Архітектура мікропроцесорів

ПЕРМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ УНИВЕРСИТЕТ.

кафедра інформатики, і ВТ.

ІМІТАТОР РОБОТИ ПРОЦЕССОРА.

(курсова работа).

Роботу виконав студент 131 групи математичного факультета.

Крилов З. Д.

Науковий керівник кандидат техн. наук, доцент Половина І. П.

ПЕРМ 1999.

ЗМІСТ 1.

Запровадження. 2.

Мікропроцесор в якості основи ЕОМ. 3.

Внутрішня структура мікропроцесора. 3.

Система команд мікропроцесора 4.

Способи адресації даних 5.

Керівництво користувача. 7.

Опис програми 7.

Написання програми 10.

Виконання програми 12.

Приклади програм 13.

Укладання. 15.

Література. 16.

У своїй курсової роботі спробував викласти загальну схему роботи процесора і проілюструвати її з допомогою программы-имитатора.

У першій частині курсової роботи мною викладено основні теоретичні інформацію про логічному устрої мікропроцесора, його призначення і принципах роботи. Причому не орієнтувався на конкретний тип процессора.

В другій частині я розглядаю керівництво користувача зі своєю программе-имитатору. Ця програма написана серед Delphi. При написанні даної програми я орієнтувався на процесор типу PDP, як найбільш гідного з вивчення і найчастіше аналізованого в підручниках информатики.

Мікропроцесор в якості основи ЭВМ.

Внутрішня структура микропроцессора.

Будь-яка ЕОМ варта обробки інформації причому, зазвичай, здійснює цю обробку опосередковано — представляючи інформацію як чисел. Робота з числами машина має спеціальну найважливішу частина — мікропроцесор. Це універсальне логічне пристрій, яке оперує з двоичными числами, здійснюючи найпростіші логічні і математичні операції, непросто абияк, а згідно з програмою, тобто. в заданої послідовності. Для зберігання цієї заданої послідовності служать запам’ятовуючі пристрої - ЗУ. ЗУ бувають постійними — ПЗУ, у яких інформація зберігається, не змінюючись як завгодно довго, і оперативними — ОЗУ, інформація у яких можна змінити будь-якої миті згідно з результатами її обробки. Процесор спілкується з ОЗУ і ПЗУ через так зване адресне простір, у якому кожна осередок пам’яті має власний адрес.

МП складається з набору регістрів пам’яті різного призначення, які належним чином пов’язані між собою і злочини обробляються відповідно до деякою системою правил. Регістр — цей прилад, призначене для збереження і обробки двоичного коду. До внутрішнім регістрам процесора відносять: лічильник адреси команд, покажчик стека, регістр станів, регістри загального назначения.

Наявність лічильника команд було покладено ще роботах фон Неймана. Роль лічильника полягає у збереженні адреси черговий команди програми розвитку й автоматичному обчисленні адреси наступній. Наявність програмного лічильника в ЕОМ реалізується основний цикл виконання послідовно розташованих команд программы.

Стік — це особливий спосіб організації пам’яті, під час використання якого досить зберігати адресу останньої заповненою осередки ОЗУ. Саме адресу останньої заповненою осередки ОЗУ і зберігається в покажчику стека. Стік використовується процесором в організацію механізму переривань, обробки звернення до підпрограмам, передачі параметрів тимчасової зберігання данных.

У регістрі станів зберігаються інформацію про поточних режимах роботи процесора. Сюди поміщається інформацію про результатах виконуваних команд, наприклад: дорівнює чи результат нулю, негативний він, не виникли у ході операції помилки тощо. Використання і аналіз у тому регістрі відбувається побитно, кожен біт регістру має самостійне значение.

Регістри загального призначення (РОН) служать для зберігання поточних оброблюваних даних чи його адреси в ОЗУ. В окремих процесорів регістри функціонально рівнозначні, за іншими призначення регістрів суворо обмовляється. Інформація вже з регістру може віддаватися в другой.

Система команд микропроцессора.

Попри бурхливу еволюцію обчислювальної техніки, основний набір команд досить слабко змінився. Система команд будь-який ЕОМ обов’язково містить такі групи команд обробки информации.

1. Команди передачі (перепис), копіюють інформацію вже з місця у другое.

2. Арифметичні операції, яких у основному відносять операції складання і вирахування. Множення і розподіл зазвичай реалізується з допомогою спеціальних программ.

3. Логічні операції, дозволяють комп’ютера виробляти аналіз одержуваної інформації. Найпростішими прикладами команд аналізованої групи можуть бути порівняння, і навіть відомі логічні операції, і, чи, не.

4. Зрушення двоичного коду вліво і вправо. У окремих випадках зрушення йдуть на реалізації множення і деления.

5. Команди введення та виведення інформації обмінюватись з зовнішніми пристроями. У деяких ЕОМ зовнішні устрою є спеціальними службовими адресами пам’яті, тому введення та виведення здійснюється з допомогою команд переписи.

6. Команди управління, реалізують нелинейные алгоритми. Сюди відносять умовний і безумовний переходи, і навіть команди звернення до подпрограмме (перехід із поверненням). Часто до цій групі відносять операції з управління процесором типу громовідвід чи ні операции.

Будь-яка команда ЕОМ зазвичай і двох частин — операційній і адресної. Операційна частина звана також кодом операції вказує, яке дію необхідні з туристичною інформацією. Операційна частина є в будь-який команди. Адресна частина описує, де використовувана інформація зберігається і куди помістити результат. У деяких командах управління роботою машини адресна частина може відсутні, наприклад, в команді останова.

Код операції можна уявити як певний умовний номер в загальному списку команд. Здебільшого цей перелік побудований у відповідність до певними внутрішніми закономерностями.

Адресна частина має значно більшою розмаїттям. Основу адресної частини становить операнд. Залежно кількості можливих операндов команди може бути однеі двухадресные. У двухадресных командах результат записується або у спеціальний регістр (акумулятор), або замість однієї з операндов.

Способи адресації данных.

Способи (чи методи) адресації ніщо інше, як способи свідчення про ті чи інші осередки пам’яті, із якими повинен маніпулювати оператор. Є багато різних методів адресації. Кількість їх залежить від типу процесора. Наявність великої кількості способів адресації забезпечує високу гнучкість у будівництві програм, тож є великим перевагою системи команд такого типу ЕОМ. Способи адресації практично однакові всім команд, де є операнды. У своїй курсової я докладно розглядаю лише три основних методи адресації, які застосовуються майже переважають у всіх процессорах.

Реєстрова адресація. У цьому способі операндом є одне із регістрів загального призначення. Кількість зберігається у регістрі. Записується як Rn, де n — номер регистра.

Непряма адресація. У цьому способі адресації у одному з регістрів загального призначення міститься саме число, з які мають працювати, яке адресу, тобто номер осередки пам’яті, у якому число перебуває. Записується як (Rn), де n — номер регистра.

Автоинкрементная адресація. Цей вид адресації трохи складніше двох попередніх. Крім основного дії (непрямого звернення до осередку пам’яті), під час використання цього, відбувається зміна адреси цього звернення. У разі збільшується покажчик адреси осередки пам’яті, якої ми звертаємося, тобто вміст регістру, службовця покажчиком адреси. Дане збільшення відбувається автоматично, без якийабо команди. Записується ця адресація як (Rn)+. Те, що знак + стоїть після імені регістру, натякає значно виконання команди: спочатку відбувається операція з осередком, яку вказує адресу поміщений у регістр Rn, і потім вже вміст регістру поповнюється 2 (якщо оператор працює щодо слова, то перехід до адресою наступного слова), чи 1 (якщо оператор працює із байтом, перехід до адресою наступного байта). Цей спосіб адресації застосовується до роботи з масивами і за використанні стека (наприклад, під час використання подпрограмм).

Є ще один особливий спосіб адресації, який окремо. Йдеться роботи з стеком. Стік — неявний спосіб адресації даних, у якому інформація записується і зчитується лише послідовним чином із використанням покажчика стека. Стік завжди має єдиний вхід і вихід інформації - для зберігання його адреси — й потрібен покажчик стека. При записи даних в стік процесор проробить следующее:

1) зменшить покажчик стека на 2 (ціла кількість посідає у пам’яті 2 байта);

2) запише дані про одержаному адресу.

При добуванні даних із стека процесор проробить сліду шее:

1) вважає дані з стека;

2) збільшить покажчик на 2.

У командах роботи з стеком адресу ОЗУ не фігурує вочевидь. Але у своїй мовчазно передбачається, що покажчик стека вже заданий. При завданні покажчика бути уважним. Якщо покажчик стека визначено неправильно, то запис в стік може зруйнувати корисну інформацію в ОЗУ.

Отже, ми розглянули способи адресації інформації, які існують майже переважають у всіх типах процесора і який я використовував у своєму имитаторе.

Керівництво пользователя.

Опис программы.

Викладену вище структуру мікропроцесора спробував реалізовувати своєї программе.

Основну частина програми становить Редактор. Він є місце, де вводиться програма, яку процесор. Кожна команда вводять у свою осередок, має адресу. Розмір адресного простору редактора становить 1Кб. Початкова осередок має адресу 1000, кінцева — 2024. Як операнда за однуі двухадресных командах виступає одне із регістрів загального призначення. Я виділив таку систему команд. 1. Одноадресные команды.

Представлені у наступному формі: Операція операнд ОП1.

Очистити ОП1- обнуляє значення операнда.

Збільшити на 1 ОП1 — збільшує значення операнда.

Зменшити на 1 ОП1 — зменшує значення операнда. 2. Двухадресные команды.

Представлені у наступному формі: Операція перший операнд ОП1 другий операнд ОП2.

Переслати ОП1 в ОП2 — пересилає значення першого операнда на другий операнд.

Додати ОП1 до ОП2- додає значення першого операнда до другого операнду, результат у другому операнде.

Відняти ОП1 з ОП2 — віднімає значення першого операнда з другого операнда, результат у другому операнде.

Порівняти ОП1 з ОП2 — порівнює різницю другого і першого операнда з нулем, значення операндов не змінюються, результат впливає стан регістру станів. 3. Безадресные команды.

Повернення з підпрограми — здійснює повернення з підпрограми в осередок, таку за командою що отримала цю підпрограму, використовується лише у подпрограммах.

Зачекайте — команда зупинки, ставиться обов’язково жити у кінці програми, після виконання ні які команди вони не виконуються. 4. Команди перехода.

Перехід на До слів — безумовний перехід — здійснює перехід на.

До слов.

Виклик підпрограми за адресою — перехід на адресу До з запам’ятовуванням адреси повернення для команди повернення з подпрограммы.

Якщо перехід на До слів — перехід на До слів, якщо результат.

0.

Якщо = перехід на До слів — перехід на До слів, якщо результат =0.

Якщо >= перехід на До слів — перехід на До слів, якщо результат.

>=0.

Якщо > перехід на До слів — перехід на До слів, якщо результат >0.

Якщо < перехід на До слів — перехід на До слів, якщо результат.