С точки зрения программиста, система команд – это таблица, в которой указаны все необходимые сведения для составления программ.
В Приложении 1 приведена система команд МП КР580ВМ80, в Приложении 2 - система команд ОЭВМ К1816ВЕ51.
Например, для МП КР580ИК80А заголовки столбцов системы команд могут выглядеть так, так показано в табл. 2.6
Таблица 2.6
Пример таблицы системы команд
|
Мнемоника и операнды |
Код операции |
Кол-во байт |
Кол-во тактов |
Описание операции |
Признаки |
||||
|
C |
AC |
Z |
P |
S |
|||||
|
MOV А,В |
77 |
1 |
4/7 |
Аß(В) |
- |
- |
- |
- |
- |
В первом столбце указывается некоторое обозначение команды или группы команд в виде нескольких латинских букв (как правило, это сокращение английского наименования операции). Такое обозначение называется мнемоника. Ее легче запомнить, она обозначает сразу группу операций. После мнемоники через пробел приведены операнды (данные, с которыми оперирует команда). Для данной конкретной системы команд могут встречаться 3 варианта: команда без операндов (только одна мнемоника, когда по логике выполнения самой команды ясно, с какими операндами она работает), с одним операндом (когда работа происходит с одним байтом данных, в этом случае через пробел указывается этот операнд) и с двумя операндами ( например, при сложении двух чисел, в этом случае второй операнд обязательно отделяется от первого запятой).
Операндами в данном случае могут быть следующие 6 типов данных:
1. Обозначения регистров (обозначается в командах как R1 или R). Для данного вида МП это может быть: B, C, D, E, H, L, M, A.
2. Байт данных (обозначается как D8), как правило, второй байт команд с непосредственной адресацией.
3. Номер устройства УВВ, с которым будет обмениваться МП (обозначается, как N и представляет собой второй байт двухбайтовых команд ввода вывода).
4. Пара регистров (обозначается, как обобщенная пара YZ в командах, а непосредственно в командах может принимать значения: BC, DE, HL, SP, PSW (пара, состоящая из A и F)).
5. Двухбайтовые данные (обозначаемые как D16 и как правило хранящиеся во втором и третьем байтах трехбайтовых команд).
6. Двухбайтовый адрес перехода (обозначается, как ADR, и помещается во втором и третьем байтах трехбайтовых команд).
В системе команд как правило, все команды разделены на группы. Группы объединяют однотипные команды. Например, для МП КР580ИК80А существует 10 групп:
1. Однобайтные пересылки – группа команд, которые пересылают один байт за команду.
2. Двухбайтовые пересылки – пересылается сразу 2 байта.
3. Команды ввода-вывода.
4. Команды обмена байтами.
5. Арифметические и логические команды с одним операндом.
6. Арифметические и логические команды с двумя операндами.
7. Команды передачи управления.
8. Команды сдвига содержимого аккумулятора.
9. Команды вызова и возврата из подпрограмм.
10. Специальные команды.
2.7.Система команд ОЭВМ серии MCS-51
Система команд ОЭВМ содержит 111 базовых команд с форматом 1, 2 или 3 байта. Команды выполняются за один, два или четыре (умножение и деление) машинных цикла. При частоте тактового генератора 12 МГц, одно-цикловые команды выполняются за 1 мкс, двух цикловые – 2мкс и т.д. Из 111 типов команд 64 выполняются за 1 мкс (12 тактов), 45 команд - за 2 мкс (24 такта) и две команды за 4 мкс (48 тактов). Мнемоники и описание команд приведены в Приложении 2.
Примечание:
1) В отличие от мнемоник МП КР580ВМ80А, по виду команды можно сразу же определить, какая адресация используется: если в операнде присутствует символ "#" - то это непосредственная адресация, и число, стоящее за символом непосредственно загружается в регистр или ячейку памяти; если в операнде присутствует символ "@" - то это косвенная адресация, и регистр за этим символом содержит адрес, где находятся данные.
2) В отличие от мнемоник МП КР580ВМ80А, в трехбайтных командах, где вторым и третьим байтом могут быть или 16-разрядный адрес, или 16-разрядные данные, для ОЭВМ вторым байтом указывается старший байт адреса или данных, а третьим - младший.
Более подробно о программных и аппаратных особенностях микроконтроллеров семейства MCS-51 рассказано в электронной справочно-информационной системе, разработанной на кафедре "Персональная электроника" [13].
3. Запоминающие устройства и их основные характеристики
Запоминающие устройства МПС служат для хранения управляющих программ и данных, которые подлежат обработке. В настоящее время в МПС используются исключительно полупроводниковые запоминающие устройства. При этом требуется, чтобы при выключении питания информация, представляющая собой программу работы МПС (или часть программы), сохранялась. Для этого используются постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), которые при отключении питания достаточно долго сохраняют записанную в них информацию. Для хранения промежуточных результатов используются оперативные запоминающие устройства (ОЗУ). Они не сохраняют информацию при выключении питания, но в ОЗУ в процессе работы можно как записывать новую информацию, так и извлекать ее, в то время как из ПЗУ можно только извлекать информацию. Существуют еще так называемые энергонезависимые ОЗУ, в которых при отключении питания некоторое время информация сохраняется. Все запоминающие устройства выполнены в виде БИС с высокой степенью интеграции по различной технологии, что и определяет их эксплуатационные характеристики.
3.1. Оперативные запоминающие устройства
Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) могут классифицироваться по ряду признаков. На рис. 3.1 показана классификация такого рода систем памяти.
Рис. 3.1. Типы оперативных запоминающих устройств
Системы ОЗУ могут представлять собой небольшое число ячеек, встроенных в сам кристалл МП (это РОН или сверхоперативное ЗУ (СОЗУ)). Оно позволяет обеспечить наибольшее быстродействие при работе с этими ячейками. В любом случае - выполняется ли ОЗУ в виде отдельных БИС на плате МП или ОЭВМ, или реализовано на самом кристалле МП или ОЭВМ, объем ОЗУ ограничивается емкостью адресуемой МП памяти. Таким образом, в зависимости от назначения МПС может комплектоваться различными типами ОЗУ.
БИС ОЗУ могут иметь различную структуру. Под структурой понимается количество разрядов числа, которые могут одновременно записываться или считываться из БИС, а также ее информационная емкость. Так, если говорят, что структура БИС ОЗУ - 1024х1,то это означает, что БИС имеет один вход и один выход и может хранить 1024 бита информации. Такая структура называется одноразрядной. Подобные БИС были весьма распространены в начале развития МП техники. Однако есть и многоразрядные БИС, например, структуры 1024х4, что означает, что одновременно можно записать в БИС 4 разряда, а емкость БИС составляет 1024х4=4096 бит.
Принцип запоминания информации в ячейках памяти БИС также может быть различным. Существуют статические БИС ОЗУ. Элементом запоминания в них, который хранит информацию в таких ОЗУ, является триггер. Поэтому при включенном питании элемент памяти будет хранить информацию сколь угодно долго. Это позволяет упростить схемы управления записью-считыванием. Однако ячейки памяти такого вида занимают достаточно много места на кристалле, что не позволяет создавать БИС большой емкости. Кроме того, такие БИС потребляют сравнительно большую мощность.
- Другим принципом запоминания информации является динамический способ. Элементом памяти таких ОЗУ служит емкость, которая заряжается определенным образом при записи информации в данную ячейку. Однако со временем емкость разряжается, и информация из ячейки пропадает. Для исключения этого используют так называемую регенерацию ячеек памяти. Для этого не реже, например, одного раза в 2 мс на адресные входы БИС подается последовательность импульсов (т.е. происходит перебор адресов ячеек, но информация в них не записывается), емкости ячеек подзаряжаются и сохраняют свой заряд длительное время. Таким образом, требуется обеспечить этот перебор с помощью схем регенерации, что усложняет структуру модуля ОЗУ МПС. Однако размеры ячеек динамического ОЗУ существенно меньше размеров ячеек статического ОЗУ, и потребление мощности значительно ниже. Поэтому емкость БИС динамического ОЗУ гораздо больше, чем емкость БИС статического типа. Однако, недавно стали выпускать БИС, у которых схема регенерации помещена внутри самой БИС. Основными характеристиками ОЗУ любого типа являются:
- -емкость,
- -организация,
- время цикла записи или цикла выборки адреса,
- технология,
- потребляемая мощность.
На рис. 3.2 показана структура и функциональное обозначение простейшей БИС статического типа К565РУ2. На выводы А0...А9 подается комбинация нулей и единиц, которая соответствует адресу выбранной ячейки. Структура БИС соответствует 1024х1,т.е. после подачи адреса на единственном выходе появляется информация в виде одного бита. Если на входе CS (выбор микросхемы) будет высокий логический уровень, то выход БИС будет находиться в третьем состоянии (состоянии высокого выходного импеданса), БИС будет как бы отключена и не будет оказывать никакого влияния на остальные БИС модуля памяти. Если CS = 0, то после подачи адреса на адресные входы, на выходе DO спустя определенное время (называемое временем цикла Т) появится информация из данной ячейки ОЗУ. При необходимости записать новую информацию в определенную ячейку нужно после подачи комбинации адреса подать на вход БИС R/W низкий логический уровень. Тогда информация с вывода DI запишется в данную ячейку.
Рис. 3.2. Функциональное обозначение статической БИС ОЗУ
Основой схемы ОЗУ (см. рис. 3.3) является матрица запоминающих элементов размером 32х32. Дешифраторы столбцов и строк в соответствии с информацией на адресных входах выбирают определенную ячейку матрицы, и ее содержимое через формирователь ввода-вывода подается на выход. Или при наличии низкого логического уровня на выводе RD/WR информация со входа через формирователь поступает на ячейку. Схема управления осуществляет управление всеми составными частями БИС.
В табл. 3.1 приведены основные характеристики выпускаемых в настоящее время БИС ОЗУ.
Рис. 3.3. Структурная схема одноразрядного ОЗУ
Таблица 3.1
|
Наименование БИС |
Емкость и организация |
Тп , мкс |
Технология |
Pпотр, мВт/бит в реж. |
Принцип запоминания |
|
|
|
|
|
|
хранения |
Обращения |
|
|
К505РУ2 |
1024х1 |
1,2 |
р-МОП |
0,15 |
0,6 |
статич. |
|
К565РУ2 |
1024х1 |
0,8 |
п-МОП |
- |
0,35 |
статич. |
|
К541РУ2А |
1024х1 |
0,4 |
И2Л |
- |
0,26 |
статич. |
|
К507РУ1 |
1024х1 |
0,7 |
р-МОП |
- |
0,075 |
динамич. |
|
К565РУ1 |
4096х1 |
0,7 |
п-МОП |
0,008 |
0,175 |
динамич. |
|
К565РУ3 |
16384х1 |
0,4 |
п-МОП |
0,005 |
0.04 |
динамич. |
|
UMC61C64 |
8192x8 |
0,12-0,04 |
КМОП |
0,0001 |
0,008 |
Статич. |
|
UMC61C256 |
32768х8 |
0,12-0,04 |
КМОП |
0,0001 |
0,008 |
Статич. |
3.2. Постоянные запоминающие устройства
В настоящее время применяются следующие виды ПЗУ:
- масочные ПЗУ, программируемые на предприятии изготовителе,
- однократно программируемые пользователем на специальных установках,
- многократно перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ).
Первый вид ПЗУ является наиболее простым и дешевым. В условиях массового производства на последних стадиях изготовления на кристалл накладывается маска и затем осуществляется осаждение металла в областях, соединяющих ячейки памяти, в которых записана информация, с выходными шинами. Те ячейки, которые должны содержать 1, не соединяются с шинами. Изменяя конфигурацию маски, можно изменять программу, записанную в ПЗУ. Однако изменить ранее занесенную информацию уже не удастся. Сами ячейки памяти могут быть выполнены по различной технологии: это могут быть просто диоды, полевые транзисторы и т.п. Использование такого вида ПЗУ целесообразен в тех случаях, когда в нем записана программа, которая не будет изменяться в процессе работы или при расширении МПС. Например, ПЗУ знакогенераторов, ПЗУ основной управляющей программы, микропрограммы микропрограммируемого МП - вот основные области использования ПЗУ масочного типа.
В случае, когда пользователь в момент изготовления еще не отладил программу, которую необходимо записать в ПЗУ, используется тип ПЗУ, программируемый самим пользователем. Его отличие от первого типа ПЗУ состоит в наличии на БИС плавких перемычек. Они соединяют все ячейки ПЗУ с выходными шинами, так что первоначально все ячейки содержат нули. На специальных установках, подавая на соответствующие плавкие вставки достаточно большое напряжение, происходит испарение металла этих вставок. Таким образом, некоторые ячейки ПЗУ оказываются отсоединенными от выходных шин, что равносильно наличию единицы в соответствующей ячейках. Естественно, программа, записанная в такой тип ПЗУ, уже не может быть изменена; смена программы означает смена всей БИС. Такой тип ПЗУ целесообразно применять при мелкосерийном я единичном производстве МПС, когда пользователь сам разрабатывает программы.
Наиболее интересным семейством ПЗУ является ПЗУ с многократным перепрограммированием (ППЗУ). Для перепрограммирования используются различные физические эффекты твердого тела. Условно можно разделить БИС памяти на ППЗУ, перепрограммируемые электрическими импульсами (ЭСППЗУ) или в латинском обозначении EEPROM, и ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием ранее записанной информации. Отдельно особняком стоят так называемые FLASH БИС памяти.
Для первого типа ППЗУ стирание информации осуществляется подачей некоторого отрицательного или положительного потенциала на все ячейки памяти. Информация в ячейках сохраняется благодаря свойствам "плавающего" затвора полевого транзистора, который является основой ячейки.
Второй тип ППЗУ - ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием. Стирание информации осуществляется подачей ультрафиолетового излучения к поверхности кристалла через специальное кварцевое окно в корпусе БИС. Ультрафиолетовое излучение вызывает разряд емкости затвора полевого транзистора ячейки памяти. Поэтому в исходном состоянии все ячейки ППЗУ содержат единицы. Программирование осуществляется подачей программирующего импульса амплитудой около 12...25 В на затворы транзисторов ячеек, куда необходимо записать нули. Информация при отключенном питании сохраняется в течение более 10 тыс. часов. Этот тип ППЗУ наиболее удобен для разработки программ пользователем, так как неудачную программу можно легко стереть и записать новую.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
