Особенности архитектуры микропроцессоров

В этом параграфе излагаются вопросы организации блоков регистров и арифметического устройства МП.

Регистры микропроцессоров

Регистры микропроцессоров отличаются от регистров больших ЭВМ следующими характеристиками:

1) ограниченным размером кристалла. Однокристальный микропроцессор может иметь только ограниченное число узкоформатных регистров и шин:

2) использованием ПЗУ для хранения программ. Микропроцессоры в результате этого не могут хранить адреса или данные в программной памяти;

3) ограниченной емкостью ОЗУ;

4) узким форматом слов. Адрес памяти может занимать несколько слов данных;

5) механизмом обработки прерываний. Регистры должны быть приспособлены к быстрому распознаванию и обслуживанию прерываний;

6) структурами специального назначения. Многие микропроцессоры имеют регистры, предназначенные для специальных применений, таких как калькуляция, управление терминалом или процессом.

Очевидно, что каждый из перечисленных факторов предъявляет различные требования к МП по числу и типам регистров.

Предельный размер кристалла МП и необходимость быстро запомнить содержимое регистров при обработке прерываний ограничивают число регистров. Короткий формат слова означает, что для простой адресации регистров их число должно быть невелико. Вместе с тем использование ПЗУ для хранения программ и ограниченная емкость ОЗУ создают необходимость иметь на кристалле МП память для вре менного хранения данных и адресов. Сложности адресации внешней памяти при коротком формате команды также делают желательным большой объем регистровой памяти в микропроцессоре.

Ниже приводятся типичные особенности архитектуры микропро цессоров.

1. Большинство микропроцессоров имеет несколько регистров общего назначения. Микропроцессор Fairchild F8 имеет 64, Intel 8080 и Signetics 2650—6, Intel 4040 — 24. Некоторые процессоры, включая Motorola 6800, совсем не имеют регистров общего назначения. Однако Motorola 6800 обеспечивает очень быстрый доступ в определенные ячейки памяти (по нулевой странице).

2. Почти все микропроцессоры имеют по одному аккумулятору. Однако у МП Motorola 6800 их два, а у National РАСЕ четыре, один из которых выполняет функции аккумулятора только для ограниченного набора команд.

3. Почти все микропроцессоры имеют стековую память для сохранения адресов возврата при работе с подпрограммами.

Некоторые МП, такие как Intel 4040 и Signetics 2650, имеют на кристалле стек ограниченной емкости (обычно 4—10 уровней вложений). Другие, включая Intel 8080 и Motorola 6800, организуют стеки во внешней оперативной памяти, а на кристалле имеют только указатель стека, что позволяет сделать стек такой длины, какая требуется. Только некоторые микропроцессоры, такие как Scientific Micro Systems Interpreter, не имеют стека.

4. Большинство микропроцессоров имеет особенности в организации регистров для обработки прерываний. Особенность может заключаться в использовании различных способов сохранения и восстановления содержимого регистров в процессе прерываний. Такая особенность имеется в МП Intel 4040 и Signetics 2650. Микропроцессоры, которые имеют всего несколько регистров (например, Motorola 6800), могут реагировать на прерывания без существенных временных затрат. Узкий формат слова микропроцессоров затрудняет операции о адресами. Специальная организация регистров позволяет преодолевать эти трудности.

5. Переменная длина регистров. Часто некоторые регистры, особенно счетчики команд, регистры адреса, указатели стеков и индексные регистры, бывают длиннее обычного формата слова процессора. Специальные команды позволяют манипулировать с содержимым этих длинных регистров.

6. Некоторые регистры адреса программно доступны. Эта особенность позволяет программе помещать в эти регистры начальные адреса блоков данных, а затем простыми средствами использовать их в последовательностях команд. Микропроцессоры Zilog-80, Intel 4040, Intel 8080, RCA CDR 1802 и Fairchild-8 используют этот метод для операций с адресами.

7. Использование спаренных регистров. Многие МП имеют регистры, которые могут адресоваться либо в одиночку, либо в парах. Тогда в программе можно использовать эти регистры либо по одному для представления десятичных цифр или символов, либо в паре для адресов или данных удвоенного формата. Эту особенность имеют МП Intel 4040, Intel 8080 и RCA CDR 1802.

8. Длинные индексные регистры. Некоторые микропроцессоры, в том числе и Motorola 6800, имеют индексный регистр, который используется для адресации памяти. Индексный регистр имеет достаточную разрядность для того, чтобы охватить все адресное пространство; команды с индексной адресацией выполняют короткие смещения от этого адреса. Это использование индексного регистра отличается от обычного тем, что в МП реализуются короткие смещения.

Арифметическое устройство микропроцессора

Почти все микропроцессоры имеют простые арифметические устройства Только некоторые (например, Data, General micro-Nova and Texas Instruments 9900) имеют аппаратно реализуемые операции умножения и деления. Некоторые процессоры, такие как Intel 4040 и Texas Instruments TMS 1000NC, не имеют логических операций. Некоторые процессоры, включая Intersil 6100 и Scientific Micro Systems Interpreter, даже не выполняют непосредственно операцию вычитания; они должны сначала представить вычитаемое в дополнительном коде, а затем произвести сложение. Таким образом, арифметические и логические возможности большинства микропроцессоров сильно ограничены по сравнению с большими ЭВМ.

Большинство МП имеет арифметическое устройство с простой шинной структурой. Обычно один операнд выбирается из аккумулятора, а другой — из регистра временного хранения; результат операции засылается в аккумулятор.

Многие МП имеют специальные блоки ПЗУ или специализированные схемы для решения некоторых типовых задач [десятичное (BCD) сложение — наиболее распространенная задача]; другие также имеют десятичное (BCD) вычитание, ввод с клавиатуры, управление дисплеем и т. д.

 



Юридическая регистрация ООО помощь в регистрации и юридических.