Assembler

ARHITECTURA MICROPROCESOARELOR

INTRODUCERE

Un ajutor preţios în orice muncă de evidenţă, proiectare, cercetare, automatizare complexă îl constituie sistemele de calcul. Aceste sisteme s-au impus prin precizia de calcul şi viteza de operare, ducând la creşterea considerabilă a calităţii şi productivităţii muncii.

Blocul principal dintr-un sistem de calcul este reprezentat de unitatea centrală de operare, numită şi procesor, ce poate efectua un număr limitat de operaţii elementare: aritmetice (adunare, adunare cu transport, scădere, scădere cu împrumut, incrementare, decrementare, negare), logice (AND, OR, XOR, comparare, complementare) şi de transfer. Unitatea centrală de operare realizată ca circuit integrat se numeşte microprocesor (=P).

Fiecare operaţie elementară prevăzută a fi efectuată de microprocesor presupune existenţa unuia sau a cel mult doi operanzi, unele operaţii impunând existenţa a doi operanzi, iar prin altele acţionându-se asupra unui singur operand.

Pentru a efectua pe un sistem de calcul o operaţie elementară prevazută microprocesorului ce controlează sistemul, trebuie să se comunice microprocesorului atât operaţia de efectuat, cât şi operanzii implicaţi, ori locurile din sistem unde aceştia se găsesc.

Definiţie

Ansamblul informaţiilor necesare unui microprocesor pentru a efectua o operaţie elementară ce i s-a prevăzut, se numeşte instrucţiune.

O instrucţiune reprezentând un ordin dat microprocesorului, mai este numită şi instrucţiune de comandă.

Din considerente de imunitate la perturbaţii, sistemele de calcul, numite şi sisteme cu procesarea informaţiei, ori sisteme cu microprocesor, operează în baza doi de numeraţie, pe cuvinte binare formate dintr-un acelaşi număr de caractere binare numite biţi, număr ce reprezintă o caracteristică a sistemului, fiind sisteme ce operează pe cuvinte din 1, 2, 4, 8, 16, 32 sau 64 de biţi.

Rezultă că o instrucţiune va fi formată dintr-un număr de cuvinte binare, ce vor codifica informaţiile privind operanzii implicaţi şi operaţia de executat în instrucţiune, informaţia referitoare la operaţia de efectuat fiind întotdeauna codificată în primul cuvânt al instrucţiunii, numit cuvânt instrucţiune, în timp ce informaţiile privind operanzii implicaţi sunt distribuite în toate cuvintele instrucţiunii. Numărul de cuvinte binare pe care-i codificată o instrucţiune diferă de la o instrucţiune la alta, cele mai rapide instrucţiuni fiind codificate pe un cuvânt binar, iar cele mai complexe instrucţiuni fiind codificate în patru cuvinte binare.

Cuvintele binare ale unei instrucţiuni de executat trebuie depuse în locaţii din sistem special destinate păstrării cuvintelor binare, fiecare locaţie fiind identificată de microprocesor prin numărul său de ordine numit adresă, în vederea efectuării unei operaţii de scriere, sau de citire. O astfel de locaţie este formată din celule, în fiecare celulă a unei locaţii memorându-se doar un bit din cuvântul înscris în locaţie. Locaţiile dintr-un sistem cu microprocesor sunt formate dintr-un număr de celule egal cu numărul de biţi ai cuvintelor pe care operează sistemul.

Locaţiile sunt distribuite în toate circuitele sistemului a căror funcţionare presupune transferuri de cuvinte binare, iar circuitele a căror singură funcţie este de a păstra cuvinte binare sunt numite circuite de memorie, ce se caracterizează prin capacitatea de memorare exprimată prin numărul de locaţii, sau numărul de biţi conţinuţi. Totalitatea circuitelor de memorie dintr-un sistem de calcul formează memoria sistemului, a cărei capacitate de memorare, în locatii sau în biţi, este dată de suma capacităţilor circuitelor de memorie conţinute.

Transferul de cuvinte binare între locaţiile sistemului şi registrele microprocesorului, se realizează în ambele sensuri, printr-un grup de trasee numit MAGISTRALĂ DE DATE (=DATA BUS), transferul fiind de tip paralel în sensul că toţi biţii unui cuvânt sunt transferaţi simultan, fiecare pe câte un traseu distinct.

Pentru transferul unui cuvânt binar cu o locaţie a sistemului, procesorul trebuie să identifice locaţia prin numărul său de adresă, transferul datei realizându-se efectiv pe durata identificării, când locaţia este conectată la magistrala de date. Rezultă că simultan cu datele trebuie transferate şi numerele de adresă, transferul numerelor de adresă făcându-se tot în mod paralel, dar pe alt grup de trasee, numit MAGISTRALĂ DE ADRESE (=ADDRESS BUS), ce este o magistrală unidirecţională în sensul că numerele de adresă sunt transferate numai de la microprocesor către circuitele sistemului, deoarece doar microprocesorul, ca unic element de control al sistemului, poate genera numere de adresă. În vededea generării şi transferării de numere de adresă, microprocesorul dispune de un număr de locaţii doar pentru numere de adresă, numite registre de adrese.

În sistemul pe care-l controlează, microprocesorul apelează la circuitele sistemului numai pentru a efectua cu locaţiile de care acestea dispun transferuri de cuvinte, o adresă de locaţie transferată pe magistrala de adrese realizând, atât identificarea circuitului locaţiei, numită selecţie, cât şi identificarea locaţiei în circuitul selectat, numită adresare.

Transferul unui cuvânt făcându-se între microprocesor, caracterizat printr-o viteză mare de operare, şi un circuit al sistemului, ce este mai lent ca microprocesorul, sunt necesare semnale logice de comandă şi control ce să asigure sincronizarea circuitelor pe durata transferului, aceste semnale fiind transferate în paralel pe alt grup de trasee numit MAGISTRALĂ DE COMANDĂ ŞI CONTROL, ori pur şi simplu MAGISTRALĂ DE CONTROL (=CONTROL BUS).

Definiţie

Un transfer de date sincronizat cu semnale de comandă şi control se numeşte transfer handshaking (handshake=strângere de mână).

Fiecare circuit a cărui funcţionare presupune transferuri handshaking dispune de o logică de comandă şi control ce se conectează la magistrala de comandă şi control a sistemului creată de blocul de comandă şi control din microprocesor.

Rezultă că orice circuit al sistemului a cărui funcţionare presupune şi transfer de date se conectează la toate cele trei magistrale create de microprocesor pentru a controla sistemul: magistrala de date, magistrala de adrese şi magistrala de comandă şi control.

Transferul de date cu exteriorul sistemului de calcul se face prin echipamente specializate numite ECHIPAMENTE PERIFERICE (=PERIPHERALS) care se conectează la sistem prin intermediul unor circuite prevăzute sistemului şi numite CIRCUITE DE INTERFAŢĂ INTRARE / IEŞIRE (=INPUT/OUTPUT INTERFACE).

Arhitectura unui sistem de calcul este prezentată în fig.1.

Rezolvarea unei probleme complexe pe un sistem de calcul, presupune descompunerea problemei într-o succesiune strictă de operaţii elementare ce pot fi comandate microprocesorului din sistemul de calcul prin instrucţiuni, descompunere realizată pe baza unei metode de rezolvare numită algoritm şi a cărei formă grafică se numeşte organigramă.