Глава 9. АРХИТЕКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА

С точки зрения пользователя (разработчика автоматических систем) при выборе МП для решения конкретной задачи целесообразно располагать некоторыми обобщенными или комплексными характеристиками возможностей МП. т. е. воспринимать его как нечто цельное, имеющее вполне определенные потребительские качества (свойства и характеристики). В конечном итоге разработчик нуждается в уяснении и понимании лишь тех компонентов МП и МПС, которые явно отражаются в программах и (или) должны быть учтены при разработке и выполнении программ: число и имена программнодоступных регистров; разрядность машинного слова; система команд; доступный размер и адреса ОЗУ; быстродействие МП; схему обработки прерываний; способы адресации ОЗУ и внешних устройств. Совокупность таких сведений представляет определенную модель МП (МПС) с точки зрения пользователя (разработчика МПАС).

Указанные выше характеристики и свойства определяются понятием архитектуры МП (МПС, МЭВМ).

Архитектура МП — это его логическая организация, рассматриваемая с точки зрения пользователя; она определяет возможности МП по аппаратной, программной и микропрограммной реализации функций, необходимых для построения МПС и МПАС.

Понятие архитектуры МП отражает: его структуру, т. е. совокупность компонентов, составляющих МП, и связей между ними; для пользователя достаточно органичиться регистровой моделью МП; способы представления и форматы данных; способы обращения ко всем доступным для пользователя (программно-доступным) элементам структуры (адресация к регистрам, ячейкам оперативной и постоянной памяти, внешним устройствам); набор операций, выполняемых МП, т. е. система команд МП; характеристики управляющих слов и сигналов, вырабатываемых микропроцессором и поступающих в МП извне;

реакцию на внешние сигналы (схема обработки прерываний и т. д.) и другие характеристики,

Ниже будут рассмотрены некоторые элементы архитектуры.

9.1. СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ МП

Обрабатываемая информация может быть как числовой, так и нечисловой. Однако в обоих случаях в МП она представляется одинаково — в виде двоичных чисел.

Группа двоичных цифр, обрабатываемых одновременно, называется машинным словом, а число двоичных цифр, составляющих слово, называется длиной слова. Слово является базовой логической единицей информации в МП.

Наименьшая единица информации — двоичный разряд, она имеет специальное название — бит. В силу особой распространенности слово длиной 8 бит имеет специальное название — байт.

Одна из интерпретаций двоичного числа заключается в обозначаемой этим числом величине. Другая состоит в том, что это двоичное число представляет собой некоторый код или команду для выполнения определенными узлами и блоками МПС различных элементарных операций. Таким образом, обрабатываемая информация делится на два вида: данные и команды. И те и другие могут состоять из одного или нескольких слов. Типичная длина слов 4, 8, 12, 16 двоичных разрядов.

Числовые данные (например, для 8-разрядных слов) могут быть интерпретированы следующим образом:

как двоичное число со знаком, имеющее значение от — 127 до + 127; причем отрицательные числа представляются в дополнительном коде; в старшем разряде помещается знак числа;

как двоичное число без знака, имеющее значение от 0 до 255; как две 4-разрядные группы — тетрады, каждая из которых кодирует десятичную цифру; такое двоично-десятичное представление позволяет закодировать числа от 0 до 99.

Команды интерпретируются следующим образом. По числу ячеек памяти, необходимых для размещения одной команды, различают команды длиной в одно, два и три слова. Команды длиной в 2 и 3 слова требуют для выборки соответственно два или три цикла обращения к памяти.

При обозначении команды в ней выделяются специальные поля, которые определяют тип команды, ее длину и подлежащую выполнению операцию.

Поле — это группа разрядов, имеющая определенное смысловое значение и совместно обрабатываемая.

Например, команды, связанные с обработкой данных, имеют следующий формат:

где КОП — код операции; P1, Р2 — номера регистров. Команда имеет 4 поля.

Команда, связанная с обращением к памяти, имеет 5 полей: