Podstawowe składniki funkcjonalne procesora i ich rola. Technika mikroprocesorowa I Prowadzący : mgr inż. Paweł Kwasnowski

Budowa typowego mikroprocesora

W strukturze dowolnego mikroprocesora można wyróżnić trzy główne podgrupy podzespołów : Podzespoły sterujące wykonywaniem rozkazów, Podzespoły odpowiadające za wykonywanie działań arytmetycznych i logicznych, Rejestry.

Sterowanie wykonywaniem rozkazu Za sterowanie wykonywaniem rozkazów odpowiedzialne są w mikroprocesorze : Rejestr rozkazów IR ( Instruction Register ), Dekoder rozkazów, Jednostka sterująca CU ( Control Unit ),

Sterowanie wykonywaniem rozkazu Zadaniem rejestru rozkazów jest przechowywanie kodu rozkazu przez cały czas jego realizacji przez mikroprocesor. Kod rozkazu jest przekształcany przez dekoder rozkazów na ciąg elementarnych operacji ( mikrorozkazy ) realizowanych przez jednostkę sterującą. Jednostka CU może wysyłać sygnały sterujące do elementów wewnętrznych procesora oraz na zewnątrz ( jako wyjściowe sygnały sterujące ).

Sterowanie wykonywaniem rozkazu CU może również odbierać sygnały z zewnątrz ( wejściowe sygnały sterujące ), które mogą wpływać na wykonywanie programu przez procesor ( np. odebranie sygnału przerwania INT powoduje zawieszenie wykonywania programu głównego i skok do miejsca, zawierającego początek programu obsługi przerwania ).

Operacje arytmetyczne i logiczne. Operacje arytmetyczne wykonywane są w procesorze na liczbach binarnych. Wykonywane jest dodawanie, odejmowanie, a we współczesnych procesorach również mnożenie i dzielenie. Jednym z argumentów działań jest z reguły zawartość rejestru A ( akumulatora ), drugi jest pobierany rejestru procesora lub pamięci i umieszczany w rejestrze pomocniczym. Akumulator jest podstawowym źródłem danych wysyłanych na zewnątrz procesora jak i odbiornikiem danych z zewnątrz.

Operacje arytmetyczne i logiczne Wykonywane operacje logiczne to suma OR, iloczyn AND, suma modulo 2 XOR, negacja, negacja wszystkich bitów argumentu, przesunięcie w lewo i prawo. Charakterystyczne wyniki operacji w ALU są zapamiętywane w rejestrze F ( flag ) jako tzw. bity znaczników. Słowo rejestru F zwane jest słowem stanu procesora PSW ( Processor Status Word ).

Operacje arytmetyczne i logiczne. Wykorzystywane są takie bity znaczników jak C ( Carry - przeniesienie ), AC ( Auxiliary Carry - przeniesienie połówkowe ), Z ( zero ), S ( Sign – znak ), P ( Parity – parzystość ), OV ( Overflow – przepełnienie ). Bity znaczników wykorzystuje się w trakcie realizacji rozkazów warunkowych. Rozkazy takie są wykonywane, jeśli warunek określony w rozkazie jest zgodny ze stanem znacznika.

Rejestry Pierwsza grupa rejestrów to rejestry wyspecjalizowane, które mają ściśle określone przeznaczenie i zadania, które spełniają. Rejestrami tymi są licznik rozkazów PC ( Program Counter ) i wskaźnik stosu SP ( Stack Pointer ). Druga grupa to rejestry ogólnego przeznaczenia R1, R2, …, Rn. Spełniają funkcję wewnętrznej pamięci danych. Mogą również przechowywać adresy danych – pełnią wtedy rolę wskaźników danych DC ( Data Counter ).