Архитектура ЦП

Блок микропроцессора является синонимом центрального процессора, центрального процессора, используемого в традиционном компьютере. Микропроцессор (MPU) действует как устройство или группа устройств, которые выполняют следующие задачи.

  • общаться с периферийными устройствами
  • обеспечить сигнал синхронизации
  • прямой поток данных
  • выполнять компьютерные задачи в соответствии с инструкциями в памяти

8085 Микропроцессор

Микропроцессор 8085 - это 8-разрядный микропроцессор общего назначения, способный адресовать 64 КБ памяти. Этот процессор имеет сорок контактов, требует одиночного источника питания +5 В и однофазной тактовой частоты 3 МГц.

Блок-схема

ALU

ALU выполняет вычислительную функцию микропроцессора. Он включает аккумулятор, временный регистр, арифметическую и логическую схему и пять флагов. Результат сохраняется в аккумуляторе и флагах.

Блок-схема

Аккумулятор

Это 8-битный регистр, который является частью ALU. Этот регистр используется для хранения 8-битных данных и выполнения арифметических и логических операций. Результат операции сохраняется в аккумуляторе.

Диаграмма

Флаги

Флаги программируемые. Их можно использовать для хранения и передачи данных из регистров с помощью инструкций. ALU включает пять триггеров, которые устанавливаются и сбрасываются в соответствии с состоянием данных в аккумуляторе и других регистрах.

  • S (Sign) flag- После выполнения арифметической операции, если бит D 7 результата равен 1, устанавливается флаг знака. Используется для числа со знаком. В данном байте, если D 7 равно 1, означает отрицательное число. Если он равен нулю, значит, это положительное число.

  • Z (Zero) flag - Флаг нуля устанавливается, если результат операции ALU равен 0.

  • AC (Auxiliary Carry) flag- В арифметических операциях, когда перенос генерируется цифрой D3 и передается на цифру D 4 , устанавливается флаг AC. Этот флаг используется только для внутренней операции BCD.

  • P (Parity) flag- После арифметической или логической операции, если результат имеет четное число единиц, флаг устанавливается. Если он имеет нечетное количество единиц, флаг сбрасывается.

  • C (Carry) flag - Если результатом арифметической операции является перенос, флаг переноса устанавливается, в противном случае он сбрасывается.

Раздел регистрации

По сути, это запоминающее устройство, которое передает данные из регистров с помощью инструкций.

  • Stack Pointer (SP)- Указатель стека также является 16-битным регистром, который используется как указатель памяти. Он указывает на ячейку памяти в памяти чтения / записи, известную как стек. В промежутках между выполнением программы данные иногда хранятся в стеке. Начало стека определяется загрузкой 16-битного адреса в указатель стека.

  • Program Counter (PC)- Этот 16-битный регистр выполняет четвертую операцию для упорядочивания выполнения инструкции. Этот регистр также является указателем памяти. Ячейки памяти имеют 16-битный адрес. Он используется для хранения адреса выполнения. Функция программного счетчика состоит в том, чтобы указывать на адрес памяти, из которого следует выбрать следующий байт.

  • Storage registers- Эти регистры хранят 8-битные данные во время выполнения программы. Эти регистры обозначаются как B, C, D, E, H, L. Их можно объединить в пару регистров BC, DE и HL для выполнения некоторых 16-битных операций.

Секция времени и контроля

Этот блок отвечает за синхронизацию работы микропроцессора в соответствии с тактовым импульсом и за генерацию управляющих сигналов, необходимых для бесперебойной связи между микропроцессором и периферийными устройствами. Сигналы полос RD и WR представляют собой синхронные импульсы, которые показывают, доступны ли данные на шине данных или нет. Блок управления отвечает за управление потоком данных между микропроцессором, памятью и периферийными устройствами.

Схема PIN

Все сигналы можно разделить на шесть групп.

SN Группа Описание
1 Address bus

Микропроцессор 8085 имеет 8 сигнальных линий, A 15 - A 8, которые являются однонаправленными и используются в качестве шины адреса высокого порядка.

2 Data bus

Сигнальные линии AD7 - AD0 являются двунаправленными и имеют двойное назначение. Они используются как шина адреса низкого порядка, а также как шина данных.

3 Control signal and Status signal

Управляющий сигнал

RD bar- Это сигнал управления считыванием (активный низкий уровень). Если он активен, память считывает данные.

WR bar- Это сигнал управления записью (активный низкий уровень). Он активен при записи в выбранную память.

Сигнал состояния

ALU (Address Latch Enable)- Когда ALU высокий. Микропроцессор 8085 использует адресную шину. Когда ALU низкий. Микропроцессор 8085 использует шину данных.

IO/M bar- Это сигнал состояния, используемый для различения операций ввода-вывода и операций с памятью. Когда он высокий, это указывает на операцию ввода-вывода, а когда он низкий, он указывает на операцию с памятью.

S1 and S0 - Эти сигналы состояния, аналогичные сигналам ввода-вывода и панели памяти, могут идентифицировать различные операции, но они редко используются в небольших системах.

4 Power supply and frequency signal

Vcc - Питание + 5в.

Vss - наземный ориентир.

X, X- К этим двум контактам подключен кристалл. Частота внутренне разделена двумя операционными системами на 3 МГц, кристалл должен иметь частоту 6 МГц.

CLK out - Этот сигнал можно использовать в качестве системных часов для других устройств.

5 Externally initiated signal

INTR (i/p) - Запрос на прерывание.

INTA bar (o/p) - Используется как прерывание подтверждения.

TRAP (i/p) - Это немаскируемое прерывание с наивысшим приоритетом.

HOLD (i/p) - Используется для хранения исполняемой программы.

HLDA (o/p) - Удерживайте подтверждение.

READY (i/p) - Этот сигнал используется для задержки цикла чтения или записи микропроцессора до тех пор, пока медленно реагирующее периферийное устройство не будет готово принять или отправить данные.

RESET IN bar - Когда сигнал на этом выводе становится низким, счетчик программ устанавливается на ноль, шина устанавливается в три режима, и MPU сбрасывается.

RESET OUT- Этот сигнал указывает на то, что MPU сбрасывается. Сигнал можно использовать для сброса других устройств.

RST 7.5, RST 6.5, RST 5.5 (Request interrupt)- Он используется для передачи управления программой в определенную ячейку памяти. Они имеют более высокий приоритет, чем прерывание INTR.

6 Serial I/O ports

Микропроцессор 8085 имеет два сигнала для реализации последовательной передачи входных данных и последовательных выходных данных.

Формат инструкции

Каждая инструкция представлена ​​в компьютере последовательностью битов. Инструкция разделена на группу битов, называемую полем. Способ выражения инструкции известен как формат инструкции. Обычно его представляют в виде прямоугольной коробки. Формат инструкции может быть следующих типов.

Изменяемые форматы инструкций

Это форматы инструкций, длина которых зависит от спецификаторов кода операции и адреса. Например, инструкция VAX варьируется от 1 до 53 байтов, а инструкция X86 - от 1 до 17 байтов.

Формат

Преимущество

Эти форматы имеют хорошую плотность кода.

Недостаток

Эти форматы команд очень сложно декодировать и конвейерно.

Фиксированные форматы инструкций

В этом типе формата команд все инструкции имеют одинаковый размер. Например, MIPS, Power PC, Alpha, ARM.

Формат

Преимущество

Их легко декодировать и конвейерно.

Недостаток

У них нет хорошей плотности кода.

Гибридные форматы инструкций

В этом типе форматов команд у нас есть несколько длин форматов, определяемых кодом операции. Например, IBM 360/70, MIPS 16, Thumb.

Формат

Преимущество

Этот компромисс между плотностью кода и инструкциями этого типа очень легко декодировать.

Режимы адресации

Режим адресации предоставляет различные способы доступа процессора к данным по адресу. Управляемые данные хранятся в ячейке памяти, каждая инструкция требовала определенных данных, с которыми она должна работать. Существуют различные методы указания адреса данных. Эти методы называются режимами адресации.

  • Direct addressing mode- В режиме прямой адресации адрес операнда указывается в инструкции, и данные доступны в той области памяти, которая указана в инструкции. Мы переместим эти данные в желаемое место.

  • Indirect addressing mode- В режиме косвенной адресации инструкция определяет регистр, содержащий адрес операнда. Доступ к внутренней и внешней RAM возможен через режим косвенной адресации.

  • Immediate addressing mode- В режиме немедленной адресации прямые данные задаются в операнде, который перемещает данные в аккумулятор. Это очень быстро.

  • Relative addressing mode- В режиме относительного адреса эффективный адрес определяется индексным режимом с использованием программного счетчика вместо регистра процессора общего назначения. Этот режим называется режимом относительной адресации.

  • Index addressing mode- В режиме индексного адреса эффективный адрес операнда генерируется путем добавления значения содержимого к содержимому регистра. Этот режим называется режимом индексного адреса.