Bloková štruktúra mikropočítača Intel 8051

Prezentace na téma: "Bloková štruktúra mikropočítača Intel 8051"— Transkript prezentace:

1 Bloková štruktúra mikropočítača Intel 8051

2 Bloková schéma ROM RAM CPU Hodiny Vstupná jednotka Výstupná jednotka
Styková jednotka Magnet. pamäť CPU adresová zbernica dátová zbernica riadiaca zbernica Hodiny Vstupná jednotka Výstupná jednotka

3 CPU CPU (central processor unit) – centrálna procesorová jednotka slúži na vykonávanie inštrukcií a riadi činnosť počítača CPU=ALJ + RJ CPU potrebuje k svojej činnosti tzv. hodiny, ktoré udávajú taktovaciu frekvenciu, teda počet impulzov za sekundu, počas ktorých dokáže CPU vykonať práve jednu operáciu

4 Pamäte Mikropočítač Intel 8051 má dva typy pamätí:
ROM – read only memory, nazýva sa tiež riadiaca pamäť a obsahuje inštrukcie, ktoré má vykonať procesor RAM – random access memory, nazýva sa tiež pamäť dát a obsahuje dáta, ktoré vstupujú do výpočtu, resp. z neho vystupujú

5 RAM Pamäť RAM sa skladá z registrov - t.j. voľných pamäťových miest. Keďže procesor je 8-bitový, aj jeho registre sú 8-bitové. Pamäť RAM uchováva dáta privedené do procesora cez I/O linky alebo porty a dáta vypočítané procesorom. Na to slúži časť pamäte RAM označená ako FREE RAM.  Druhá časť označená ako SFR (Special Function register - špeciálne funkčné registre) obsahuje takisto 8-bitové registre, ale ich obsah, ktorý takisto užívateľ programovo napĺňa, priamo vplýva na chovanie sa procesora a nastavuje sa nimi režim činnosti mikroprocesora.  SFR špeciálne funkčné registre 128 byteov FREE RAM 128 byteov

6 SFR Oblasť SFR obsahuje 128 jedno- byteových registrov napríklad:
P1 a P3 vstupno-výstupné registre, v ktorých je uložené slovo na Vstupe do mikropočítača, resp. do nich ukladáme slovo, ktoré chceme preniesť na výstup ACC – akumulátor PSW – stavové slovo

7 FREE RAM Najčastejšie registre používané na uchovávanie dát sú registre R0 až R7. Táto sústava 8 registrov tvorí tzv. banku registrov. Užívateľ má k dispozícii 4 takéto banky registrov. Súčasne môže pracovať len s jednou bankou - ak chce načítať, alebo zapísať údaje do inej banky registrov, musí sa do nej prepnúť vhodným nastavením špeciálneho funkčného registra PSW. Nad bankami registrov je bitovo adresovateľná oblasť - túto teda môžeme pristupovať k dátam priamo po jednotlivých bitoch. Nad bitovo adresovateľnou oblasťou je ďalšia voľná oblasť, adresovaná však už len po bytoch.

8 Vstupno-výstupné jednotky
Realizujú styk počítača s okolím Vstupná jednotka slúži na načítanie informácií z okolia počítača, je akýmisi „očami a ušami“ počítača Výstupná jednotka poskytuje informácie z počítača do okolia, je akýmisi „ústami“ počítača V/V jednotky komunikujú so svojim okolím prostredníctvom elektrických signálov

9 Porty Ako vstupno-výstupné jednotky slúžia v ČP 8051 takzvané porty
8051 má 4 porty (P0 až P3) Na porty je možné zapisovať údaje alebo z nich môžeme údaje čítať Údaje, ktoré chceme zapísať/čítať zapisujeme/čítame do/z RAM (oblasť SFR), kde má každý port vyhradené svoje miesto o veľkosti 1B

10 Styková jednotka a magnetická pamäť
Magnetická pamäť je prídavná pamäť, ktorá sa dá pripojiť ako ďalšia RAM v prípade, že základná RAM nepostačuje k riadnemu chodu programu Styková jednotka slúži na styk počítača s magnetickou pamäťou

11 Zbernice Sú to paralelne vedené vodiče, po ktorých sa vysiela binárny kód ku rôznym častiam počítača Podľa toho, aké signály sa vysielajú po zbernici, rozlišujeme zbernice na: Dátovú – prenášajú sa po nej dáta Adresovú – prenášajú sa po nej adresy Riadaciu – prenášajú sa po nej riadiace signály

12 Dátová zbernica Po tejto zbernici sa prenášajú dáta k rôznym zariadeniam počítača napríklad medzi pamäťou a procesorom Podľa šírky zbernice sa počítače delia na 8,16,32,64 bitové Počítač Intel 8051 má 8 bitovú dátovú zbernicu a preto ho zaradzujeme medzi 8 bitové počítače

13 Adresová zbernica Vysielajú sa po nej adresy zariadení a adresy pamäťových buniek v RAM pamäti V počítači Intel 8051 je 16 bitová adresová zbernica, ktorá dokáže „zaadresovať“ 216=65535 pamäťových buniek

14 Riadiaca zbernica Slúži na prenos riadiacich signálov medzi zariadeniami počítača Vysiela napríklad signály, ktoré sprístupňujú pamäť pre čítanie resp. zapisovanie alebo napr. prenos kódu inštrukcie z pamäte do inštrukčného registra

15 Púzdro a piny 8051

16 Porty P0-P3 P0 - P3 sú tvorené špeciálnym zapojením registrov, ktoré umožňuje využívať porty oboma smermi. Aby sme mohli prečítať vstupujúci údaj z pinu daného portu, musíme najprv na port  vyslať logickú "1". Pri reštarte počítača sa tento stav nastavuje automaticky.

17 Pin EA (External Access)
Má význam len pre I8051 a ovplyvňuje používanie CODE memory (ROM) v ktorej sa nachádza programový kód. V prípade že EA = 0 tak sa program vykonáva iba z vonkajšej CODE pamäti. Ak sa EA = 1 potom sa kombinuje vnútorná pamäť pre kód od adresy 0-0FFFH a externá pamäť 1000H-FFFFH. Do prekrytej externej pamäte (internou pamäťou) sa pristupuje cez rozdielne inštrukcie.

18 ALE, PSEN*, RD*, RW* ALE - Adress Low Enable PSEN*,RD*,WR*
Pretože nižších 8 bitov adresovej zbernice sa musí deliť o port P0 s dátovou zbernicou, rieši sa to v priebehu inštrukčného cyklu tak, že najprv sa na porte objaví adresa a jej prítomnosť signalizuje signál ALE. Ten sa využíva na zápis adresy do pomocných externých registrov. Po odovzdaní adresy signál ALE sa vracia na pôvodnú hodnotu "1" a port P0 je uvoľnený pre dátovú zbernicu.   PSEN*,RD*,WR*  Sú riadiace signály, ktoré sú generované pri vykonávaní inštrukcií MOV,  MOVX a MOVC. Spolu s Adresnou a  Dátovou zbernicou  (Porty P0 a P1) a so signálom ALE sa podieľajú na komunikácii s externou ROM pamäťou (PSEN* - čítanie) a s externou RAM pamäťou (RD*- čítanie, WR*- zápis). Hviezdička (*) znamená, že signál je aktívny, ak je na príslušnom pine logická 0

19 Ostatné piny INT0*, INT1* - obsluha externých prerušení
RXD, TXD – pin pre prijímanie a vysielanie údajov pri sériovej komunikácii dvoch zariadení T0,T1 umožňujú riadiť vnútorné časovače pre synchronizáciu toku dát VCC, GND – pin pre napájanie mikropočítača (VCC) a pre uzemnenie mikropočítača (GND)

20 Inštrukčný cyklus

21 Inštrukčný cyklus Je to postupnosť krokov, počas ktorých procesor vyberie inštrukciu, dekóduje inštrukciu, spracuje inštrukciu a uloží výsledky vykonania inštrukcie Po ukončení IC sa programové počítadlo zvýši o požadovanú hodnotu, najčastejšie o 1

22 Fázy inštrukčného cyklu
F (Fetch) – fáza výberu inštrukcie D (Decode) – fáza dekódovania inštrukcie O (Operate) – fáza výberu operandu E (Execute) – fáza vykonania inštrukcie S (Store) – fáza uloženia výsledku

23 Vývojový diagram IC ŠTART Vyslanie adresy inštrukcie
Vykonanie inštrukcie Uloženie výsledku Prenos inštrukcie z ROM do dekódera Výber operandov Dekódovanie operačného kódu Inštrukcie Nastavenie novej hodnoty PC