Микропроцессор или микрокомпьютер
является практически законченной системой управления. Он имеет сложную
архитектуру и представляет собой сверхбольшую интегральную схему, выполненную,
как правило, на одном полупроводниковом кристалле. Различные типы
микропроцессоров отличаются типом и размером памяти, набором команд, скоростью
обработки данных, количеством входных и выходных линий, разрядностью данных. В
самом общем виде структурная схема микропроцессора может иметь следующий вид
(рис. 3.1):
Рис. 3.1. Структурная схема микропроцессора
Центральный процессор (CPU) является
обязательным узлом любого микропроцессорного устройства, его ядром. В его состав
входит: арифметико-логическое устройство (АЛУ); регистр-аккумулятор; логические
устройства управления и синхронизации; внутренняя шина.
Арифметико-логическое устройство
выполняет арифметические или логические операции над данными,
представленными в двоичном или двоично-десятичном коде. Результат выполнения
операции сохраняется в так называемом регистре-аккумуляторе. Регистр-аккумулятор
представляет собой ячейки оперативной памяти, но, в отличие от ОЗУ, обмен
информацией производится более короткими командами, т.е. регистр-аккумулятор
является наиболее быстродействующим устройством памяти микропроцессора.
Устройство управления и
синхронизации применяется для управления другими узлами микропроцессора,
обеспечивая выполнение необходимых задач в соответствии с программой, хранимой в
ПЗУ. Узел синхронизации обеспечивает синхронную работу всех узлов с помощью
импульсов синхронизации и других управляющих сигналов. В состав устройства
управления и синхронизации входит тактовый генератор и формирователь
тактовых импульсов. Для генерации импульсов синхронизации используется кварцевый
генератор, имеющий внешний кварцевый резонатор. Частота тактового генератора
определяет быстродействие микропроцессора.
Связь между различными элементами
микропроцессора осуществляется с помощью внутренней шины. Шина — это
группа проводников, используемых в качестве линии связи для передачи цифровой
информации. В микропроцессоре имеется три основных вида шин: это шина данных,
адресная шина и шина управления.
Шина данных обеспечивает
передачу данных между узлами процессора. Адресная шина используется для
передачи адреса ячейки памяти с целью получить данные из постоянного
запоминающего устройства или оперативного запоминающего устройства. Шина
управления используется для передачи управляющих сигналов от микропроцессора
к другим элементам системы.
Постоянное запоминающее устройство
(ПЗУ) используется для хранения постоянной информации, которая вводится в
него на этапе производства микропроцессора и не может быть изменена. Это значит,
что записанные на заводе-изготовителе данные сохраняются неизменными при
выключении питания микропроцессора. ПЗУ расположено на кристалле микропроцессора
и состоит из большого количества ячеек. Каждая ячейка памяти имеет свой
порядковый номер, называемый адресом. В этих ячейках хранятся коды команд — это
и есть управляющая программа, исполняемая микропроцессором во время его работы.
Информация вводится в ПЗУ на этапе изготовления микропроцессора, а
процедура введения этой информации называется масочным программированием.
Оперативное запоминающее
устройство (ОЗУ) используется для временного хранения промежуточных данных.
Микропроцессор в процессе работы может изменять эти данные. При выключении
питания информация, хранимая временно в ОЗУ, не сохраняется.
Устройство ввода/вывода (интерфейс
ввода/вывода) обеспечивает связь с периферийными устройствами —
микросхемами, клавиатурой и др. Подключение к внешним устройствам производится
через специальные устройства, называемые портами. Они выполнены в виде
набора двунаправленных линий. На структурной схеме показан параллельный
8-разрядный порт (выводы 0...7), который можно конфигурировать различным
образом. Последовательный порт можно реализовать, используя две линии
параллельного порта — одну для передачи, другую для приема необходимых данных.
Количество портов может быть любое и зависит от выполняемых микропроцессором
задач.
Микропроцессор или микрокомпьютер
является практически законченной системой управления. Он имеет сложную
архитектуру и представляет собой сверхбольшую интегральную схему, выполненную,
как правило, на одном полупроводниковом кристалле. Различные типы
микропроцессоров отличаются типом и размером памяти, набором команд, скоростью
обработки данных, количеством входных и выходных линий, разрядностью данных. В
самом общем виде структурная схема микропроцессора может иметь следующий вид
(рис. 3.1):