Структурна схема мікропроцесора
В цю схему (рис. 12.4, а) входять арифметико-логічний пристрій АЛП, пристрій керування ПК і реєстровий запам'ятовуючий пристрій РЗП. Ці три основні частини мікропроцесора з'єднані трьома лініями зв'язку – шинами даних ШД, адрес ША і керування ШК.
Арифметико-логічний пристрій призначений для виконання арифметичних і логічних операцій над даними у виді двоїчних чисел. Дані, з якими виконуються ці операції, називаються операндами. Звичайно в операції беруть участь два операнди, один із яких знаходиться в спеціальному регістрі – акумуляторі А, а інший – в регістрах РЗП або пам'яті мікропроцесора. Іноді АЛП називають операційною частиною мікропроцесора.
Рисунок 12.4 – Схема (а) і структура команди (б) мікропроцесора
Реєстровий запам'ятовуючий пристрій містить кілька регістрів загального призначення (РЗП), а також регістрів спеціального призначення, зокрема лічильник команд ЛК. Іноді РЗП називають внутрішньою пам'яттю мікропроцесора.
Керуючий пристрій призначений для вироблення сигналів керування, які забезпечують роботу блоків мікропроцесора. До складу ПК входить регістр команд РК, у якому фіксується команда, яка виконується в даний момент.
Як уже відзначалося, робота мікропроцесора забезпечується програмою, яка записана в його пам'яті.
Програма
Послідовність команд, які забезпечують реалізацію заданого алгоритму обробки інформації, утворює програму. Відзначимо важливу особливість роботи мікропроцесора, яка полягає в тому, що команди програми виконуються в покроковому режимі суворо в записаній послідовності.
Кожна команда програми містить інформацію про те, що потрібно робити, з якими операндами і за якою адресою помістити результат операції. Для цього команда має структуру, наведену на рис. 12.4, б. Перша частина команди містить код операції КОП, тобто інформацію про характер виконання операції над операндами (наприклад, додавання, логічне порівняння тощо). Друга частина команди – адресна – містить адреси розташування операндів, з якими виконується ця операція, і адреса регістра або комірки пам'яті, куди повинен бути поміщений результат.
Команди, адреси та операнди мікропроцесора записуються двоїчними багаторозрядними числами, які представляються, як і в усіх цифрових пристроях, комбінацією двох рівнів напруг – високого та низького. Перші мікропроцесори оперували з чотирирозрядними числами, а сучасні – з восьми- і шістнадцятирозрядними числами. Використання в мікропроцесорі багаторозрядних двоїчних чисел дозволяє підвищити їхню швидкодію та точність роботи.
Програма (сукупність команд) мікропроцесора може бути записана декількома способами. Перший з них передбачає запис команд безпосередньо у виді двоїчних чисел, тобто у виді так називаного машинного коду, «зрозумілого» для цього мікропроцесора.
Такий спосіб складання програм у більшості випадків є малозручним і вимагає великих витрат часу, особливо при створенні великих програм.
Більш зручним є використання мов програмування. Мови низького рівня типу Ассемблер, як засіб спілкування з мікропроцесором, містять у собі кілька десятків типових команд, представлених в умовних мнемокодах. Наприклад, мова цього типу для вітчизняного восьмирозрядного мікропроцесора типу К 580 містить у собі близько 80 типових команд – арифметичних, логічних, пересилання даних, передачі керування та багато інших. Відзначимо, що та чи інша мова використовується тільки на етапі програмування, а оперує мікропроцесор при своїй роботі як і раніше з двоїчними числами.
Ще більші можливості та зручності користувачу мікропроцесорів схемами керування представляють мови програмування високого рівня ФОРТРАН ПАСКАЛЬ, БЕЙСИК, СИ та їх різновиди (діалекти). Складені на цих мовах програми далі транслюються (переводяться) за допомогою спеціальних програм, які одержали назву крос-програм, у систему машинних кодів, «зрозумілих» для мікропроцесора.
Представлений на рис. 12.4, а мікропроцесор не може бути безпосередньо використаний для керування ЕП (або будь-яким іншим об'єктом). Для виконання функції керування схема мікропроцесора повинна бути доповнена цілою низкою блоків, до числа яких відносяться пристрої пам'яті, узгодження з іншими блоками ЕП, вводу-виводу, генератора тактових імпульсів.