор INTEL 8085A

Микропроцессор INTEL 8085A (отечественный аналог КР1821BM85A) также является усовершенствованным вариантом микропроцессора INTEL 8080A. Эти микропроцессоры программно совместимы как на уровне машинного кода, так и на уровне языка ассемблера.

INTEL 8085A отличается от своего предшественника тем, что имеет:

1. одно напряжение питания +5В;

2. повышенное быстродействие (тактовая частота до 3 МГц);

3. встроенный тактовый генератор;

4. встроенный системный контроллер;

5. встроенная одноуровневая векторная система прерываний;

6. две дополнительные команды установки (SIM) и чтения (RIM) маски системы прерываний;

7. совмещенную (мультиплексированную) шину данных и младшего байта адреса.

Стандартная трехшинная архитектура микропроцессорной системы (MICROBUS) получается при таком мультиплексировании с помощью дополнительного регистра памяти. В этом регистре специальным выходным сигналом микропроцессора ALE фиксируется младший байт адреса. Формирование шины адреса в этом случае поясняет рис.6.1.

Рис.6.1.Формирование шины адреса в микро-ЭВМ на основе микропроцессора INTEL 8085A

Специально для микропроцессора INTEL 8085A были выпущены два типа периферийных интерфейсных микросхем, предназначенных для работы с мультиплексированной шиной адреса/данных. Это:

INTEL 8156 (КР1821РУ55) – ОЗУ с организацией 258 х 8 байт, два восьмибитовых и один 6-ти битовый порт ввода-вывода, 14-битовый программируемый таймер;

INTEL 8755 (КР573РФ10) – перепрограммируемое ПЗУ со стиранием информации ультрафиолетовым излучением емкостью 2К и два восьмиразрядных порта ввода — вывода.

Использование этих микросхем позволяло строить на основе микропроцессора INTEL 8085A очень компактные микро-ЭВМ.

Следующим очевидным шагом эволюции оказалось объединение микропроцессора, постоянной и оперативной памяти, портов ввода-вывода в одном кристалле. Так появились однокристальные микро-ЭВМ.

Особенности системы команд микро–ЭВМ

В целом, система команд микро–ЭВМ INTEL 8748 напоминает систему команд микропроцессора INTEL 8080А, имея, естественно, другие мнемоники и коды операций.

Команды могут иметь два формата – однобайтовый и двухбайтовый. Однобайтовые команды состоят только из кода операций. Двухбайтовые команды имеют дополнительный байт, который в зависимости от конкретного содержания команды может рассматриваться либо как байт данных (data), либо как восьмиразрядный адрес (adr 8). Ряд команд работает с 11-разрядным адресом (adr 11). Эти команды имеют по 8 модификаций кода операций, который и содержит информацию о трех старших разрядах адреса.

В командах пересылки и арифметико–логической обработки микро–ЭВМ не используется прямой метод адресации. Обратиться к ячейке ОЗУ или ПЗУ здесь можно только с помощью косвенной адресации. Регистрами косвенной адресации, хранящими адрес операнда в ОЗУ, могут быть регистры R0,R1 (R0’,R1’). Регистром косвенной адресации, хранящим адрес операнда в ПЗУ, может быть только аккумулятор А. При этом операнд может быть выбран только из текущей страницы ПЗУ либо из страницы 3. Непосредственный и косвенный методы адресации отмечаются во мнемониках команд микро–ЭВМ специальными указателями # и @ соответственно. Так, например, команда MOV R3,#data загружает байт данных data в регистр R3, а команда MOV A,@R1 загружает аккумулятор из ячейки ОЗУ, адрес которой содержится в регистре R1.

Большинство команд микро–ЭВМ не меняют значения признаков результата. Исключение составляют специальные команды установки или инверсии конкретных признаков, сдвига аккумулятора через признак С, арифметического сложения и десятичной коррекции аккумулятора, а так же команды:

MOV PSW,A – восстановить PSW из аккумулятора;

RET R – возврат из прерывания;

JTF – условный переход по переполнению счетчика/таймера.

Выполнение команд микро–ЭВМ организовано по машинным циклам. Длительность машинного цикла фиксирована и составляет пять машинных тактов. При тактовой частоте 2 МГц длительность машинного цикла равна 2,5 мксек. В первом машинном цикле М1 всегда считывается код операции из ПЗУ, после чего инкрементируется счетчик команд. Число машинных циклов большинства команд численно равно формату команды. Однако существует ряд однобитных команд, выполняющихся за 2 машинных цикла. Это:

1. все команды ввода/вывода;

2. команды возврата из подпрограммы RET и возврата из прерывания RETR;

3. все команды работающие с внешним ОЗУ;

4. все команды, использующие аккумулятор, как регистр косвенной адресации ячеек ПЗУ (@A).

В настоящее время персональные ЭВМ выпускаются миллионными тиражами с большим разнообразием архитектур. Однако наибольшее распространение получили компьютеры, построенные на базе микропроцессоров фирмы Intel либо микропроцессоров с аналогичной архитектурой, выпускаемых другими фирмами. Поэтому вопросы, связанные с организацией современных ЭВМ, будем рассматривать на примере именно этой архитектуры.

Микропроцессоры фирмы Intel в ходе своего развития к настоящему времени прошли ряд этапов, которые с определенным приближением можно характеризовать разрядностью микропроцессора. Первым в мире микропроцессором был выпущенный в 1971 году 4-разрядный микропроцессор Intel 4004. Следующим шагом стало появление ряда 8-разрядных микропроцессоров, наиболее характерным представителем которых стал нашедший чрезвычайно широкое применение Intel 8080, архитектурный аналог которого выпускался в нашей стране в составе микропроцессорного комплекта К580. Разработанный затем 16-разрядный микропроцессор Intel-8086 (отечественный аналог – микропроцессор К1810ВМ80) лег в основу первых персональных ЭВМ. Его архитектура, получившая обозначение x86, стала де факто стандартом на длительный период последующего развития этого направления вычислительной техники. Микропроцессор Intel 286 представлял собой некоторый переходный этап к архитектуре 32-разрядных микропроцессоров IA-32 (Intel Architеcture-32), которая с определенными модификациями развивается, начиная с выпущенного в 1985 году микропроцессора Intel 386. Появление в 2001 году микропроцессора Itanium ознаменовало начало периода 64-разрядных микропроцессоров.

Целью данного пособия является изучение базовых понятий архитектуры ЭВМ. Поэтому рассмотрим ее на примере компьютера, имеющего в своей основе микропроцессор с архитектурой x86. В тех вопросах, где это необходимо (аппаратные средства защиты информации, организация виртуальной памяти и т.д.), изложение материала будет базироваться на компьютерах, имеющих в своем составе микропроцессоры с архитектурой IA-32.