Работа процессора носит циклический характер. Цикл работы процессора (машинный цикл) характеризуется наличием обращения ЦП к основной памяти для осуществления информационного обмена. В зависимости от сложности команды микропроцессору требуется один или несколько машинных циклов.

На рис. 2.6 представлена типовая структура микропроцессора с указанием наиболее важных элементов, входящих в его состав: программного счетчика (ПС),

Микро -процессор

Данные

Адреса

Команды

Блок обработки данных

Блок обработки команд

Рис. 2.6. Типовая структура микропроцессора

регистра команд (РК), арифметическо-логического устройства (АЛУ), устройства управления (УУ), регистра адреса (РА).

Рассмотрим подробнее функциональное назначение каждого из названных устройств.

Программный счетчик предназначен для хранения адреса ячейки памяти, из которой будет извлекаться очередная команда. Цикл выполнения команды начинается с того, что микропроцессор выдает содержимое счетчика команд на адресную шину. Таким образом происходит выбор из памяти первой команды. Далее, как Правило, значение (состояние) счетчика команд шаг за Шагом изменяется на единицу, что обеспечивает последовательную выборку команд из памяти. Однако в некоторых случаях содержимое программного счетчика может быть изменено самой программой. Так реализуется ко-

манда перехода. В этом случае адрес очередной команды загружается в счетчик команд непосредственно из регистра команд.

Регистр команд используется для хранения кодовой и адресной частей команды. В кодовой части содержится код операции, которую необходимо выполнить, в адресной - адрес ячейки памяти, содержащей операнд, с которым выполняется указанная операция.

Для осуществления выборки операнда из памяти необходимо, чтобы его адрес из адресной части регистра команд был передан на адресную шину микропроцессора. В случае выполнения команды перехода адрес, содержащийся в регистре команд, передается в счетчик команд. За счет этого происходит изменение порядка выполнения команд программы.

Код команды поступает сначала в дешифратор, затем в устройство управления, которое формирует сигналы управления работой всех устройств микропроцессора, принимающих участие в реализации команды.

Арифметическо-логическое устройство, являющееся ядром микропроцессора, состоит из двоичного сумматора, сдвигающего регистра, логических схем и ряда регистров для временного хранения операндов. Аппаратные компоненты АЛУ позволяют реализовать несколько простейших операций, таких, как сложение, вычитание, сдвиг влево, обнуление, увеличение на единицу, логические операции И, ИЛИ, НЕ, исключающее ИЛИ. Выполнение более сложных арифметических и логических операций достигается путем реализации в определенной последовательности серии элементарных операций.

На рис. 2.7 показана схема АЛУ, используемого в структурных схемах микропроцессоров и других вычислительных устройств. На входы АЛУ подаются данные

Сигнал . переноса

Вход данных

Вход данных

Рис. 2.7. Схема АЛУ

(два операнда). Результат выполнений операции выводится в соответствующие устройства. Кроме того, предусмотрена индикация состояния АЛУ, отражающая такие признаки, как наличие переноса, переполнение, знак результата и др. Эти признаки могут быть использованы для организации вычислительного процесса. Для реализации операций умножения, деления, а также обработки чисел повышенной разрядности в АЛУ предусматривается поступление признака переноса. Выполнение арифме-тическо-логическим устройством той или иной операции инициируется за счет подачи на управляющие входы АЛУ электрических сигналов, соответствующих коду операции.

Устройство управления выдает сигналы, необходимые для выполнения любой команды. Микрооперациями называются элементарные действия, которые способны выполнять устройства, входящие в состав микропроцессора. Таким образом, можно сказать, что каждая команда микропроцессора реализуется в виде строго определенной последовательности микроопераций. Например, команда, предписывающая выполнение сложения чисел, содержащихся в двух регистрах, с помещением полученного результата в третий регистр будет включать в себя следующие микрооперации: выдачу содержимого первого регистра на один из входов АЛУ; выдачу содержимого второго регистра на другой вход АЛУ; выполнение в АЛУ сложения данных, поступивших на его входы; выдачу результата из АЛУ в третий регистр. Эти действия выполняются соответствующими блоками микропроцессора под воздействием сигналов, поступающих от УУ по управляющим шинам.

В зависимости от принципа формирования управляющих сигналов различают два способа организации управления в микропроцессорах и соответственно два типа УУ.

Первый способ называется «жестким», или схемным. Он характеризуется тем, что для каждого кода команды схемы УУ вырабатывают серии управляющих сигналов, которые формируются схемами устройства управления. Внесение даже незначительных изменений в процесс выполнения той или иной команды требует перестройки всей схемы УУ. По этой причине микропроцессоры с «жестким» способом управления («жесткой» логикой) рассчитаны на фиксированную систему команд, не допускающую ни изменений, ни дополнений. Это лишает мик-