вычислений, называемую запоминающим устройством (ЗУ). Для управления процессом выполнения вычислений в состав вычислительного средства наряду с АЛУ и ЗУ, должно входить устройство управления (УУ). Для хранения команд необходимы свои ЯП, которые составляют ЗУ команд. Согласованность в работе указанных функциональных узлов обеспечивается генератором тактовых импульсов (ГТИ), следующих с определенной частотой повторения.

ПИ

Устройства

ЗУ ноианд \

ЗУ

ЯП,

2S

27

1

22

.АЛ 135 jlS Ц7 № )jfWQ

щ япз т± щ яп£ яя7 щ

10

31

8

ууууууу

Jf ул Ухул Д Я А

АЛУ

Аг

Запись - СтшШпт шел

Запись

EJ

Рис. 5.2. Устройство, реализующее алгоритм (5.2) программным способом

Рис. 5.3. Ключи на МДП- и биполярном транзисторах

Таблица 5.1

Каждая команда записывается кодом, состоящим например из кода операции КОп, адресов чисел, над которыми выполняется операция, AjA2 и адреса Аз, по которому надо отправить результат в ЗУ чисел.

Код операции определяется условным номером, которым обозначена та или иная операция, например: сложение - 01, умножение - 02, вывод результата - 03 и т. д. Номер ЯП называется адресом числа, которое записано или будет записано в ЯП. Чтобы записать все переменные, участвующие в процессе вычислений по (5.2), необходимо ЗУ из восьми ЯП. Если принять следующее распределение чисел по ячейкам памяти: А->ЯП], В->ЯП2, С->ЯПз, Х->ЯП4, М->ЯП5, 7->ЯПб, К->ЯП7, У->Я8, то программа реализации алгоритма (5.2) может быть представлена табл. 5.1,

Вычислительное устройство работает в следующем порядке. Предварительно в ЗУ команд заносится программа вычислений, а в ЗУ чисел - числа, над которыми должны быть выполнены определенные программой операции. С началом работы вычислительного средства из ЗУ команд по сигналу УУ выбирается первая команда, дешифруется в УУ и превращается в систему сигналов, управляющих состоянием контактов (см. табл. 5.1). Арифметико-логическое устройство выполняет над выбранными из ЗУ числами операцию, предписываемую сигналами УУ. Результат на выходе АЛУ записывается в ЗУ чисел по адресу, указанному в команде.

По окончании выполнения одной команды из ЗУ выбирается следующая по новому адресу, который формируется счетчиком прибавлением единицы к предыдущему адресу. Такой способ формирования адреса очередной команды, при котором команды выбираются из ЗУ в порядке номеров ЯП, где они хранятся, называется естественным.

При управлении работой вычислительного устройства УУ учитывает результат выполненных вычислений по каждой команде. Учет ведется по признакам результата: нулевой, единичный, переполнение и т. д. Признаки, представляемые 0 или 1, записываются в триггеры регистра признаков и передаются в УУ.

Итак, программный способ реализации алгоритмов имеет по сравнению с аппаратным два основных преимущества, во-первых, с усложнением алгоритма объем оборудования увеличивается незначительно, главным образом за счет ЯП, во-вторых, путем изменения программы можно на одном оборудовании решать различные задачи.

Именно эти положительные свойства программного способа реализации алгоритмов предопределили появление микропроцессоров и сопутствующих им микросхем как элементной базы вычислительных и управляющих средств четвертого поколения.

Микротиессор

УУ

Регцсто адреса

Счетчик команд

НО а Адрес

Регистр команды

ЗУ команд

ГТН

т

Рис. 5.4. Структура микропроцессора

Рассмотренное программно-управляемое вычислительное средство по своей структуре и выполняемым функциям аналогично ЭВМ. Та его часть, которая осуществляет процесс вычислений и управляет им, называется процессором.

Процессор, реализованный средствами интегральной технологии в одной или нескольких БИС, получил название микропроцессора (МП). Структура МП в общем случае (рис. 5.4) включает три основных функциональных- узла: АЛУ, УУ и блок регистров: регистры общего назначения (РОН), регистры адреса и команды,, регистры для кратковременного хранения чисел, участвующих в операции, а также для хранения результата вычислений. Числа и команды представляются двоичным кодом, поэтому все показаные на рис. 5.4 соединения являются многопроводными (многоразрядными) шинами.

В зависимости от назначения различают шины адресные (ША), шины чисел (ШЧ) и шины управления

(ШУ).

Микропроцессор, выполненный на одном кристалле, т. е. в виде одной БИС, называют однокристальным. Если входящие в струк-ТУРУ МП функциональные узлы выполнены в виде БИС, то такой микропроцессор, иногда называемый многокристальным, собирается на печатной плате из нескольких микросхем. В состав вычислительного средства МП входят наряду с микроэлектронными ЗУ для хранения чисел и программ. В качестве ЗУ для программ нередко используют постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), особенно удобные в тех случаях, когда вычислительное средство работает по одной программе, выполняя, например, функции устройства управления каким-нибудь объектом. Для хранения чисел используют оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) (см. § 5.4 - 5.6).

Наряду с МП, ПЗУ и ОЗУ, в состав вычислительного средства входит набор микросхем вспомогательного назначения, обеспечивающих сопряжение МП с ПЗУ и ОЗУ, а также с внешними устройствами - телетайпами, внешней долговременной памятью на магнитных накопителях, дисплеями и другими устройствами самого

различного назначения, принципа действия и режима работы.

Необходимость совместного применения МП с другими функциональными узлами в виде БИС для создания вычислительных средств обусловливает целесообразность изготовления МП в комплекте с этими БИС, чтобы была обеспечена их совместимость по электрическим конструктивно-технологическим и эксплуатационным параметрам. В состав такого комплекта входят БИС МП, ПЗУ, ОЗУ, а также различные функциональные узлы сопряжения. Такие комплекты микросхем получили название микропроцессорных комплектов БИС.

Шярд-JSM

U

Рис. 5.5. Структура микро-ЭВМ

Структура вычислительного средства, построенного с использованием МП комплекта БИС и содержащего МП, полупроводниковую память и БИС ввода/вывода для связи с периферийными устройствами, приведена на рис. 5.5. По принципу действия, структуре и выполняемым функциям такое вычислительное средство представляет собой -ЭВМ, реализованную на микросхемах и поэтому получившую название микро-ЭВМ.

5.2. ПОНЯТИЕ ОБ УРОВНЯХ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ И ПРЕДСТАВЛЕНИИ ДАННЫХ В МИКРОПРОЦЕССОРЕ

Различают два уровня программного управления: командный и микропрограммный. В зависимости от реализации того или другого уровня программного управления МП делят на два класса. Кратко рассмотрим основные особенности каждого из них.

Микропроцессоры с управлением на уровне команд требуют, чтобы программа была составлена с использованием строго определенного набора (списка) команд. Эта особенность МП обусловлена принципом «жесткой логики» для реализации УУ. В соответствии с этим принципом логические связи в УУ закреплены таким образом, что каждому поступившему на вход коду команды соответствует своя система управляющих сигналов. Изменение и наращивание списка команд не допускается. Поэтому при необходимости выполнить операции, для которых нет соответствующих команд в списке, требуется подпрограммы. Каждая подпрограмма составляется из группы разрешенных для данного МП команд.

Решение задач с использованием подпрограмм значительно снижает скорость обработки и, следовательно, эффективность применения МП. Поэтому стремятся к тому, чтобы микропроцессоры с управлением на командном уровне имели гибкую и развитую систему команд. Примером МП рассмотренного класса может

служить К580ИК80.