Mikroszámítógépek

1. Mikroszámítógépek • I 8085 processzor

2. I8085 részei • Regiszter blokk B-C D-E H-L Stack Pointer Program számláló, Inkrement-dekrement, címlatch

3. I8085 részei • Aritmetikai blokk 8 bites akkumulátor 8 bites ALU Flag bitek Decimális korrekciós hálózat Átmeneti regiszter

4. I8085 részei • Utasítás regiszter-dekóder és vezérlőmű Utasítás regiszter Utasítás dekóder Időzítés és vezérlés Órajel generátor Időzítések, jelzések CPU állapot, üzemmód vezérlés, figyelés, vezérlő és időzítő jelek

5. Megszakítások • TRAP (NMI) Prioritás: 1 Cím: 24h • RST 5.5 Prioritás: 2 Cím: 2Ch • RST6.5 Prioritás: 3 Cím: 34h • RST 7.5 Prioritás: 4 Cím: 3Ch • INTR Prioritás: 5 Cím: kívülről • Prioritás • Maszkolás

6. Utasítás végrehajtás • Utasítás végrehajtás: 1-5 gépi ciklus • Gépi ciklusok fajtái: • FETCH • Memória olvasás • Memória írás • I/O olvasás • I/O írás • Megszakítás elfogadás INTerrupt Acknowledge • Sin művelet nélküli ciklus ( Bus idle) INA, HALT

7. Utasítás végrehajtás • Gépi ciklus: több fázisból áll. • Fázisok: • Megegyezik a CLK órajel periódusidejével • T1, T2, T3, T4, T5, T6

8. CPU állapotok RUN: • a CPU utasításokat hajt végre. Utasítás végrehajtás, megszakítás elfogadás. WAIT: READY jelre vár a CPU. Tovább fut, ha READY=1 lesz. A WAIT állapot létrejöttét letiltani nem lehet.

9. HALT: • HLT utasítás hatására • Megszakítás hatására fut tovább • Halt állapotban HOLD kérelmet elfogad HOLD: CPU kimenetei nagy impedanciás állapotba kerülnek. HOLD jel megszüntéig áll fenn. (DMA) HLDA: nyugtázó jel.

10. Gépi ciklus

11. Normál gépi ciklus • Program végrehajtás, Memóriából vagy I/O egységből olvasás, vagy Memóriába vagy I/O egységbe írás történik. 1 Byte adat mozgatása. T1-T3 alatt adat mozgatás T4-T6 alatt CPU- belüli műveletek

12. HALT típusú gépi ciklus HLT utasítás hatására jön létre. • Utasítás számlálót nem növeli • T1 után nem jön T2, hanem HALT állapot • Adat és cím busz, valamint az IO/M, RD, WR vezérlő jelek nagy impedanciás állapotba kerülnek HALT megszüntetése: HOLD kérelem, RESET, Külső megszakítás

13. HOLD állapot • T3 fázis előtt mintavételezi a HOLD jelet. • A CPU HOLD állapotba kerül és kiadja a HLDA jelet • AD0-AD7, A8-A15, RD, WR, IO/M nagy impedanciás állapotba kerül. • HOLD jel megszünte után visszatés normál állapotba.

14. Megszakítás kezelés • Az utasítás végrehajtás utolsó ciklusában fogad el megszakítást. • Megszakítás elfogadás után INterrupt Acknowledge ( INA) ciklus jön létre. • INTA által ütemezve CALL utasítás kódot, majd két cím byte-ot vesz át a CPU a megszakító egységtől. • TRAP. RST5.5, RST6.5 és RST7.5 fix címekkel rendelkezik. • TRAP: nem tiltható le.

15. A processzor részei Vezérlő egység: Control Unit: A műveleti kód vagy megszakítások alapján a CPU vezérlése a feladata Aritmetikai-Logikai egység: Aritmetikai és logikai műveletek végrehajtása Regiszterek: Utasítás számláló Utasítás regiszter

16. A processzor részei Regiszterek: Utasítás számláló Utasítás regiszter Bázis cím regiszter Index regiszter Állapot/vezérlő regiszter Stack pointer Puffer regiszterek: Belső és külső busz szétválasztása.

17. A processzor részei

18. Utasítás végrehajtás, vezérlő egység • Utasítás végrehajtás lépései: • Utasítás lehívás • Utasítás számláló tartalmának növelése • Műveleti kód értelmezése, dekódolás • Művelethez szükséges adatok előkészítése, kiolvasása • Művelet végrehajtás • Eredmény elhelyezése ( akkumulátor, vagy memória)

19. Utasítás végrehajtás blokkvázlata

20. Utasítás végrehajtás

21. Műveleti vezérlés módjai Huzalozott A művelet végrehajtáshoz szükséges elemi tevékenységek sorrendjének vezérlését sorrendi, és kombinációs hálózatok vezérlik. ( PLA) Mikroprogramozott A végrehajtás lépéseit a mikroprogram tárban tárolt utasítások vezérlik

22. Mikroprogram tár

23. Mikroutasítások szerkezete

24. Huzalozott vezérlés

25. Mikroprogramozott vezérlés:

26. CISC processzorok műveleti vezérlése • CISC processzorok: • Sok, bonyolult utasítás: mikroprogramozott vezérléssel a legegyszerűbb megvalósítani. • Adat mozgás művelet végrehajtás közben főleg a memória és a regiszterek között zajlik.

27. CISC processzorok műveleti vezérlése

28. RISC procwsszorok művelet vezérlése • RISC processzorok: • Kevés számú, egyszerű utasítás • Az utasítások közvetlenül végrehajthatók • A lefordított program cache tárba kerül, a végrehajtás innen történik, hasonlóan a mikroprogramozott vezérléshez. • Adatok mozgása főleg a regiszterek között történik

29. RISC gépek művelet vezérlése

30. Átlapolt utasítás végrehajtás

31. Elágazások kezelése:Pipeline törlése

32. Elágazások kezelése:késleltetett elágazások

33. Tároló kezelés • Tároló hierarchia: • Regisztertár 5-10 ns • Cache tár • Főtár 50-100 ns • Cache tár • Háttértár 1-10 ms • Tömegtároló 300-500 ms

34. Regisztertár • Regiszterek típusai: Felhasználó által elérhető PC, IX, SP, FLAG, általános célú regiszterek Felhasználó által nem elérhető: Vezérlő/állapot, rendszer regiszterek

35. Regisztertárakkal szemben támasztott kövelelmények • Adatforgalom csökkentése a memória és a processzor között • Nagy méret ( 32, 64, 128.. Db) • 3 címes elérés ( 2 operandus + eredmény) • Általános felhasználású legyen

36. Regisztertárak kezelési formái • Regiszterbank • Ablaktechnika • Blokktechnika

37. Cache tárak jellemzői • ON-CHIP ( 8-32 kB) vagy OFF CHIP 64-256 kB( processzorban vagy kívül) • Adatátvitel a cache és a memória között blokkos • Utasítás, adat illetve vegyes cache tárolók lehetnek • Általában tartalom szerinti visszakereséssel működnek ( asszociatív) cache tár • Tartalom cseréjéhez hatékony stratégia kell • CPU és cache sebessége legyen azonos

38. Cache-hit és cache-miss

39. Asszociatív cache

40. Közvetlen leképzésű cache

41. Csoport asszociatív cache