Структурная схема 8-разрядного микропроцессора

Структурную схему 8-разрядного МП рассмотрим на примере структурной схемы микропроцессора КР580ВМ80А (аналога МП i8080). Это простейший процессор, с изучения архитектуры и структурной организации которого начинается изучение микропроцессорной техники /12,13/. Структурная схема МП приведена на рис. 3.1.

МП имеет раздельные 16-разрядную шину адреса (AB) и 8-разрядную шину данных (DB). Шина адреса обеспечивает прямую адресацию внешней (оперативной) памяти объемом 64 Кбайта, 256 устройств ввода и 256 устройств вывода информации.

Функциональное назначение внешних выводов МП следующее:

АО-А15 – 16-разрядная шина адреса, обеспечивающая обращение к любой 8 разрядной ячейке памяти или внешнему устройству (ВУ);

DO–D7 – двунаправленная 8-разрядная шина данных, используемая для обмена информацией с запоминающим устройством (ЗУ) или ВУ;

SYNC – вывод для сигнала синхронизации начала каждого машинного цикла;

RD – вывод для строба ввода данных (чтение из ВУ или ЗУ);

WAIT– вывод для сигнала ожидания готовности;

– вывод для строба вывода данных (запись в ВУ или ЗУ);

HOLD– вывод для сигнала запроса доступа к шине, используется при обмене информацией по каналу прямого доступа к памяти;

HLDA – вывод для сигнала подтверждения доступа к шине, появляющегося на данном выводе в ответ на запрос доступа к шине;

READY– вывод для сигнала готовности ВУ к обмену информацией с МП БИС;

INT– вывод для сигнала запроса векторного прерывания, поступает от ВУ для перехода от основной программы к подпрограмме обслуживания прерывания;

INTE­­ - вывод для сигнала разрешения прерывания;

RESET – вывод для сигнала начальной установки МП. При этом обнуляется программный счетчик, а также внутренние триггеры разрешения прерывания и подтверждения доступа к шине;

F1 и F2 – выводы для подачи тактовых сигналов.

Для хранения данных, использующихся в операциях, применяются 7 регистров общего назначения (РОН), составляющих сверхоперативное запоминающее устройство. Это, в первую очередь, аккумулятор (А), предназначенный для обмена информацией с ВУ. При выполнении арифметических, логических операций и операций сдвига он является источником операнда, в него же помещается результат выполнения операции. Шесть остальных регистров B, C, D, E, H, L составляют блок РОН. Регистры могут образовывать также регистровые пары (BC, DE, HL).

Указатель стека SP содержит адрес вершины стековой области памяти или адрес последней команды, записанной в эту область. SP адресует к ячейке памяти, в которую записана команда, выполняемая первой после возвращения из подпрограммы.

Программный счетчик команд PC используется для хранения адреса текущей команды. После выборки из ОЗУ текущей команды содержимое программного счетчика PC увеличивается на 1, формируя адрес следующей команды.

При обращении к блоку памяти адрес может формироваться в регистровой паре HL. Регистр адреса RA служит для хранения и передачи адреса в буферный регистр BF A, а затем на внешнюю шину адреса.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – основное операционное устройство МП. Оно выполняет 4 арифметические операции (сложение с передачей единицы переноса в младший разряд старшего байта и без ее учета, вычитание с передачей единицы заема из младшего разряда старшего байта в младший байт и без нее) и 4 логические операции («И», «ИЛИ», «исключающие ИЛИ», «сравнение»). АЛУ используется также для организации 4 видов циклического сдвига.

Отдельные биты регистра F характеризуют результат последней выполненной МП арифметической или логической операции:

Z– признак нулевого результата операции;

S– признак знака результата операции;

P– признак четности единиц в байте результата операции;

C– признак переносов в старший байт результата из младшего при сложении или заеме при вычитании;

AC– признак вспомогательного переноса.

В приведенной на рис.3.1 структурной схеме показаны основные блоки классического микропроцессора, взаимодействие которых отражает базовые принципы работы микропроцессоров. Конечно, современные 32-разрядные процессоры значительно сложнее, но основные принципы работы не претерпели существенных изменений.

Надо заметить, что простые 8-разрядные микропроцессоры не вытеснены с рынка микропроцессорной вычислительной техники, а находят широкое применение как микроконтроллеры для реализации несложных встраиваемых систем автоматизации и управления. Это различные регуляторы, системы контроля, системы автоматизированного электропривода и т.п.