Microprocesoare in Telecomunicatii

5/25/2018 Microprocesoare in Telecomunicatii

1/29

4.Memorii semiconductoare

Dispozitivele de memorie semiconductoare prezint dispozitive realizatesub form de microcircuite integrate destinate pentrumemorizarea informaiei n form de coduri binare.Dispozitivele de memorie semiconductoare au undomeniu larg de utilizare: n calculatoarele electronice, ndispozitivele numerice pentru prelucrarea informaiei.

1.1. Caracteristicile tehnice

Volumul de memorie cantitatea maxim de informaie care poate fi stocatde microcircuit. nitatea de msur [bii], [baii].1K = 1024 = 210

1M = 1024K = 220

1G = 1024M = 230

1 bait = 8 bii

Modul de organizare a masivului de memorie se indic cte celuleconine microcircuitul !i ci bii sunt n celul.

NK x m bii m numrul de bii ntr"o celul# N numrul de celule. De exemplu:$%$ &'$ %4( ) * bit. Viteza de lucru caracterizeaz frecvena maxim de lucru a

sistemului n:-

regim de nscriere a informaiei +timpul de acces " acces nsc.-#- regim de citire +acces citire-#- timpul de acces general +acces gener.-.

Consumul de energie se caracterizeaz prin puterea disipat saucurentul consumat.

Caracteristicile constructive +tipul cristalului, numrul de contacte,dimensiunile-.

Condiiile de exploatare +diapazonul de temperaturi a mediuluiambiant, umeditatea, nivelul de vibraii, etc.-.

1.2. Clasificarea memoriei semiconductoare

Memoria semiconductoare poate fi clasificat dup mai multeprincipii. Dup posibilitatea tergerii operative a i!ormaiei "i mi#ro#ir#uit$

a% memorie operativ(RAM random acces memor) permite de aefectua n mod operativ citirea !i nscrierea informaiei.

b% memorie fix(ROM read onl memor) este destinat numaipentru citirea informaiei.

Memoria /0M pierde informaia la deconectarea alimentriicalculatorului, dar memoria /1M pstreaz informaia la deconectareaalimentrii calculatorului.

Dup mo"ul "e orgai&are a a"resrii #elulelor "e memorie$a% microcircuite cu structura de tipul *D +unidimensional-#b% microcircuite cu structura de tipul 2D##% microcircuite cu structura de tipul 3D.

umrul maxim de celule ce poate fi adresat poate fi:N#elul'max'=2

$ (1D%N#elul'max'=2

2 $ (2D%N#elul'max'=2

3 $ (3D%

Dup a##esul la i!ormaie$a% memorie cu acces secvenial +consecutiv- n care pentru a localiza

informaia necesar, trebuie de analizat consecutiv tot volumul deinformaie sau o parte a lui.

b% memorie cu acces aleatorpermite de a localiza printr"o singuroperaie informaia necesar.b.. memorie cu adresepermite localizarea informaiei prinadres.

b.!.memorie asociativpermite localizarea informaiei dupconinutul ei prin analiza concomitent a tot volumului de memorie.

)ig' 141'Clasificarea memoriei semiconductoareStructura microcircuitelor de memorie

semiconductoare

Ma5oritatea microcircuitelor de memorie +/0M, /1M- suntorganizate dup principiul memoriei cu adrese. ot volumul de memorieeste mprit n celule. 6iecare celul poate fi adresat cu a5utorul unui codbinar de adres. Dup structura intern, memoria cu adrese poate fi:

- de tipul *D +cu o dimensiune-#- de tipul 2D +cu dou dimensiuni-#- de tipul 3D +cu trei dimensiuni sau memorie cu pagini-.7tructura *D se utilizeaz la microcircuitele cu volum mic de

memorie. 7tructura 2D este mai complicat !i se utilizeaz nmicrocircuitele cu volum mare de memorie +8m*%9 celule-. 7tructura 3Dse utilizeaz pentru a realiza blocuri cu volum foarte mare de memorie.

"eprezentarea funcionala unui microcircuit de memorie estereprezentat n fig.**$.

)ig'11*'"eprezentarea funcional a unui microcircuit dememorie

+0,+-1 intrri de adres#Di0,Dim-1 intrri de date#

Memorie semiconductoare

Memorie operativ RAM Memorie fix ROM

cu acces serial cu acces aleator

memorieasociativ

memorie cuadres

cu structura1D

cu structura2D

cu structura3D

memoriestatic

memoriedinamic

memorie cumascare

PLA

memorieprogramabil

memoriereprogramabil

cu tergerecu ultraviolet

cu tergereelectric

A0

A1...

An-1M

(RAM)(ROM)D

00

D01

.

.

.

D0m-1

Di0

.

.

.

Dim-1


2/29

./ semnal de nscriere# semnal ce arat permiterea accesului#D00,D0m-1 datele de ie!ire.N#elule = 2

max = 2m

m numrul de bii.

;nd semnalul 7 este activ, adica < logic, este permis accesulla microcircuit +operaiile de nscriere, citire, !tergere-. Dac 7 este pasiv,adica * logic, atunci celelalte semnale nu influeneaz stareamicrocircuitului.

7emnalul =/ efectueaz nscrierea codului Din celula cuadresa respectiv. 7emnalul de nscriere exist numai pentru memoria/0M.

2.1. Memorii cu structura de tipul 1D

)ig'11'#tructura intern a unui microcircuit tip 1D

$rincipiul funcionrii%6iecare ie!ire a decodificatorului serve!te pentru a adresa o

celul de memorie. ircuitele de nscriere citire formeaz semnalelepentru nscrierea !i citirea informaiei.7tructura *D este o structur liniar,deoarece toate celulele se afl ntr"o singur linie n raport cu acestdecodificator. u acest microcircuit pot fi efectuate operaiile de nscriere,pstrare !i citire a datelor.

1% &nscrierea informaiei.

>entru a nscrie informaia e necesar:- de aplicat adresa celulei n care dorim s nscriem

informaia#- se aplic 7 ?


3/29

2.2. Structura de tipul 2D

Cn microcircuitele cu volum de memorie mai mare de *9 se folose!te principiul de structur 2D. 0ceasta permite de a mic!ora n 5umtate numrulterminalelor de adres.

#tructura intern a unui microcircuit tip 2Deste artat n fig.**E.

)ig'115'#tructura intern a unui microcircuit tip 2D

$rincipiul funcionrii%Cn acest microcircuit avem un registru de linii la intrarea cruia

se aplic o magistral care conine nF2 bii.mem' = 2#elule0cela!i numr pleac la D. ot la el acioneaz un semnal 07

+selectarea adresei coloanelor- este activ, adic < logic, c;nd prinmagistrala de adres se transmite adresa coloanelor. @a /G de linii pe lngmagistral se mai aplic semnalul /07 +selectarea adresei rndurilor -. ;ndn magistrala de adrese este transmis adresa liniilor, atunci semnalul /07este activ. De la /G de linii informaia este transmis la D de adres aliniilor, unde la ie!irea lui vom obine un semnal unitar.

Matricea elementelor de memorie conine 2nF22nF2celule, n total2n. 6iecare celul este adresat printr"un element HI, care ntrune!te o ie!irea D de linii !i una a D de coloane. 7emnalul de la ie!irea elementului HIse folose!te la adresarea celulei. Cn afar de aceasta mai este un bloc denscriere !i citire, care organizeaz nscrierea datelor de intrare +m bii- !icitire a datelor de ie!ire n celula aleas.

Ideea funcionrii este bazat pe faptul c adresarea celulei seefectueaz n dou etape :

6' >rin magistrala de adrese se transmite 5umtate din adresacelulei +adresa liniilor-.

0ceast informaie este nsoit de semnalul /07 !i se nscrieadresa n registrul de linii cnd /07?


4/29

2.. Structura de tipul D

#tructura intern a unui microcircuit tip 3Deste artat n fig.**J.

$rincipiul funcionrii%

@a /G se aplic adresa. 0ctiv;nd semnalul > are loc nscriereaadresei paginii n /G. 0dresarea se efectueaz n trei etape:

1' 7e transmite adresa paginii concomitent cu activareasemnalului > !i la una din ie!irile D obinem un semnalactiv. 0cest semnal activeaz intrarea 7 a paginiirespective.

2' >rin canalul de n"bii are loc concomitent transmitereaadresei n blocul de adresare a celulei. @a ie!irea acestuibloc vom obine un semnal activ care va pleca la aceia!icelul de pe toate paginile.

3' Cn fine va fi adresat celula paginii la care 7 va fi activ.

Informaia va putea fi citit sau nscris numai de pepagina activ.

'vanta(ele% volumul de memorie este mrit.

)ea(unsurile% se mai adaug nc dou etape +adresarea paginii !i adresarea celulei-.

. Memoria operati!". #lementele pentru

memori$area informa%iei

Memoria operativ /+Mpermite de a efectua n mod operativoperaii de citire !i nscriere a informaiei. /0M serve!te pentru pstrareadatelor !i programelor utilizatorului.Dup tipul elementului de memorizare a informaiei se deosebesc:

memorie static# memorie dinamic.

Cn memoria operativ +/0M- static, elementul pentrumemorizarea informaiei este un bistabil. n bistabil realizat pe tranzistoareM17 pentru memorizarea operativ static are structura din fig.**K.

$rincipiul funcionrii%>resupunem c la drena 8* avem potenialul zero care

nimere!te la grila 82 !i"l ncBide. 0tunci dac 82 este ncBis, potenialuldrenei este aproximativ egal cu potenialul alimentrii, adic avem * logic,

care nimere!te la 8* !i"l descBide. ;nd se efectueaz adresarea +operaiade citire sau nscriere- are loc transmiterea unui semnal activ, dar canalele83 !i 84 sunt ncBise !i deci nu"i posibil adresarea. Cn acest cazelementele bistabilelor se afl n stare de pstrare.

Dac la adresare avem * logic, atunci cBeile la 83, 84 sedescBid !i astfel are loc descBiderea accesului acionrii asupra bistabilelor.

6ie c la a*avem * logic, iar la a2 < logic. Lero logic vine la grila 8* !i"lncBide, iar unu logic vine la 82 !i"l descBide. 0stfel bistabilul a trecut nalt stare.

'vanta(ele%

informaia odat nscris se poate pstra oric;t de mult, p;n lascBimbarea ei, desigur s fie pstrat alimentarea.

acest tip de memorie are un timp de acces mic !i respectiv viteza delucru este mare.

)ea(unsurile% conine multe elemente, adic suprafaa cristalului va conine un

numr mic de bistabile !i deci un volum mic de memorie.

RGadreselinii

!

Bloc deadrese

a celulei

.

.

.

adr

ese

$$!

$!n

Matrice2D

DCadreselinii

Blocdenscriere

citire

D

i

D

*

n

n

R1

"#a

R2$%

$%1 $%2

$%'

adresare

a1 a2citire

nscrierecitire

nscriere

0*

+

1*


5/29

.2. RAM dinamic"

Cn memoria dinamic elementul de memorizare este un tranzistor M17. Informaia se memorizeazsub form de sarcin electric ce se acumuleaz pe capacitatea grilei tranzistorului M17 +vezi fig.*2e baza lor se poate de obinut dispozitive compacte,adic ntr"un singur circuit.

&.1. Memorie proramail"

Memoria programabil /7M permite nscrierea informaiei o singur dat. Informaia senscrie la etapa programrii. Cnscrierea are loc prin distrugerea unor elemente speciale din masivul de

$%1

$%

a2

$%2

a1

$%1

nscrierecitire

adresare

R,

"#a

1*


6/29

memorie +distrugerea selectiv-. nul din exemplele de structur intern a unui microcircuit de memorieprogramabil este prezentat n fig.*2*.

#tructura intern%

)ig'121'#tructura intern a unui microcircuit de memorie programabil

$rincipiul funcionrii%Qlementele de la intersecie reprezint o diod !i o conexiune fuzibil n serie. Microcircuitul conine

un D de adrese, ie!irile coloanelor ce formeaz o matrice sunt ie!iri de date.1% &nscrierea informaiei 3programarea4.

@a programare ie!irile de date servesc ca intrri de date. u a5utorul codului de adres se alege celulace se va programa. elula reprezint toate elementele conectate la ie!irea activ a D. Cn fiecare elementtrebuie nscris un bit de informaie. >resupunem c aplicm la intrrile de date D


7/29

Qlementul pentru memorizarea informaiei este un tranzistor M17 cu gril flotant. onstruciascBematic a acestui element este reprezentat n fig.*22.

)ig'122'Construcia sc5ematic a elementului pentru memorizarea informaiei6n baza unui tranzistor M2# cu gril flotant

>entru !tergerea informaiei este destul ca elementul s fie luminat cu radiaie ultraviolet. 7ubaciunea acestei radiaii, n dielectric apar purttori de sarcin !i se formeaz canale de scurgere a sarciniinegative de pe gril.

0lt tip de memorie reprogramabil este memoria cu !tergere electric. 0ceast memorie permite de a!terge selectiv cu a5utorul unui semnal electric anumite pri de informaie. Qlementul pentru memorizareainformaiei este acela!i tranzistor M17 cu gril flotant, numai c pe l;ng aceast gril flotant, acesttranzistor mai are o gril, care se nume!te gril de !tergere.

*.Arhitectura +i func%ionarea calculatorului

1. Calculatoare electronice. ,o%iuni enerale

al#ulatorul ele#troi# este un dispozitiv numeric destinat pentru prelucrarea automat ainformaiei sub diri5area programului introdus de utilizator. 7pre deosebire de dispozitivele precedente, careau un algoritm fix de funcionare, algoritmul calculatoarelor electronice poate fi scBimbat prin scBimbarea

programului. Qxist dou categorii de calculatoare electronice:

1% Calculatoare analogice n care informaia este reprezentat sub form de un semnal fizic !i seprelucreaz prin modificarea acestui semnal.2% Calculatoare numerice sunt implementate din dispozitive numerice# prelucreaz informaia

sub form de coduri binare, folosind algebra logic.

7 D

D

sustrat

- - - - - -n

-

:::: ::::

ultra!iolet

zolator ,iO2


8/29

1. 1. Caracteristicile tehnice ale calculatoarelor

7ipul procesorului indic ce procesor st la baza calculatorului dat. 7ipul cipsetului +cip microcircuit, set" complet-, adic completul de cipuri pe care este realizat

placa de baz 7ipul ar5itecturii +Qxemple: I70, QI70, 8Q70, >IA-, modul de transmitere a informaiei n

interiorul sistemului Volumul memoriei "'M +2M, 4M, *% M- Volumul memoriei intermediare RSTN +*2J (, 2$% (, $*2 (- determin viteza de lucru

a calculatorului. +memoria RSTN se cupleaz ntre procesor !i memoria operativ- 8recvena de tact a procesorului Volumul 5arddiscului 39DD4 sau discul rigid )umrul :i tipurile unitilor de disc de tip flexibil 38DD4 7ipul tastaturii :i monitorului, manipulatoarele 3mouse + ul4 'lte instalaii terminale a!a ca: imprimanta, scanere, plotere, etc.

2. Arhitectura +i principiile de func%ionare ale calculatorului

2. 1. Arhitectura calculatorului

>rin ;are parcursul dezvoltrii teBnicii calculatoarelor au aprut dou tipuri de arBitectur de calculatoare:

1% 'r5itectura 6nc5is%prezint o arBitectur conform creia unitile calculatorului se conecteazdup necesitate +fig.*23-.

)ig'123'#c5ema bloc a calculatorului cu ar5itectur 6nc5is

ea5unsul este c compatibilitatea ntre blocuri este ncBis.

2% Calculatoare cu ar5itectura desc5is: ideea arBitecturii descBise a calculatorului const nexistena unor canale standarte de transmitere a informaiei !i de cuplare a blocurilor calculatorului la acestecanale dup necesitate. 0stfel structura este standart !i permite cre!terea ei +adugarea blocurilor noi- frscBimbarea configuraiei. Dup acest principiu de arBitectur sunt realizate practic toate calculatoarelecontemporane. Cn calculatorul contemporan +fig.*24- exist trei tipuri de magistrale. 1 magistral conine unanumit numr de bii.

1 2 3

4 5 6


9/29

)ig'124'#c5ema bloc a calculatorului cu ar5itectur desc5is

a% Magistrala de adrese 3M'4 prin ea se transmit adresele celulelor de memorie !i dispozitivelor externe.Magistrala de adrese este unidirecional, adic adresele se transmit ntr"o singur direcie.

b% Magistrala de date 3MD4 serve!te pentru transmiterea informaiei prelucrate +datelor-. De regul MDeste bidirecional.

#% Magistrala de comand 3MC4 conine semnale standarte de comand ale sistemului.oninutul M0, MD, M au ie!iri la iter!aa "e sistem. @a interfa putem conecta diferite blocuri.

Interfaa este nzestrat cu cuplele pentru extensii.uplele petru extesii prezint conectoare destinate pentru cuplarea blocurilor adugtoare.>lo#ul 1'ea mai principal unitate a calculatorului estepro#esorul. Ql efectueaz operaii asupra

datelor !i diri5eaz cu procesul de prelucrare a datelor, cu celelalte uniti a calculatorului !i cu dispozitiveleexterne. oate datele se prelucreaz n procesor, care ndepline!te funcia de diri5are. >rocesorul determin

posibilitile calculatorului: viteza de lucru, capacitatea magistralei de date, volumul memoriei operative,posibilitile !i tipurile unitilor de intrare ie!ire, tipurile de operaii asupra datelor prin setul deinstruciuni, regimurile de lucru ale calculatorului. Cn procesul funcionrii calculatorului procesorulndepline!te urmtoarele operaii:

formeaz adresele de memorie a celulelor# prime!te instruciunea urmtoare# decodific instruciunea# organizeaz ciclul de executare a instruciunii#

efectueaz operaii de citire !i nscriere n memorie# efectueaz scBimbul de informaii cu dispozitivele externe# recepioneaz !i trateaz semnalele de ntrerupere !i acces direct la memorie de la dispozitivele

externe.>rocesorul conine dou module : '; 3aritmetical+logical unit4 unitatea aritmetico"logic, care serve!te pentru efectuarea

operaiilor logice, aritmetice. C; 3command unit4 unitatea de comand, care este destinat pentru producerea semnalelor de

comand.>lo#ul 2' memoria intern, ce conine /1M +memoria fix- !i /0M +memoria operativ-, n care

se pstreaz datele !i programele utilizatorului. /1M serve!te pentru pstrarea programelor de iniializare !itestare a calculatorului sub denumirea I17. Memoria intern este cuplat la M0, MD, M.

Procesor

A#

C!#RESET#nitate

dememorieRAM

/7M

Controlerep/u disp.externe

$1D

3O

6 D DP D D

Interfaade siste

Cuplupentru extensii

monitorDD4DDtastaturaDis5.

eterne

M

+MDM

2

b16b20b


10/29

>lo#ul 3' unitatea de intrare"ie!ire +nit IF1- conine dispozitive externe !i controlere pentrudeservirea lor. Destinaia este de a efectua scBimbul de informaie dintre calculator !i utilizator. ontrolereleadapteaz dispozitivele externe la formatul semnalelor interne ale calculatorului.

2. 1. /rincipiile de func%ionare ale calculatorului

alculatorul electric este un dispozitiv programabil. 0lgoritmul de prelucrare a informaiei depinde

de programul utilizatorului. 7cBimbarea programului aduce la scBimbarea funciilor calculatorului. alculatorul funcioneaz n mai multe regime.1% "egimul de executare a comenzilor.

0cesta este un regim de baz. Cnainte de executare programul trebuie s fie plasat n memoriaoperativ +/0M- !i reprezentat n limba5ul codurilor ma!in. Instruciunile n procesor sunt cBemate pe rnd

prin MD. Qxecutarea instruciunii are loc n cteva etape.6aza de decodificare: se determin tipul operaiei, numrul de cicluri. @a fiecare ciclu se produc

semnale de comand pentru ciclul dat. Instruciunea se efectueaz ciclu dup ciclu, n caz de necesitate seorganizeaz operaii de citire sau nscriere ntre memorii !i dispozitivele externe. Cn ultima faz a executriiinstruciunii se alctuie!te adresa instruciunii urmtoare !i procesul se repet din nou.

2% "egimul de oprire se activeaz n cazul cnd n procesor vine o instruciune special +P@-.

3% "egimul de 6ntrerupere a procesului de calcul apare atunci cnd de la un dispozitiv extern seprime!te o cerere de ntrerupere +I-. acest semnal este analizat de ctre procesor !i dac este permisntreruperea, are loc ntreruperea executrii programului de baz !i are loc trecerea la executarea unui alt

program de tratare a ntreruperilor.4% "egimul de acces direct la memorie apare cnd se efectueaz scBimbul de informaie direct

dintre memorie !i un dispozitiv extern.

. /rocesorul calculatorului

ro#esoruleste unitatea de baz a calculatorului n care se execut instruciunile programului.>rocesoarele contemporane au ca nucleu un microprocesor !i conin dispozitive suplimentare pentruasigurarea funcionrii lui. >rocesoarele contemporane au o structur tipic reprezentat n fig.*2$.

#c5ema de structur%

)ig'12*'#c5ema de structur a procesorului

MS(local)

RESET

MRD

M!R

I"RD

6"!R

DI#TA

CP$

#nitateacentral a

5rocesorului

I#T

DMA

RESET

0

C%&

Generatorde siste

Controler cuma7estrale

Controler desistem

MC

,emnal de ceas

MDn

MA


11/29

Descrierea funcional a blocurilor :i semnalelor%Geeratorul "e sistem prezint un generator cu stabilizare cu cuar a frecvenei sau cteva

generatoare care produc semnale de sincronizare pentru toate componentele sistemului. 7emnalul @( edestinat unitii centrale a procesorului !i determin viteza efecturii operaiilor asupra datelor. 6recvenageneratorului de sistem depinde de tipul unitii centrale. Cn calculatoarele contemporane generatorul desistem mai sincronizeaz unele semnale a!a ca: /Q7Q, I, P1@DA

?K semnal de ceas de la generatorul care asigur funcionarea >./99@ semnal de iniializare. nd semnalul este activ, se ntrerupe ndeplinirea oricrui program,

se !terge informaia din registrele interne ale > !i se porne!te executarea programului I17.>rin aceasta se testeaz configuraia sistemului, starea teBnic a componentelor, se iniializeaz ndeplinireanucleului sistemului de operare.

6N@ semnal de cerere de ntrerupere. >rocesoarele contemporane au cteva tipuri de ntrerupere:- simple#- prioritare#- de tip Bard#- de tip soft.

A7?D semnal de cerere de acces direct la memorie. @a procesor el este transmis de la controlerulde acces direct la memorie, care colecteaz aceste semnale de la dispozitivele externe.

Bitatea #etral a pro#esorului (B- prezint partea principal a procesorului care asigurndeplinirea funciilor sale, operaii asupra datelor !i comand cu procesulo de prelucrare a datelor. Cn >se execut instruciunile !i se produc semnalele de comand pentru tot sistemul. 7e deosebesc dou tipuri de>:

a% > pe baz de elemente discrete. 0!a tipuri de > se ntlnesc n calculatoarele vecBi !i practic nu seutilizeaz.

b% > pe baz de microprocesoare.7pecific pentru microprocesor este c el e executat sub form de unul sau cteva microcircuite integrate, cugrad mare de integrare. 7unt 3 tipuri de microprocesoare:

- monocip, care sunt realizate ntr"un singur microcircuit#- secionate, care sunt realizate sub form de o familie de microcircuite cu un grad mare de

integrare- de tip /I7, care au un set redus de instruciuni. 7unt foarte simple dup construcie. >e baza lor

se formeaz matricea de microprocesoare.otrolerul #u magistralele serve!te pentru desprirea fizic a magistralei de date, magistralei de

adrese !i magistralei de comand. 0cest controler demultiplexeaz magistrala de la intrare n MD !i M0.1 cale important pentru transferul informaiei ntre > !i restul sistemului este magistrala "e

sistem (M%. >rin M7 se transmit adresele, datele !i semnalele de comand. De multe ori semnaleletransmise sunt parial multiplexate, adic se transmit prin acelea!i contacte.

otrolerul "e sistem folosind informaia transmis prin M7 !i ni!te semnale speciale, producesemnale de baz a M. 0cestea sunt:

M/D (memorC rea"% semnal activ care comand cu operaiile de citire din memorie.M.D ( memorC rite% operaie de nscriere n memorie.67/D ( 6E7 rea"% citirea de la un dispozitiv extern.67.D ( 6E7 rite% nscrierea la un dispozitv extern.6N@+ (itrerupt a##ept% acceptarea ntreruperii, semnal de rspuns la cererea de ntrerupere.A7?D+ (


12/29

.Microprocesoarele monocip

1. ,o%iuni enerale

Mi#ropro#esorul prezint un dispozitiv care ndepline!te funcia > !i este executat n formde un microcircuit integrat sau cteva microcircuite integrate cu un grad nalt de integrare.

Mi#ropro#esoarele moo#ipsunt produse ntr"o singur capsul cu un numr relativ mare decontacte. Din aceast categorie fac parte a!a microprocesoare ca:1' microprocesoare de < bii IQ@"J


13/29

66' ?locurile modulului de comand, n care intr blocurile care sunt destinate pentru formareasemnalelor de comand.

0nalizm mai detaliat aceste dou module.6' Modulul de operare conine o uitate aritmeti#o-logi# !i registre "e u& geeral. Cn 0@ se

efectueaz operaii aritmetice !i logice obin;ndu"se rezultatul /. 0@ conine registre, sumatoare, elementelogice, adic el este un dispozitiv combinaional. Cn 0@ se pot efectua operaiile de adunare, scdere, HI,

, 70, 70 QV@DQ/Q, operaii de deplasare bit cu bit. 1peranzii 0 !i sunt transmi!i respectivdin registrul temporar !i din acumulatorul temporar. ot transportul de date are loc prin MD intern.

+#umulatorulserve!te pentru pstrarea unui operand nainte de operaie !i pentru fixarea rezultatului dupoperaie.>lo#ul "e #ore#ie &e#imalserve!te pentru transformarea coninutului acumulatorului din cod binar

n cod binar"zecimal.De exemplu: *

/

:,C4C!


14/29

2' 8anionul # fanion de semn# dac 7?*, atunci rezultatul este mai mic ca zero# dac 7??*, atunci rezultatul conine un numr par de uniti# dac >?


15/29

>e parcursul executrii instruciunii, ea produce semnale de comand pentru toate blocurile interneale microprocesorului !i pentru celelalte uniti ale calculatorului. Mersul executrii instruciunii poate fimodificat de semnalele speciale de la dispozitivele externe, a!a ca: /Q7Q, I, P1@D, /Q0DY. Cn

procesul de executare a instruciunii produce ni!te semnale speciale , care mpreun cu alte semnaleformeaz M.

./ semnal de nscriere# dac =/?6N dac este activ, atunci rezult c MD se afl n stare de recepie a datelor.6N@ semnal pentru cererea de ntrerupere de la un dispozitiv extern. De obicei acest semnal este

sincronizat de ctre generatorul de sistem.6N@+ semnal ce indic permisul de ntrerupere dispozitivelor externe.A7?D semnal recepionat de ctre >, care reprezint o cerere de acces direct la memorie de la

dispozitivul extern.A7?D+ semnal ce indic permisul accesului direct la memorie..+6@ semnal produs de > !i indic c microprocesorul se afl n stare de a!teptare.

/9+DF semnal recepionat de unitatea de comand !i indic faptul c datele sunt gata de citire.12 semnal de ceas produs de generatorul de sistem.

/99@ unicul semnal cu a5utorul cruia poate fi oprit orice program !i este un semnal deiniializare. nd semnalul este activ programul se ntrerupe !i se scrie adresa n program, dup care senscrie I17 care testeaz ecBipamentul !i transmite diri5area sistemului de operare.

M>> IJe aceast adres n/1M se afl instruciunile de trecere necondiionat la nceputul real al programului. oninutul celulei dateeste transmis n M> prin MD !i se fixeaz n registrul instruciunii. Cn procesul executrii instruciuniiconinutul > se incrimenteaz !i astfel se formeaz adresa instruciunii urmtoare. Dac se ntlne!te oinstruciune de salt,n > se nscrie adresa saltului. nd se termin executarea instruciunii date, coninutul

> este transmis prin M0. 0cest cod a5unge n memorie !i adreseaz urmtoarea celul. 0stfel are locnlnuirea procesului. nd se transmite P0@ ,M> se opre!te,adic trece n regim de repaos. 7coaterea M>din aceast stare este posibil doar prin aplicarea semnalului /Q7Q sau I.

. /roramarea microprocesorului ,0#5 3434

Microprocesorul execut nemi5locit instruciunile reprezentate n limba5ul codurilor"ma!in. 0cestlimba5 nu este comod pentru programi!ti. 7e folose!te un limba5 special n care fiecare instruciune din formacodurilor ma!in este nlocuit printr"o abreviatur. 0cesta este un limba5 de asamblare. 0stfel codul*


16/29

)ig'130'1lementele microprocesorului ce pot fiadresate prin intermediul instruciunilor

oninutul acumulatorului mpreun cu coninutul registrului fanioanelor prezint cuvntul de stare aal M>.

0ici mai intr registrele de uz general +,,D,Q,P,@- de J bii, cu memorie local. 0ceste registre sepot utiliza n calitate de perecBi de registre +3 perecBi a cte *% bii- : ",D"Q,P"@. >"controlerul deprogram care conine adresa instruciunii urmtoare. 7>" indicatorul memoriei stiv care conine adresacelulei de vrf a memoriei stiv. u a5utorul 7> se localizeaz memoria stiv n diferite locuri a memorieioperative.

2% 1lemente ale programului 6n limba(ul de asamblare.!.a.8ormatul instruciunii modul de reprezentare a instruciunii n cadrul programului.

)ig' 131'Modul de reprezentare a instruciunii 6n cadrul programului

+"resa adresa instruciunii date n memorie#A-#o" codul reprezentat n format Bexazecimal#9ti#. onine informaie suplimentar despre anumite momente a prgramului.!.c.Macroinstruciunea este o instruciune inexistent care nlocuie!te un sector de program care se repetde mai multe ori n programul dat. Macroinstruciunea trebuie nscris n formatul instruciunii !i nu aduce laeconomie de memorie.!.d. #ubrutina prezint un program sinestttor care se utilizeaz de mai multe ori n cadrul unui alt

program de baz. 0ceea!i operaie M se nscrie ca subrutin cu numele M*. @a executarea programului, cndse a5unge la subrutina M*, executarea programului se ntrerupe !i se execut un salt la acel loc unde se aflsubrutina dat. Dup terminarea executrii subrutinei,programul de baz se execut mai departe. 0stfel areloc economisirea spaiului n memorie.

3% #etul de instruciuni al M$ -)71


17/29

Instruciuni pentru salturi !i lucrul cu subrutina# Instruciuni pentru lucrul cu memoria stiv# Instruciuni cu funcii speciale.

3'1' -nstruciunile pentru transfer de datese mpart n cteva subgrupe:a% Instruciune de transfer de tip registru"registruN.

Qx: M18 0,D .0ceast instruciune face transferul de date din registrul D n registrul0 +acumulatorul-. M18 0,M"

coninutul celulei de memorie cu adresa din perecBea de reegistre P,@ se transmite n acumulator +0-.b% Instruciune de tipul: M8I 0,bte. +te- este nscris n acumulator +bte0-.

Qx: M8I 0,2< cifra 2< este nscris n acumulator.#% Instruciune de ncrcare a perecBilor de registre: @VI ,2 btes.

Qx: @VI ,2


18/29

b.>.instruciunile Z>1, Z>Q utilizeaz fanionul paritii:Z>1 adr " saltul se va efectua dac fanionul paritii >?Q adr " saltul se va efectua dac fanionul paritii >?*.b.A.instruciunile Z>, ZM utilizeaz fanionul semnului:Z> adr +5umping plus-, saltul se va efectua dac fanionul semnului 7?P@ adr efectueaz scBimbul reciproc de date ntre contorul de program !i perecBea de registre P@.

#% Instruciuni pentru cBemarea subrutinei:

0@@ adr cBemarea necondiionat a subrutinei. 0dresa adr este adresa de nceput a subrutinei +vezifig.*32-.

)ig'132'$rincipiul funcionrii subrutinei

elelalte instruciuni sunt condiionate !i se analizeaz condiiile respective din instruciune. Daccondiia dat se ndepline!te, atunci se trece la subrutin, iar dac nu, aceast instruciune se ignor.

"% Instruciuni de ntoarcere:/Q +return- reprezint o ntoarcere necondiionat !i este ultima din subrutin.1 subrutin poate fi folosit de cte ori avem nevoie +fig.*33-. 7ubrutinele pot fi incluse una n alta.

)ig'133'$rincipiul folosirii subrutinei de c6teva ori

3'4.-nstruciuni de comand%

DI interzice ntreruperile.QI permite ntreruperile.1> este o instruciune goal, adic nu execut nici o instruciune. 7e folose!te pentru a ocupa unele

locuri n program.P@ instruciune de oprire a programului.

3'*'-ncrementarea perec5ilor de registre:IV D coninutul registrelor DQ se mre!te cu * !i rezultatul se nscrie n DQ.Decrementarea registrului:D/ oninutul registrului se mic!oreaz cu *, cu nscrierea rezultatului n .Decrementarea perecBii de registre:DV +-"*, iar rezultatul rm;ne n .

nitatea se scade sau se adun la codul inferior al registrului inferior.D0D D adunarea dubl. oninutul +P@- U +DQ- se nscrie n [email protected] logice:

CAadrCA

adr

R3,3%

$rogramulprincipal

?azasubrutinei

$rogramulprincipal

,u/rutine


19/29

00 Q conform acestei instruciuni are loc operaia HI dintre coninutul acumulatorului !i registrul Q,iar rezultatul se nscrie n acumulator.

1/0 Q operaia 70 dintre coninutul acumulatorului !i registrul Q, iar rezultatul se nscrie nacumulator.

V/0 operaia 70 cu QV@DQ/Q dintre coninutul acumulatorului !i registrul , iar rezultatul senscrie n acumulator.

M> D din coninutul acumulatorului se scade coninutul registrului indicat +D-, iar rezultatul nu senscrie nicieri, ns dac +D-[+0-, atunci fanionul 7?*# dac +D-?+0-, atunci fanionul L?*# dac +D-\+0-nu

se nt;mpl nimic.3''-nstruciuni pentru operaii aritmetice i logice cu numere nemi(locite%0DI bait +0-U+baitul indicat- se nscrie n +0-.0I bait adunare cu mprumut.

3'5'-nstruciuni de rotaie 3de deplasare4%/@ rotaie ciclic la st;nga +fig.*34 a-.// rotaie ciclic la dreapta +fig.*34 b-./0@ rotaie aritmetic spre st;nga +fig.*34 c-./0/ rotaie aritmetic spre dreapta +fig.*34 d-.

)ig'134'$rincipiul funcionrii instruciunii de rotaie

3'8'-nstruciuni speciale%D00 transfer coninutul +0- din sistemul binar n sistemul binar zecimal.M0 negarea bit cu bit a coninutului acumulatorului.

7 negarea fanionului de transfer .3'I'-nstruciuni pentru lucru cu porturile%

O60 ait instruciunede transmiterea informaiei din acumulator n portul cu adresa dat.I bait instruciune de citire din portul de intrare.

3'10'-nstruciuni pentru lucrul cu memoria stiv%>7P instruciune de nscriere n memoria stiv a coninutului perecBii de registre +-.

&. 6nitatea de comand" a M/

Bitatea "e #oma" (B% prezint cea mai important parte a M> care asigur ndeplinireafunciilor de comand. prime!te codul operaiei !i pe baza lui produce toate semnalele de comandnecesare. Dup principiul de funcionare exist dou tipuri de uniti de comand:

1% nitate de comand cu logic cablat +fix-, adic logica cu configuraia ce nu poate fi scBimbat.0ceste se utilizeaz n microprocesoarele monocip de tipul IJ


20/29

&.1. C6 cu loic" calat"

'r5itectura tipica acestei > este artat n fig.*3$.

)ig'13*''r5itectura tipic a C; cu logic cablat.

Bse nume!te #u logi# #ablatdeoarece semnalele de comand sunt codificate ntr"un circuitcombinaional o scBem logic cu sectoare unde sunt codificate operaiile sau tactele.M> formeaz codul de J bii al operaiei ce se fixeaz n /G 1>, la ie!irea cruia este cuplat D care

decodific acest cod, transform acest cod ntr"un cod unitar, care poate avea maxim 2$% ie!iri" 2$% operaii.De la circuitul combinaional, spre 2 pleac un numr de tacte care sunt necesare pentru ndeplinireainstruciunii date. 0cest numr se nscrie n D de tacte !i dup fG" tacte codul se mic!oreaz cu o unitate.actele sunt decodificate !i pleac la circuitul combinaional. 6iecare poriune a circuitului combinaionalefectueaz o anumit operaie !i fiecare poriune este organizat dup c;teva tacte. 6iecare ie!ire a D tacte coordoneaz cu tactul respectiv din poriune. Cn procesul de lucru pot aciona semnalele fanioanelor,instruciunilor de salt condiionat etc. Cn dependen de aceste semnale la ie!irea circuitului combinaionalvom avea diferite semnale de comand.

'vanta(ele% 8iteza mai mare de lucru +n comparaie cu cu microprogramare-# 7etul de instruciuni este cunoscut !i nu este necesar de a elabora. 0ceasta permite de a utiliza

programele standarde existente.)ea(unsurile%

are o structur rigid, complicat# nu poate fi reprogramat.

&.2. C6 cu microproramare

Qsena diri5rii prin microprogramare const n faptul c semnalele de comand care trebuie s fieproduse sunt nscrise ntr"o memorie fix. Cn procesul ndeplinirii instruciunii aceste semnale sunt citite ntr"o ordine anumit, determinat de algoritmul executrii instuciunii date +curente-. >entru a nlnuimicroinstruciunile fiecare celul a memoriei /1M conine nafar de semnalele de comand !i adresamicroinstruciunii urmtoare, care se utilizeaz n urmtorul tact. Datorit acestui fapt, unitile de comandcu microprogramare au o structur regulat !i sunt universale.

t1

t2

.

.

.

.

.

.

RGCCodul

nstruc8iuniiC

DCo5era8ional

CTtacte

DCtacte

Circuitco*inaional

ADDADCMO$

.

.

.

,>C

tultimul

t1 t

2 ... t

ultimul

,emnalede

comand

anioane r. De tacte


21/29

0lt consecin este c aceste uniti de comand permit scBimbarea setului de instruciuni prin!tergerea memoriei /1M !i nscrierea altor semnale de comand. 0ceasta este prioritatea principal a unitiide comand cu microprogramare.

'r5itectura tipica cu microprogramare este reprezentat n fig.*3%.

)ig' 13''r5itectura tipic a C; cu microprogramare

$rincipiul funcionrii%0vem un multiplexor cu 2 intrri. @a prima intrare vine codul instruciunii, iar la a doua intrare vine

adresa microinstruciunii urmtoare, care se transmite la /G de adrese a MI. odul instruciunii reprezint uncod binar, ce codific instruciunea dat. Multiplexorul permite de a transmite registrului ori codulinstruciunii, c;nd se ncepe executarea ei, ori adresa microinstruciunii urmtoare, n procesul executriiinstruciunii date. /egistrul de adrese fixeaz adresa microinstruciunii pe timpul executrii ei. Cnscrierea areloc cu fiecare impuls de sincronizare.

/7M1 conine semnalele de comand.

/7M2 conine adresele microinstruciunilor./7M1 !i/7M2sunt adresate concomitent cu acela!i cod de adres.@murirea funcionrii acestei uniti poate fi analizat n fig.*3E.

)ig' 135'1xplicaia funcionrii C; cu microprogramare

nde: numrul de bii a memoriei /1M*# m numrul de bii a memoriei /1M2.

Cn acest volum, pentru fiecare instruciune sunt repartizate domeniile I*, I2.'vanta(ele% setul de instruciuni poate fi scBimbat prin renscrierea memoriilor /1M* !i /1M2.

)ea(unsurile% viteza mai mic de lucru dect la cu logic cablat# necesitatea elaborrii setului de instruciuni pentru fiecare utilizare a procesorului#

imposibilitatea utilizrii programelor existente.

RGde a drese amicroinstruc-

8iuniiadr.

Codulinstruc8iunii M$+

R"Msemnale a

microinstruc-8iunii

R"Msemnale a

microinstruc-8iunii

Adresa MIurmtoare

anioane

,emnal deceas

.

..

+1

+n

Semnale

MI

R"M ,123CIMIR"M 2

-

-!

-> . . .

m

n

m"n

numere


22/29

*. 6nitatea aritmetico-loic" a microprocesorului (A56)

+?B reprezint blocul principal n care se efectueazoperaii aritmetice !i logice asupra datelor.7tructura tipic a 0@ este dictat de tipul de operaii pe care ea trebuie s le execute. 1 structur posibil aunei 0@ poate fi urmtoarea +vezi fig.*3J-.

'r5itectura tipic%

)ig' 138''r5itectura tipic a';

6iecare bloc este diri5at de semnalele produse de unitatea de comand +-. uv;ntul de date senscrie n /G* sau n /G2. Din 0 +/G*- se transmit la blocul de operaii logice + dac e nevoie de acestea-dac nu, datele se transmit n blocul de deplasare. De la ie!ire rezultatul se scrie n acumulator. Dac, deexemplu, avem de adunat 2 numere, numerele se nscriu unul n /G* !i altul n /G2 se transmit mai departe!i este efectuat operaia respectiv, apoi rezultatul primit se nscrie n acumulator.

7.Microprocesoare sec%ionate

1. /articularit"%ile microprocesoarelor sec%ionateMicroprocesoarele monocip au urmtoarele nea5unsuri:

capacitatea fix a magistralelor de date !i adres# setul fix de instruciuni# este imposibil de utilizat numai unele blocuri ale microprocesorului.

0ceste nea5unsuri sunt licBidate n mi#ropro#esoarele se#ioate, care au urmtoarele particulariti: Magistrala de date !i cea de adres nu au o capacitate fix din cauza c microprocesorul e compus

din secii elementare, care pot lucra paralel, astfel se formeaz o magistral de date cu capacitatea necesar+ $JK secii, 2 bii, *J


23/29

Modulurile sunt realizate pe microcircuite !i pot fi utilizate de aparte. Deci microprocesorul prezint unansamblu, un set de microcircuite, care pot fi interconectate fr mi5loace adugtoare.

Microprocesoarele secionate conin unitatea de comand cu microprogramare# 7etul de instruciuni nu este fix, el se elaboreaz pentru fiecare aplicare practic a

microprocesorului reie!ind din domeniul utilizrii.)ea(unsurile%

umrul mare de microcircuite necesar pentru formarea configuraiei unui microprocesor# @ipsa iniial a setului de instruciuni. Qlaborarea setului de instruciuni este un lucru destul de

complicat.

2. Arhitectura +i principiul de func%ionare a M/ sec%ionat

7cBema ce ilustreaz arBitectura M> este reprezentat n fig.*3K.

)ig' 13I''r5itectura tipic a M$ secionatM7 microoperaii7 secii de operare

0vem 2 moduluri desprite. 6iecare modul este alctuit din mai multe microcircuite. Modulul deoperare este alctuit din secii de operare. 7eciile sunt conectate ntre ele. >rin MD2 se transmit instruciunicare trebuiesc realizate. 1peranzii au numrul de bii nxm. Cn procesul executrii instruciunea se mparte nmai multe tacte. Din /1M se transmite permanent MI pentru executarea instruciunii. /ezultatele suntstrnse de MD*. 6anioanele sunt transmise la modulul de comand.

. Microprocesorul sec%ionat 134&

Mi#ropro#esorul se#ioat 1804e destinat realizrii sistemelor specializate de comandm !i decalcul. >rezint un set de microcircuite, circa *% tipuri pe care se poate implimenta un microprocesor deconfiguraie diferit, n dependen de domeniul de utilizare. apacitatea magistralei de date a unei secii deoperare elementare este de 4 bii. >oate funciona la o frecven de tact de *2 MPz. Microprocesorul estealctuit din modulul de operare !i modulul de comand +microprogramare-.

Modulul de operare poate fi realizat pe 2 secii: *J


24/29

Modulul de comand folose!te urmtoarele microcircuite: *J


25/29

)ig' 141'#tructura modulului de comand

0dresa MI urmtoare poate fi format: prin incrimentare# prin decrementare# citit din MI precedent# adresa de salt# poate fi calculat prin adugarea unei constante.

rogramarea mi#ropro#esoarelor se#ioate'

Deoarece M> secionate au o unitate de comand cu microprogramare, n mod iniial ele nu au limba5de programare, nu au set de instruciuni. De aceia la etapa alctuirii programelor n prealabil trebuie deefectuat microprogramarea lor " alctuirea setului de instruciuni. 1rice instruciune const din mai multemicroinstruciuni +MI-, se formeaz un microprogram +Micro>rog-. microinstruciuinea prezint un cod binarce conine semnalele de comand pentru toate blocurile modului de operare, modulului de comand !idispozitive externe.

Dup alctuire, Micro>rogramele se nscriu n memoria fix a modului de comand. Dup aceasta,M> secionat devine analog cu M> monocip. 0ceste seturi de instruciuni seutilizeaz la alctuirea

programelor la fel ca !i n cazul M> lor monocip. 7cBimbarea setului de instruciuni aduce la 2 nea5unsuri : cre!terea preului produselor programistice# incompatibilitatea producerii programelor la diferii utilizatori ale aceluia!i microprocesor.

&. Microprocesoarele monocip a!ansate

1% M$ de < biise utilizeaz mai ales n controlere, calculatoare, calculatoare personale !.a.m.d.1 modificare a IJ IJ


26/29

)ig' 142'#c5ema funcional a M$ - e compatibil cu cele din grupa $J

"

-)7'6D#2D"1#17

CC


27/29

8i. 1&. #c5ema funcional a M$ @


28/29

regimul maximal pentru sisteme complicate un set lrgit de instruciuni +fa de IJ !i are aspectul din fig. *4%.

)ig' 14'#tructura registruluide uz general

0vem 4 registre c;te *% bii.A partea superioar? partea inferioar.

0cest bloc poate fi folosit ca registre de J bii./egistru "e a"rese ndepline!te rolul controlului de program !i indicatorul memoriei stive. /egistrude adrese are structura din fig. *4E.

. . .

. . .

,emnale decomand

,emnale5entru sistem

MD intern ,7

20

Documents

Microprocesoare in Telecomunicatii