2. Блок центрального процессора Intel 8085

В марте 1976 г. фирмой Intel была выпущена усовершенствованная версия процессора 8080, названная 8085. Как и его предшественник, процессор 8085 имел 8-битные шины адреса и данных и мог адресовать 64 Кбайт памяти. Впервые микропроцессор питался от одного источника напряжением 5 В, вместо двух напряжениями 5 и 12 В. Несмотря на повышенную до 5 МГц (в модели 8085A – 6,25 МГц, а в модели 8085A-2 – 10 МГц) тактовую частоту, производительность процессора составила всего 370 тыс. операций в секунду. Также впервые в микропроцессорах фирмы Intel была использована 3-микронная технология (вместо 6-микронной в процессоре 8080), позволившая увеличить степень интеграции до 6500 транзисторов на кристалле той же величины, что и 8080.

Кроме улучшенного ЦПУ, на кристалле микропроцессора 8085 располагались также генератор синхронизации и контроллер приоритетных прерываний, позволяющий обслуживать прерывания с четырёх дополнительных входов запросов прерываний.

Оба микропроцессора – 8080 и 8085 – выпускались в 40-контактных двухрядных корпусах. Первому из них требовалась микросхема поддержки 8228, средства которой встроены в процессор 8085; в остальном процессоры работают аналогично. У процессора 8085 линии адреса и данных мультиплексируются, т.е. 8 линий данных разделяют те же контакты процессора, что и 8 младших линий 16-разрядной шины адреса. Для его работы со старыми микросхемами памяти, совместимыми с процессором 8080, у которого линии адреса и данных не мультиплексируются, требуется отдельная микросхема – демультиплексор, например, Intel 8212.

Микропроцессоры 8080/8085 имеют один и тот же набор из семи 8-битных рабочих регистров (A, B, C, D, E, H, L); для работы с 16-битными величинами некоторые пары регистров можно объединять, образуя таким образом три 16-битных регистра (BC, DE, HL) с возможностью доступа к отдельным 8-битным половинам. Одна из регистровых пар (HL) применяется также для косвенной адресации. Группу 16-битных указательных регистров образуют указатель стека (SP – stack pointer) и программный счётчик (PC – program counter) 8-битное слово состояния процессора содержит флажки нуля, чётности, знака, переноса и вспомогательного переноса (ZF, PF, SF, CF, AF zero flag, parity flag, sign flag, carry flag, auxiliary carry flag). При сбросе (перезагрузке) процессора все его регистры, включая программный счётчик, обнуляются.

Формат команд микропроцессоров 8080/8085 сравнительно простой: первый байт команды содержит код операции, идентифицирующий её, а за ним следует от 0 до 2 байт операндов. Иногда (как правило, в арифметических командах) номер регистра-операнда содержится в коде операции, но весь код операции всегда заключён в первом байте команды.

Восьмиразрядный МП Intel 8085 заключён в корпус DIP (с двусторонней упаковкой выводов) с 40 выводами, расположение которых приведено на рисунке. Ниже, в таблице приведено название выводов и их назначение.

Архитектура МП INTEL 8085

Функциональная схема (архитектура) микропроцессора Intel 8085 приведена на рисунке:

МП имеет 16-разрядный счётчик команд и защёлку адреса, которая загружает специализированную адресную (А15 – А18) и мультиплексированную (AD7 – AD0) шины. Параллельные данные входят в МП и покидают его через (AD7 – AD0). Эта шина передаёт адрес, когда линия управления ALE получает Н-сигнал, и данные – когда L-сигнал.

По 8-разрядной внутренней шине входящие и выходящие данные вводятся внутрь устройства. Они могут поступать с внутренней шины данных в следующие части МП:

      – 8-разрядный аккумудятор;

      – регистр временного хранения;

      – индикаторы;

      – регистр команд;

      – устройство управления;

      – какой-либо из регистров общего назначения (B, C, D, E, H, L);

      – 16-разрядный указатель стека;

      – 16-разрядный счётчик команд;

      – 8-разрядный буфер адреса/данных.

    Арифметико-логическое устройство загружается двумя 8-разрядными регистрами (аккумулятором и регистром временного хранения), как в типовом МП.

    Регистр состояний содержит пять индикаторов состояния вместо двух, как это было в типовом МП.

    Регистр команд связан с дешифратором, который определяет текущую команду, требуемую микропрограмму или следующий машинный цикл, а затем информирует схему управления и синхронизации о последовательности действий. Эта схема координирует действия МП и периферии.

2.1. Описание микропроцессора КР580ВМ80А.

Этот микропроцессор представляет собой 8-разрядный процессор, в котором совмещены операционные и управляющие устройства. Управляющая память недоступна пользователю, в ней уже в процессе изготовления БИС записываются микропрограммы операций. Таким образом, предусматривается использование некоторой фиксированной системы команд, в которую пользователь не может внести изменений. В связи с этим данный микропроцессор относится к числу немикропрограммируемых.

КР580ВМ80А Выполнение каждой команды производится микропроцессором в строго определенной последовательности действий, которая определяется кодом команды и синхронизируется сигналами Ф1 и Ф2 тактового генератора. Для формирования управляющих сигналов искусственно мультиплексируют шину данных, то есть в начале каждого машинного цикла на шину данных микропроцессор выставляет 8 управляющих сигналов, называемых байтом состояния. Байт состояния указывает, какой из машинных циклов выполняется в текущий момент, то есть к какому из внешних устройств происходит обращение. Байт состояния выставляется на шину данных по переднему фронту сигнала Ф2 в первом такте и снимается с шины данных по переднему фронту Ф2 во втором такте. Для того, чтобы показать, что идет процесс передачи байта состояния, используется выход SYNC микропроцессора: при выводе байта состояния на выходе SYNC=1. Сигнал SYNC=1 позволяет выделить байт состояния из информации передаваемой по шине данных. Байт состояния выдаётся на шину данных в интервале SYNC=1, а используется на протяжении всего машинного цикла. Поэтому байт состояния запоминается в специальном регистре слова - состояния. Запись производится с использованием сигналов SYNC=1 и Ф2=1. Дешифратор преобразует

байт состояния требуемые для текущего машинного цикла системные управляющие сигналы. При формировании этих управляющих сигналов для согласования блоков МПС по временным характеристикам используются выходные сигналы микропроцессора DBIN и WR. Регистр слова-состояния и дешифратор, обеспечивающие формирование системных управляющих сигналов, называются системным контроллером.

Назначение выводов микропроцессора.

2.2. Описание генератора тактовых импульсов.

Генератор тактовых импульсов выполнен на микросхеме КР580ГФ24. Основное назначение этой микросхемы – формирование 2-х последовательных тактовых импульсов Ф1 и Ф2. Кроме того, микросхема выдает последовательность импульсов с уровнями, например, согласованными с уровнями ТТЛ, формирует сигнал «Сброс», «Готовность» и «Строб. состояние». Сигнал «Сброс» производит сброс в ноль счетчика команд МС и МП. Сигналы «Вх. сброс», под действием которого в микросхеме формируется сигнал «Сброс». В момент включения источника питания, напряжение на входе «Вх. сброс» равно нулю. При этом на выходе микросхемы формируется «Сброс». Далее, током через сопротивление начинает заряжаться конденсатор, когда напряжение на конденсаторе достигнет определенного значения, снимается сигнал сброс с выхода МС и МП может быть выполнен замыканием показанного ключа. При этом конденсатор разряжается и на выходе МС возникает «Сброс». После размыкания ключа конденсатор заряжается и в некоторый момент снимается сигналом «Сброс» и МП начинает выполнять программу.

2.3. Описание шинного формирователя.

В цепи передачи включены два повторителя имеющие три состояния. При этом, если 1 из повторителей находится во включенном состоянии, то другой в выключенном и передача будет осуществляться через повторитель 1 в направлении от вывода А0 к выводу В0. Если повторители переключить в обратное состояние, то передача будет осуществляться от В0 к А0.

Управление состоянием повторителей осуществляется элементами ИЛИ-НЕ с помощью сигналов СЕ (ВК) и Т. Если на выходе установлен высокий уровень1, то независимо значение сигнала Т, на выходе элемента ИЛИ-НЕ установлен низкий уровень – логический 0. Если СЕ (ВК) = 0 и Т = 1, то на выходе ИЛИ-НЕ 1 будет 1.

2.4. Описание системного контроллера КР580ВК28.

Системный контроллер необходим для формирования управляющих сигналов и увеличения нагрузочной способности шины данных. В системном контроллере нашего типа предусмотрен шинный формирователь, выполняющий функции двунаправленного буфера. Выдаваемая из МП в начале цикла информация о состоянии при появлении сигнала «Строб» фиксируется в регистре. Контрольно-кодирующая матрица использует содержимое регистра состояния и управляющие сигналы с выхода МП «Прием», «Запись», «Подтверждение захвата» формируя на выходе контроллера управляемые сигналы.

3. Микросхема памяти.

Микросхема памяти предназначена для временного хранения информации обрабатываемой центральным процессором. В моем задании используется микросхема статической памяти К541РУ2А, которая имеет организацию ячеек 1024х4 (бит).

4. Организация ОЗУ.

Организация ОЗУ выполняется из расчета заданного объема памяти (4096х8) и заданного типа микросхемы памяти, которая имеет организацию ячеек 1024х4. Проводя несложные математические операции (4096х8 / 1024х4 = 4 линии по 2 микросхемы) получаем требуемую схему подключения микросхем памяти.