В номенклатуре изделий электронной промышленности, выпускаемых в настоящее время и предназначенных для построения цифровых систем сбора, хранения и обработки информации наряду с БИС полупроводниковой памяти, важнейшее место занимают микропроцессоры (МП).

Микропроцессор представляет собой автономное функционально законченное устройство, состоящее из одной или нескольких Программно-управляемых БИС, включающее все средства, необходимые для обработки информации и управления данными, и рассчитанное на. совместную работу с устройствами памяти н ввода-вывода информации. Создание МП привело к широкому внедрению универсальных вычислительных средств в те отрасли техники, где другие вычислительные средства, созданные ранее, не могли быть исиоль-вованы. По своей структурной и функциональной организации МП аналогичны процессорам, реализующим программную обработку информации. Главными же отличительными признаками МП являются выполнение всех их структурных единиц в виде БИС, небольшая длина операндов, относительно небольшая емкость памяти, хранение микропрограмм в постоянной памяти н пр.

Различают универсальные и специализированные МП. Последние оптимизированы по различным параметрам на конкрет-йыс применения. Специализированные МП целесообразны при больших сериях производства. Применяют МП совместно с микропроцессорными наборами (МН), которые представляют собой совокупности совмести.\1ых БИС, разработанных для построения различных микропроцессорных средств обработки информации. Обычно в МН входят МП; оперативное запоминающее устройство (ОЗУ); постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); полупостоянное запоминающее устройство (ППЗУ), допускающее смену записанной в нем информации в специальном нерабочем режиме; БИС микропрограммного управления; БИС ввода-вывода или интерфейса внешних устройств.

Структура МП должна удовлетворять трем основным требованиям: быть функционально гибкой, обеспечивать достаточно высокое быстродействие и допускать недорогую технологическую реализацию. Высокая функциональная гибкость МП, необходимая для создания эффективного программного обеспечения, достигается микропрограммным у.лравлением, за счет побайтовой обработки и адресации данных, развитой системы прерываний и большего числа внутренних регистров.

Различают однокристальные и многокристальные (модульные) МП. Структура однокристального МП показана на рис. 1.Г, а. Такой МП содержит арифметико-логическое устройство 4ЛУ, устройство управления У У, блок внутренних регистров БР и блок интерфейса БИ. АЛ У, дак правило, состоит из двоичного сумматора и нескольких регистров и аппаратным способом выполняет простейшие операции (сложение, вычитание, пересылку, основные логические Операции и сдвиг). Сложные операции выполняются по микропрограммам, Влок внутренних регистров БР образует внутреннюю

память МП и содержит специальные регистръпт регистры общего назначения РОН. Регистры £Р связаны с другими блоками МП общими шинами и во многом определяют вычислительные возможности МП. Все РОН доступны выполняемой программе и часто, кроме основных функций (хранение операндов), выполняют функции специальных регистров, например, регистров стека РСТ и индексных регистров ИР. Существует тенденция увеличения числа РОН, обус

6Р

РПД

РУС

г-------]

РАМ

ПЛМ

□с

т

I

т

ЭУМ

РУС

стк

АЛУ

PDH1

АЛУ

1т

т

и

нее ЗУМ

II - И

д

г

5РС\\6РУ\--

ж

АЛУ

ловленная тем, что увеличение объема внутренней памяти позволяет новысить производительность МП за счет сокращения числа обращений к ОЗУ. Специальные регистры выполняют функции счетчика команд СК и регистров команд РК. результата РР АЛУ, указателя стека РУС, прямого доступа в память РПД и состояния PC. Последний фиксирует информацию о результатах выполнеиня последней обработанной команды: например, нулевой результат, положительный или отрицателйный знак, переполнение или запрос иа прерывание. Эта информация используется для реализации условных переходов по программе. Стек выполняется на внутренних регистрах или на некоторой выделенной области ОЗУ. В последнем случав обращение и адресация к стеку проводится через РУС. Стек на регистрах более быстродействующий, но из-за малого числа регистров в МП он имеет небольшую емкость. В РУС хранится адрес 1-й свободной ячейки в стеке. Прн записи олова в стек значение адреса в РУС увеличивается на единицу, а при чтении уменьшается на единицу. Кроме этого, в МП имеется возможность прочитать без разрушения содержимое любой ячейки стека без изменения слова в РУС.

Устройство управления вырабатывает серии внутренних управляющих сигналов ВУС: Sj, Sj, с помощью дешифратора кода операции ДСК. Блок интерфейса обеспечивает сопряжение между МП, ЗУ и периферийными устройствами (ПУ) (внешний интерфейс), а также между частями МП (внутренний интерфейс). Внутренняя шина данных МП представляет собой многопроводную магистраль, связывающую все узлы внутри МП. Обычно разрядность внутренней шииы данных совпадает с разридностью внешней^шииы данных ШД, по которой передаются операнды и команды, и определяет разрядность слов, с которыми оперирует МП. Из-за ограниченного числа внешних выводов (особенно у однокристальных МП) шина данных часто работает через специальную буферную схему мультиплексора в режиме двунаправленной передачи. При этом противоположные направления обмена данными между МП и другими устройствами разделены во времени.

Многокристальный МП (рис. 1. , б) выполняют, как правило, на основе БИС двух типов: управляющей (БИСУ) и операционной (БИСО). Операционные БИС содержат АЛУ и РОН с разрядностью в 2 или 4 бита и снабжены схемами и выводами, позволяющими объединить их в операционную часть МП произвольной разрядности. Управляющая БИС содержит общие для МП регистры и ЗУ микропрограмм ЗУМ, из которого считываются параллельно на все БИСО сигналы микрокоманд МК. Наличие нескольких БИС является недостатком многокристальных МП, но наращиваемая разрядность и меньшая степень интеграции отдельных БИС позволяют повысить точность и скорость обработки информации и применять технологию, обеспечивающую более высокое быстродействие БИС. Кроме того, набор микрокоманд можно изменять путем замены только одной БИСУ или содержимого ЗУМ (при использовании ППЗУ). Однако менее жесткие требования к количеству внешних выводов позволяют использовать независимые шину адреса U1A, шину управления ШУ и ШД, что также повышает быстродействие МП, позволяет исключить мультиплексор и упростить структуру МП.

Наиболее типичная система команд МП содержит набор из 70-100 команд (трех-, двух-, одно- и безадресных). Однако ограничения иа число выводов и сложность УУ не позволяют в полной мере использовать преимущества трех- и двухадресных команд.