1. Mikroprocesor, mikrokomputer mikrokontroler - struktura sprzętowa, oprogramowanie, przeznaczenie
Mikroprocesor
– procesor wykonany w postaci układu scalonego o bardzo dużym stopniu integracji. jednostka centralna uniwersalnego komputera,Przeznaczony do szybkiego przetwarzania operacji arytmetyczno-logicznych,przystosowany do wyk.ciagu operacji.W jego budowie wyrozniamy:Arytmometr(ALU)-jednostka arytm-logiczna;Zespół rejestrów(rozkazu i robocze);układ sterowania-ktory kontroluje przeplyw danych miedzy ALU a sys.rejstrow.
– DZIALANIE procesora jest cykliczne(cykl rozkazowe uProc.):a)pobranie i dekodowanie rozkazu b)odczyt pamieci c)zapis do pamieci
ALU-przetwarza dane przechowywane w pamieci.Uklad sterujacy, steruje zespolem rejestrow i ALU(tj.ukladem operacyjnym), ktorego zadaniem jest nadzorowanie kolejności pobierania, wykonywania i interpretacji rozkazów oraz ich wykonywania w układzie ALU,rozpoznajac typ i ustalajac kolejnosc wykonywanych rozkazow.
Rozkazy(do systemu sterowania) i dane (do systemu rejestrow)zapisywane sa w tech.0-1.Liczba bitów w słowie jest równa liczbie linii jego magistrali danych,a slowo-to wektor informacji cyfrowej.Długość słowa procesora określa jego moc obliczeniowa.
Podstawowymi parametrami procesora są: długość słowa , szybkość działania , maksymalna pojemność jaką można dołączyć do mikroprocesora, lista rozkazów , tryby adresowania pamięci.
Mikrokomputer-shcemat ideowy
jest układem samodzielnym (Mikroprocesor) , lecz współpracujacy z pamięciami-ROM-programu;RAM-danych(przechoywanie wynikow koncowych i czastkowych) i układami wejścia –wyjścia,oraz sespol magistral lacacych wszystkie elem.ukomputera;
Oprogramowanie-Modyfikowalne w szerokim zakresie,Nie obowiązuje zasada pracy w czasie rzeczywistym.
Zastosowanie-Zadania obliczeniowe, laboratoryjne,w przemysłowych układach automatyki, urządzeniach powszechnego użytku,Charakteryzują się wysoką niezawodnością, małymi wymiarami systemu i niskimi kosztami projektowania i realizacji. W układach gdzie potrzebna jest duża pamięć operacyjna zalety te tracą swoje znaczenie.
Mikrokontroler- mikroprocesor z wbudowaną pamięcią typu RAM i ROM,wyposażane w układy wejścia-wyjścia służące komunikacji z otoczeniem (Przetworniki A/C C/A, porty); Struktura jak w mikrokomputerze
Oprogramowanie: budowane zwykle raz, dedykowane ściśle przeznaczeniu mikrokontrolera. Obowiązuje tryb pracy w czasie rzeczywistym (Real - Time Mode) à rozbudowany układ przerwań.Charakteryzuje je różnorodna budowa, przystosowana do sterowania różnych typów grup obiektów technicznych.
MIKROKONTROLER rozni sie od MIKROPROCESORA tym ze posiada interfejs pomocniczy(np. Pobranie informacji z obiektu-zmierzenie wielkosci za pmoca przetwornika A/C) i interfejs sterujacy(czyl np. Przetworniki A/C i A/C itp.)
Droga przesylu sygnalu :
2. Struktura sprzętowa typowego mikroprocesora (charakterystyka podstawowych układów)
Podstawowe układy mikroprocesora wchodzą w skład trzech zespołów funkcjonalnych:
· Jednostki arytmetyczno – logicznej ALU,
· Układu sterowania CU wraz z rejestrami rozkazów REG i dekoderów rozkazów ID,
· Zespół rejestrów jednostki centralnej ( m.in. akumulator ACC , rejestr stanu SR, rejestr danych DR, rejestr adresów AR, wskaźnik stosu SP, rejestry pomocnicze R0-R7)
Zespoły są połączone ze sobą wewnętrzną szyną (magistralą) danych.Przykłady standardów szyn: ISA, PCI, SCSI, PCMCIA. Komunikacja z układami współpracującymi (pamięć, układ I/O) odbywa się przez:
Magistralę adresową, przez którą mikroprocesor wysyła adres pamięci lub urządzenia I/O
Magistralą danych, po której są przesyłane informacje (kody rozkazów i liczby) między jednostką centralną a układami otoczenia,
Magistralę sterującą, po której przez mikroprocesor są przesyłane sygnały określające rodzaje operacji, jaką ma wykonać układ współpracujący (np. odczyt lub zapis pamięci).
Mikroprocesor zawiera rejestry niedostępne programowo dla użytkownika które są wykorzystywane tylko przez układ sterowania. Dla użytkownika ważne są rejestry Akumulator, Rejestry uniwersalne, Rejestry specjalne(licznik rozkazów, stos, rejestr stanu i adresów.
Uniwersalny, wykorzystywany jako pamięć podręczna do przechowywania wyników częściowych obliczeń
Akumulator (jak uniwersalny) zawiera jeden z argumentów operacji, oraz wynik operacji arytmetyczno logicznych wykonywanych przez mikroprocesor,
Licznik rozkazów po każdym pobraniu kodu rozkazów zawartość licznika zwiększa się o 1 Długość licznika wyznacza maksymalną pojemnosc pamieci.
Stos, przechowuje zawartosc licznika rozkazow-doraźne przechowywowanie informacji. Informacja odłożona na stos jest pobierana jako pierwsza, Charakteryzuje się szybkim dostępem LIFO-last infin.first out przejscie do kilkunastu bajtow)
Wskaźnik stosu to stos umieszczony w pamięci RAM.
Rejestr stanu to zespół przerzutników przechowywujących wskaźnik stanu.
.
Podzaial rejestrow na grupy:
-16 bitowe(globalne)
-8 -16bitowe(globalne)(hi i Lo-mniej znaczace)
-4 zestawy(banki)rejestrow 8 i 16 bitowych
3. Struktura sprzętowa typowego mikrokontrolera (charakterystyka podstawowych układów).
Jednoukładowy (single chip microcomputer), posiadający CPU, urządzenia I/O, RAM, ROM, magistrale Adresową Danych, Sterującą, zdolny do samodzielnej pracy
MIKROKONTROLER charakteryzuje się:
- wysoką niezawodnością działania
- małymi wymiarami systemu
- niskimi kosztami projektowania i realizacji systemów użytkowych.
4. Podstawowe rodzaje układów pamięci
PAMIECI POLPRZEWODNIKOWE dziela sie na:
RAM ( zapisywalne ) statyczna i dynamicznapmiec RAM (SRAM-o krotkim czasie dostepu i DRAM-tansze,ale obslug.proprzez jedn centralna-skomplikowana) jest to pamięć o dostępie swobodnym . Przechowywanie danych pomiarowych, programów, częściowych wyników obliczeń. Mikroprocesor może zapisywać i odczytywać z niej informacje. Zapisana a niej informacja znika po odłączeniu zasilania. Niemożliwe jest w układach mikroprocesorowych stosowanie tylko takich pamięci, ponieważ każdy zanik napięcia powodowałby wymazanie programu.
Elementarna komórka pamięci RAM stanowi dwu stabilny przerzutnik
prosty zbudowany z dwóch tranzystorów MOS.
Zapisywanie informacji 0 lub 1 polega na wprowadzeniu przerzutnika w odpowiedni stan przez podanie sygnału o niskim potencjale na jedną linie zapisu.
ROM, jest to pamięć stała, nie traci informacji po wyłączeniu zasilania, niezmazywalna programowo pamięć , ustalanie zawartości pamięci , jest integralnym składnikiem procesu produkcyjnego.
- pamięć PROM, programowalne jednokrotnie Raz zapisany program niemożliwy jest do usunięcia
- pamięć EPROM, programowalna wielokrotnie, za pomocą specjalnego programatora – kasowanie UV
- pamięć EEPROM.-OTP, programowalna wielokrotnie – kasowanie elektryczne bit by bit
- pamięć EEPROM-FLASH., programowalna wielokrotnie – kasowanie elektryczne 1 impuls
Podstawowe parametry:
- pojemność –liczba bitów informacji jaką można wpisać,
- organizacja –sposób rozłożenia bitów w słowie.
- czas dostępu –charakteryzuje szybkość działania pamięci.
- 5. Mapa pamięci oraz rodzaje struktur mapy pamięci (architektura von Neumana i Harwardzka)
- graficzne przedstawienie rozmieszczenia poszczegolnych pamieci w przestrzeni adresowej,usytuowaie rejestrow uniwersalnych;adresow obslugi przerwan;jesterow uk we/wy
- a)Von Neumana
W architekturze Von Neumanna jest wolna realizacja trybu rozkazowego ponieważ istnieje wspólna szyna dla pamięci programudanych.
Przykladowa struktura mapy pamicimikrokontrolera z jednobitowa przestrzenia adresow
B) W architekturze Harwardzkiej szybkość jest znacznie większa ponieważ komunikacja z pamięcią programu i pamięcią danych następuje poprzez dwie osobne Magistrale.
Pamięć w architekturze harwardzkiej dizlei się na:
zewnętrzna pamięć danych (Dane, Układy zewnętrzne I/O, obszar niewykorzystany o…ooH-F…FFH), ewnętrznej pamięci danych (rejestry, dane, stos 0H - YH, pamięć danych adresowany pośrednio, rejestr specjalny SFR adresowany bezpośrednio Y+1H - ZH), pamięć programu (wewnętrzna i zewnętrzna pamięć programu0H-XH, zewnętrzna pamięć programu H+1H – FH).
6. Podstawowe tryby adresowania pamięci (sposoby ich wykorzystania w
programowaniu mikroprocesorów)
-adresowanie rejestrowe:bezposrednie( MOV A,00H) i posrednie(MOV A,@R0)
Tryby adresowania -sposob wskazywania na argumenty w trakcie wykonywnia instrukcji;określają miejsce gdzie umieszczony jest adres argumentu lub sposób w jaki jest on obliczany:
Implikowane -sklada sie tylko z kodu rozkazu(ograniczonymala iloscia rejestrow)(wewnetrzne)-dotyczny 1-bajtowych instrucji, dla ktorych operant jak i miejsce wyniku znajduje sie w stosie(wylacznie do wewnetrzych rejestrow-glownie do akumulatora)
bezpośrednie –w kodzie rozkazu zawarty jest rejest w ktorym przechowywany jest argument
pośrednie –kod rozkazu zawiera okreslenie rejestru lub rejestrow, w ktorych znajduje sie adres komorki
natychmiastowe=proste –operant jest podany w jasnej postaci w kodzie instrukcji.Trzeba znac wartosc argumentu-wylacznie dla wartosci stalych.
indeksowe -adres argumentu otrzymuje się przez dodanie adresu bezpośredniego, umieszczonego za rozkazem, do zawartości rejestru procesora np. RI. Zastosowanie przy adresowaniu tablic umieszczonych w pamięci
bazowe –nazwa używana dla innego sposobu użycia adr. indeksowego (przesunięcie w rejestrze indeksowym umieszczone zostaje za rozkazem).
7. Mapa pamięci oraz tryby adresowania mikrokontrolera SAB 80535,
- graficzne przedstawienie rozmieszczenia poszczegolnych pamieci w przestrzeni adresowej,usytuowanie rejestrow uniwersalnych;adresow obslugi przerwan;jesterow uk we/wy
---- posrednio
!!!! bezposrednio
W mikrokontrolerze SAB80C535 można wyróżnić obszary pamięci:
– wewnętrzna pamięć ROM o pojemności 8/16 kB stała nie zmazywalna, ustalanie jej zawartości, jest integralnym składnikiem procesu produkcyjnego
– wewnętrzna pamięć danych RAM (górna i dolna) o pojemności łącznej 256B. jest to pamięć o dostępie swobodnym
– rejestry specjalne SFR (80H…FFH)
– zewnętrzna pamięć danych RAM (0000H…FFFFH)--64KB
– obszar pamięci CODE(najczesciej ROM -tylko do odczytu)
Pamięć programu może być zapisana jedynie gdy pokrywa się z obszarem zewnętrznej pamięci danych RAM. Przy czym obszar 03H do 93H w pamięci programu jest używany do programowania obsługi przerwań.
Tryby adresowania:
Adresowanie przez nazwę rejestrów dotyczy: Akumulatora A; Rejestrów roboczych R0..R7; Wskaźnika danych DPTR
Adresowanie bezpośrednie obszary pamięci: RAM o adresach 0H...7FH; SFR o adresach 80H...FFH; MOV A,#20
Adresowanie pośrednie zawartością rejestru cały obszaru pamięci użytkowej RAM (adresy 0H...FFH, przy czym adres zawarty jest w rejestrach R0 lub R1 z aktywnego banku rejestrów. MOV @R0,A
Adresowanie bitowe (bezpośrednie bitów) RAM o adresie 20H...2FH; części rejestrów specjalnych SFR
Adresowanie pośrednio – pamiec zewnetrzna RAM zawartością rejestru adresowego DPTR (MOV DPTR, #0110H lub MOV DPH,#01H i MOV DPL,#10#),. Istnieje też możliwość adresowania indeksowego.
8. Sposoby przedstawiania liczb ujemnych w mikroprocesorze.
Do reprezentacji liczb calkowitych stosowane sa kody stalopozycyjne:A)zapis znak-modol i B)zpis U2
AdA) Zapis znak-modol tworzy sie tak przez dodanie przed MSB(najbardziej znaczacym bitem) dodatkowego bitu znaku do zapisu NKB:0-liczba dodatnia ,a 1-liczb ujemna.
”0” ma podwojna reprezentacje 1000...000 lub 0000...000
AdB) Kod uzupełnienia do dwóch U2:
Zmiana znaku liczby polega na zanegowaniu wszystkich bitów i dodaniu arytmetycznie jedynki (np. 7=0111, -7=1001); „0” ma pojedyncza reprezentacje: 0000...000
Najbardziej znaczący bit liczby ma wagę -2n-1 i określa jej znak. Jeśli an-1=0, czyli liczba jest dodatnia,
zapis w kodzie uzupełnienia nie różni się od zapisu w kodzie binarnym. W 8-bitowym rejestrze można
umieścić liczbę w kodzie uzupełnienia z przedziału (-27=128 do 27-1=+127).
Zapis w tym kodzie ma kilka cech, które powodują, że jest on powszechnie stosowany w technice komputerowej, a mianowicie:
9. Naturalny kod binarny, kod uzupełnień do dwóch, kod dwójkowo-dziesiętny (definicje, zastosowania, przykłady).
Kod binarny: Liczba jest zapisywana za pomocą 0 lub 1 jako ciąg o postaci: bn...bi...b1b0,
Wartość tak zapisanej liczby można wyznaczyć jako:
Pojedynczą cyfrę dwójkową nazywa się bitem. Bit b0 jest bitem najmniej znaczącym LSB zaś bit bn bitem najbardziej znaczącym MSB.
...
Kony777