Структура мікропроцесора

Рис. 2.2. Гіпотетичний МП

У наведеному гіпотетичному мікропроцесорі:

· програмний лічильник (лічильник команд), стек і регістр команд служать для обробки команд;

· АЛП, тригер переносу, загальні регістри, регістр адреси даних служать для обробки даних;

· інші компоненти - дешифратор команд, БКС - управляють роботою мікропроцесора в цілому.

Взаємодія компонентів здійснюється по внутрішнім каналам передачі даних. Зв’язок МП з іншими блоками (ЗП і пристрої вводу/виводу) відбувається по адресній шині, шині даних і шині керування. Мікропроцесор працює зі словами, які складаються з 8 бітів, що називаються байтами.

Адресна шина МП однонапрямлена, а шина даних двонапрямлена. Керуюча шина складається з 5 ліній, що ведуть до блоку керування й синхронізації й 8 вихідних з нього ліній. По цих лініях передаються керуючі й тактуючі сигнали між компонентами мікропроцесора й між МП і іншими блоками мікроЕОМ.

Лічильник команд складається з 16 бітів і містить адресу чергового байта команди, що зчитується з пам'яті. Він автоматично збільшується на одиницю після читання кожного байта. Одна з функцій стека - збереження адреси повернення з підпрограми. У стеці можуть також зберігатися дані із верхніх трьох загальних регістрів і тригера переносу.

В той час як слово даних завжди складається з одного байта, команда може складатися з 1, 2 або 3 байтів. Перший байт будь-якої команди надходить із пам'яті по шині даних на регістр команд. Цей перший байт подається на вхід дешифратора команд, який визначає її зміст. Зокрема, дешифратор визначає, чи є команда однобайтною або вона складається з великої кількості байтів. В останньому випадку додаткові байти передаються по шині даних з пам'яті й приймаються або на регістр адреси даних, або на один із загальних регістрів.

Регістр адреси даних містить адресу операнда для команд, що звертаються до пам'яті, адресу порту для команд вводу/виводу або адресу наступної команди для команд переходу.

П'ятнадцять 8-бітових загальних регістрів містять операнди для всіх команд, що працюють із даними. Для вказівки цих регістрів використаються 4-бітові коди від 0000 до 1110. Регістр 0000 називається акумулятором (АК) і бере участь у всіх арифметичних і логічних операціях (в АК міститься один з операндів перед початком виконання операції й в АК завантажується результат після її виконання). Звичайно звернення до загальних регістрів здійснюється за допомогою R-селектора або r-селектора. R-селектор дозволяє звертатися до будь-якого регістра, тоді як через r-селектор доступні тільки три перші регістри.

Важливою можливістю МП є непряма адресація. Завдання неіснуючого регістра загального призначення 1111 використовується як вказівка на те, що потрібно звернутися до байта пам'яті по 16-розрядній адресі, яку отримують комбінуванням вмісту двох фіксованих загальних регістрів. Старші 8 розрядів адреси - з регістра 0001, а наступних 8 розрядів - з регістра 0010 (часто ці регістри називають H і L відповідно).

Всі арифметичні й логічні операції виконуються в арифметико-логічному пристрої (АЛП). Входами АЛП служать дві 8-бітові шини. Одна з них іде від акумулятора (регістр 0000), а інша – від R-селектора, що вибирає або один з регістрів загального призначення від 0000 до 1110, або комірку пам'яті, якщо задано непряму адресацію. Ще одна вхідна лінія надходить в АЛП від тригера переносу С, що бере участь у деяких арифметичних і логічних операціях. Результати з АЛП передаються в акумулятор по вихідній 8-бітовій шині. Існують ще дві лінії, що йдуть від АЛП до блоку керування й синхронізації; вони передають інформацію про наявність або відсутність двох особливих умов: акумулятор містить нулі (лінія Z) і старший розряд акумулятора дорівнює 1 (лінія N). Тригер переносу й обидві лінії стану АЛП Z і N називаються прапорцями й використовуються в командах умовного переходу.

Останній компонент МП – блок керування й синхронізації (БКС). Він одержує сигнали від дешифратора команд, що аналізує команду. В БКС із АЛП й від тригера переносу надходять сигнали, по яких визначаються умови для передач керування. Всі інші компоненти МП одержують від БКС керуючі й синхронізуючі сигнали, необхідні для виконання команди. За допомогою 13 зовнішніх ліній реалізується інтерфейс пристрою керування з іншими модулями мікроЕОМ.