Transcript mikroprocesszorok.ppt

Mikroszámítógépek
• I 8085 processzor
I8085 részei
• Regiszter blokk
B-C
D-E
H-L
Stack Pointer
Program számláló, Inkrement-dekrement,
címlatch
I8085 részei
• Aritmetikai blokk
8 bites akkumulátor
8 bites ALU
Flag bitek
Decimális korrekciós hálózat
Átmeneti regiszter
I8085 részei
• Utasítás regiszter-dekóder és vezérlőmű
Utasítás regiszter
Utasítás dekóder
Időzítés és vezérlés
Órajel generátor
Időzítések, jelzések
CPU állapot, üzemmód vezérlés,
figyelés, vezérlő és időzítő jelek
Megszakítások
•
•
•
•
•
TRAP (NMI) Prioritás: 1
Cím: 24h
RST 5.5Prioritás: 2
Cím: 2Ch
RST6.5
Prioritás: 3
Cím: 34h
RST 7.5
Prioritás: 4
Cím: 3Ch
INTR
Prioritás: 5
Cím: kívülről
• Prioritás
• Maszkolás
Utasítás végrehajtás
• Utasítás végrehajtás: 1-5 gépi ciklus
– Gépi ciklusok fajtái:
•
•
•
•
•
•
•
FETCH
Memória olvasás
Memória írás
I/O olvasás
I/O írás
Megszakítás elfogadás INTerrupt Acknowledge
Sin művelet nélküli ciklus ( Bus idle) INA, HALT
Utasítás végrehajtás
• Gépi ciklus: több fázisból áll.
– Fázisok:
• Megegyezik a CLK órajel periódusidejével
– T1, T2, T3, T4, T5, T6
CPU állapotok
RUN:
– a CPU utasításokat hajt végre. Utasítás
végrehajtás, megszakítás elfogadás.
WAIT:
READY jelre vár a CPU. Tovább fut, ha
READY=1 lesz. A WAIT állapot létrejöttét
letiltani nem lehet.
• HALT:
– HLT utasítás hatására
– Megszakítás hatására fut tovább
– Halt állapotban HOLD kérelmet elfogad
HOLD:
CPU kimenetei nagy impedanciás állapotba
kerülnek. HOLD jel megszüntéig áll fenn.
(DMA)
HLDA: nyugtázó jel.
Gépi ciklus
Normál gépi ciklus
• Program végrehajtás, Memóriából vagy
I/O egységből olvasás, vagy Memóriába
vagy I/O egységbe írás történik. 1 Byte
adat mozgatása.
T1-T3 alatt adat mozgatás
T4-T6 alatt CPU- belüli műveletek
HALT típusú gépi ciklus
HLT utasítás hatására jön létre.
– Utasítás számlálót nem növeli
– T1 után nem jön T2, hanem HALT állapot
– Adat és cím busz, valamint az IO/M, RD,
WR vezérlő jelek nagy impedanciás
állapotba kerülnek
HALT megszüntetése:
HOLD kérelem, RESET, Külső megszakítás
HOLD állapot
• T3 fázis előtt mintavételezi a HOLD jelet.
– A CPU HOLD állapotba kerül és kiadja a
HLDA jelet
– AD0-AD7, A8-A15, RD, WR, IO/M nagy
impedanciás állapotba kerül.
– HOLD jel megszűnte után visszatérés normál
állapotba.
Megszakítás kezelés
• Az utasítás végrehajtás utolsó ciklusában
fogad el megszakítást.
– Megszakítás elfogadás után INterrupt
Acknowledge ( INA) ciklus jön létre.
– INTA által ütemezve CALL utasítás kódot,
majd két cím byte-ot vesz át a CPU a
megszakító egységtől.
– TRAP. RST5.5, RST6.5 és RST7.5 fix
címekkel rendelkezik.
– TRAP: nem tiltható le.
A processzor részei
Vezérlő egység: Control Unit:
A műveleti kód vagy megszakítások alapján a
CPU vezérlése a feladata
Aritmetikai-Logikai egység:
Aritmetikai és logikai műveletek végrehajtása
Regiszterek:
Utasítás számláló
Utasítás regiszter
A processzor részei
Regiszterek:
Utasítás számláló
Utasítás regiszter
Bázis cím regiszter
Index regiszter
Állapot/vezérlő regiszter
Stack pointer
Puffer regiszterek: Belső és külső busz
szétválasztása.
A processzor részei
Utasítás végrehajtás, vezérlő
egység
• Utasítás végrehajtás lépései:
•
•
•
•
Utasítás lehívás
Utasítás számláló tartalmának növelése
Műveleti kód értelmezése, dekódolás
Művelethez szükséges adatok előkészítése,
kiolvasása
• Művelet végrehajtás
• Eredmény elhelyezése ( akkumulátor, vagy
memória)
Utasítás végrehajtás blokkvázlata
Utasítás végrehajtás
Műveleti vezérlés módjai
Huzalozott
A művelet végrehajtáshoz szükséges elemi
tevékenységek sorrendjének vezérlését sorrendi,
és kombinációs hálózatok vezérlik. ( PLA)
Mikroprogramozott
A végrehajtás lépéseit a mikroprogram tárban
tárolt utasítások vezérlik
Mikroprogram tár
Mikroutasítások szerkezete
Huzalozott vezérlés
Mikroprogramozott vezérlés:
CISC processzorok műveleti
vezérlése
• CISC processzorok:
– Sok, bonyolult utasítás: mikroprogramozott
vezérléssel a legegyszerűbb megvalósítani.
– Adat mozgás művelet végrehajtás közben
főleg a memória és a regiszterek között zajlik.
CISC processzorok műveleti
vezérlése
RISC procwsszorok művelet
vezérlése
• RISC processzorok:
• Kevés számú, egyszerű utasítás
• Az utasítások közvetlenül végrehajthatók
• A lefordított program cache tárba kerül, a
végrehajtás innen történik, hasonlóan a
mikroprogramozott vezérléshez.
• Adatok mozgása főleg a regiszterek között történik
RISC gépek művelet vezérlése
Átlapolt utasítás végrehajtás
Elágazások kezelése: Pipeline törlése
Elágazások kezelése: késleltetett
elágazások
Tároló kezelés
• Tároló hierarchia:
– Regisztertár
5-10 ns
• Cache tár
– Főtár
50-100 ns
• Cache tár
– Háttértár
– Tömegtároló
1-10 ms
300-500 ms
Regisztertár
• Regiszterek típusai:
Felhasználó által elérhető
PC, IX, SP, FLAG, általános célú regiszterek
Felhasználó által nem elérhető:
Vezérlő/állapot, rendszer regiszterek
Regisztertárakkal szemben
támasztott követelmények
• Adatforgalom csökkentése a memória és a
processzor között
• Nagy méret ( 32, 64, 128.. Db.)
• 3 címes elérés ( 2 operandus + eredmény)
• Általános felhasználású legyen
Regisztertárak kezelési formái
• Regiszterbank
• Ablaktechnika
• Blokktechnika
Cache tárak jellemzői
• ON-CHIP ( 8-32 kB) vagy OFF CHIP 64-256 kB
( processzorban vagy kívül)
• Adatátvitel a cache és a memória között blokkos
• Utasítás, adat illetve vegyes cache tárolók
lehetnek
• Általában tartalom szerinti visszakereséssel
működnek ( asszociatív) cache tár
• Tartalom cseréjéhez hatékony stratégia kell
• CPU és cache sebessége legyen azonos
Cache-hit és cache-miss
Asszociatív cache
Közvetlen leképzésű cache
Csoport asszociatív cache
Memóriák
• Alapfogalmak
•
•
•
•
•
•
RAM
ROM
EPROM
EEPROM
OTP
FLASH
Alapfogalmak
• Szervezés
– Bit
– Byte
– Szó
– 1Mx1 bit
– 1Mx4 bit
– 1Mx8 bit
• Kapacitás
– Megcímezhető tároló elemek száma
– Hozzáférési idő
Memóriák
• Technológia szerint:
– Mágneses (ma csak háttértár)
– Félvezetős (ma op. Mem. Kizárólag félvezetős
• Bipoláris
• FET- CMOS
• BICMOS
• Tároló elem szerint
– Statikus: Félvezetős flip-flop .
• Dinamikus: szórt kapacitás a tárolóelem
ROM
Bővítés: szóhossz, címtartomány
Memória chip felépítése