Материал: Функциональная организация микро-ЭВМ К1816ВЕ48

Введение

Рабочие программы учебных дисциплин "Микропроцессорные системы", "Функциональная организация ЦВМ" и "Специализированные вычислительные системы и комплексы" для студентов направления "Информатика и вычислительная техника" предусматривают изучение архитектур разнообразных микроконтроллеров (МК), микропроцессоров (МП) и ЭВМ на их основе. При выполнении лабораторных заданий, контрольных работ, курсовых проектов и решении экзаменационных задач приходится использовать большой объем фактологического материала. Производительнось учебной деятельности при этом во многом зависит от доступности и понятности студентам справочных данных по форматам и системе команд, способам адресации и программированию на ассемблере. Составители настоящих методических указаний попытались сформировать справочные данные по различным архитектурам на основе единого стиля описания, что позволяет сократить время на вхождение в архитектуры различных МК, МП и ЭВМ. Во второй части рассматривается функциональная организация однокристальной микроЭВМ К1816ВЕ48 (далее называемой микроконтроллер или МК), которая является функциональным аналогом семейства MSC48 фирмы Intel. В семейство MSC-48 входит десять микроконтроллеров, которые отличаются друг от друга различной конфигурацией ЗУ программ и данных, размещаемых на кристалле. Его развитием является семейство MSC-51, которое содержит более обширное адресное пространство памяти программ и данных, обладает рядом других преимуществ и включает в себя 41 микроконтроллер. В России в составе серий К1816 и К1830 реализовано 6 микроконтроллеров семейства MSC-48 и 5 микроконтроллеров семейства MSC-51. Система команд всех микроконтролеров семейства MSC-48 одинакова и совместима снизу вверх с системой команд семейства MSC-51, поэтому изучение микроконтроллера К1816ВЕ48 позволяет изучить особенности построения промышленных микроконтроллеров.

Опыт преподавания вопросов организации ЭВМ и МП в различных дисциплинах показывает, что подавляющему большинству студентов для осмысления архитектуры требуется выполнение достаточно большого объема различного вида практических работ, основными из которых являются:

-ручное ассемблирование, дизассемблирование и анализ машинных программ;

-программирование на языках ассемблера;

- моделирование МК, МП и микропроцессорных устройст и систем. Содержание методических указаний ориентировано на выполнение этих видов работ.

1. Основные термины и язык описания архитектуры

1.1. Основные понятия

В различных справочниках, учебниках и инженерных изданиях используются разные определения основных понятий, применяемых для описания архитектуры МП, МК и ЭВМ. Приводимый ниже список определений понятий не претендует на какую-то большую точность, строгость или полноту. Правильнее воспринимать этот список как соглашение типа "в данной работе это трактуется так", поэтому читатель должен быть готов к тому, что в других изданиях он может встретить несколько иные толкования.

Функциональная организация МП, МК или ЭВМ - совокупность программно-доступных компонентов, способов адресации, форматов и наборов команд.

Программно-доступные компоненты - любые объекты, содержимое которых может быть использовано или модифицировано с помощью программы.

Машинная программа (machine code) - набор данных в памяти ЭВМ, определяющий выполнение программы процессором ЭВМ. Машинная команда (instruction) - минимальная единица машинной программы, представляющая собой совокупность данных, определяющих работу процессора при выполнении одной операции. Адрес команды - адрес первого байта машинной команды.

Счетчик команд (PC - Program Counter, instruction counter, instruction pointer) - регистр процессора, где формируется адрес команды; обычно по мере выборки из памяти частей команды значение счетчика увеличивается на количество прочитанных байтов.

Формат команды (instruction format) - совокупность полей (групп разрядов) машинной команды с указанием местоположения и смысла данных, представляемых каждым полем.

Код операции (КОП, OpCode) - поле команды, определяющее операцию, которая должна быть выполнена по данной команде. Операнд (operand) - данное, используемое при выполнении команды. Наиболее важными параметрами операнда являются длина (обычно в байтах) и местоположение (регистр процессора, ячейка памяти, порт ввода-вывода).