Bazele microprocesoarelor

  • Published on
    13-Aug-2015

  • View
    85

  • Download
    1

Embed Size (px)

Transcript

CUVANT INAINTE Prezentalucraretrateazaprincipaleleaspectelegatedesistemelecumicroprocesoare, privite din punctul de vedere al inginerului de aplicatie, cu profil electrotehnic. Lucrarea seadreseazaviitorilorutilizatoriaiunorsistemecumicroprocesoare,carevorfipusiin situatiadeaconfiguraasemeneasisteme,deaimplementaaplicatiidedicate,prin proiectarea interfetelor specifice si elaborarea programelor aferente. StructuraprezentatareprezintainesentacursuldeSistemecumicroprocesoarepredat decatreautoristudentilordelaanulIVaifacultatiideElectrotehnicaaUniversitatii Politehnica din Bucuresti. Scopul principal al cartii este de a oferi informatiile si a forma conceptele fundamentale legatedeproblematicautilizariisistemelormicroprocesor.Diversitateatipurilor, caracteristicilordelucrusiperformantelordiverselorfamiliidemicroprocesoare,ritmul extrem de ridicat in care apar noi componente, tehnologii, concepte, impun utilizarea unei anumitestrategiiinabordareaacestuisubiect.S-aurmaritdefinireanotiunilorgeneral valabilepentrutoateacestesisteme,pebazaintelegeriicaroraingineruldeaplicatieva puteaaprofunda,pentruconfiguratiiconcrete,elementelespecificeasociateacestor configuratii. In capitolul 1, Introducere, se face o trecere in revista a istoricului microprocesoarelor, aevolutieiacestoraincelepestedouadeceniiscursedelaaparitie,atehnologiilor, tipurilor si performantelor acestora. Se definesc sistemele numerice operand in timp real, si tipul reprezentativ de aplicatie asociat acestora. Capitolul2Notiuniintroductive,prezintaprincipalelenotiunilegatedearitmetica numerelorintregi,siaelementelordelogicacircuitelornumerice.Acesteelementesunt fundamentale pentru intelegerea si studiul sistemelor cu microprocesoare. Capitolul3,Microprocesoare-Conceptegenerale,reprezintaoamplaanalizaa conceptelor legate de microprocesoare si de sistemele cu microprocesoare. Se analizeaza atat microprocesorul, din punct de vedere functional, si al structurii hardware si software de baza, cat si structura si principiile de configurare a memoriei si interfetelor de intrare-iesirealeunuisistemmicroprocesor.Capitolulseincheiecuunexempludesistem microprocesor simplificat, ce implementeaza o aplicatie simpla, dar completa, continand atat specificatiile de proiectare hardware cat si software necesare. SISTEME CU MICROPROCESOARE ii Capitolul4abordeazaprezentareacircuituluiINTEL8086,tipreprezentativde microprocesor,atatdatoritastructuriisicaracteristicilorsalehardwaresiasetuluide instructiuni, cat si a utilizarii pe scara larga in constructia microcalculatoarelor de tip PC. Capitolul5,Implementareainterfetelordeintrare-iesire,prezintaapectelegatede implementarea porturilor de uz general de tip numeric sau analogic, cat si a principalelor tipurideinterfetedeintrare-iesirespecializate,detipulporturilorseriale,ceasurilorde timpreal,sauacontrolerelordeintrerupere.Sefacexemplificariceutilizeaza componentecompatibilecumicroprocesorulINTEL8086,schemelesiprogramele prezentate fiind implementabile pe microcalculatoare de tip PC-AT. Capitolul6Aplicatiialesistemelormicroprocesor,incununeazaaceststudiucu prezentareaunuiexemplucompletdeproiectareaunuisistemdecontroldiscret implementat cu microprocesor de tip 8086. Pornind de la enuntul temei aplicatiei, dupa o analizaastructurii,alegereacomponentelorsidefiniriiparametriloracestora,se proiecteaza structura sistemului de control - atat constructiva - hardware, cat si programul aferent-software.Furnizareatuturordetaliilordeproiectareoferaastfelcititorului posibilitateadeacunoasteinmodconcretprincipiilepebazacaroratrebuieactionat pentru abordarea unei asemenea problematici. Autoriisperacaaceastalucraresareprezinteuninstrumentutilpentruintelegerea problematiciidebazareferitoarelautilizarea,configurareasiprogramareasistemelorcu microprocesoareutilizateinaplicatiileindustriale.Speramcagraduldegeneralitatela cares-aincercatsasepastrezeprezentareavafiutilprinoferireadeinformatiivalabile pentru cea mai mare parte a sistemelor cu microprocesoare existente, si astfel, va oferi un punct de pornire celor interesati in intelegerea principiilor si in utilizarea cu performante maxime a unor asemenea sisteme. CUPRINS 1.INTRODUCERE............................................................................................... 1-1 1.1.MICROPROCESORUL - REPERE GENERALE ................................................................. 1-1 1.2.OBIECTUL CARTII ............................................................................................................. 1-5 2.NOTIUNI INTRODUCTIVE .............................................................................. 2-1 2.1ARITMETICA NUMERELOR INTREGI................................................................................ 2-1 2.1.1Aritmetica numerelor intregi, pozitive (fara semn)......................................................... 2-3 2.1.2Aritmetica numerelor intregi, cu semn........................................................................... 2-4 2.1.3Aritmetica numerelor zecimale codificate binar (BCD).................................................. 2-6 2.1.4Aritmetica numerelor fractionare ................................................................................... 2-6 2.2ELEMENTE DE LOGICA CIRCUITELOR NUMERICE....................................................... 2-6 2.2.1Logica booleana ............................................................................................................ 2-7 2.2.2Porti logice..................................................................................................................... 2-8 2.2.3Inversoare...................................................................................................................... 2-9 2.2.4Reprezentari logice alternative...................................................................................... 2-9 2.2.5Poarta tri-state............................................................................................................. 2-10 2.2.6Bistabilul de tip D......................................................................................................... 2-10 2.2.7Registre. ...................................................................................................................... 2-12 2.2.8Multiplexoare ............................................................................................................... 2-14 2.2.9Demultiplexoare si decodificatoare ............................................................................. 2-15 2.2.10Circuite logice programabile (PLD) ............................................................................. 2-16 3.MICROPROCESOARE - CONCEPTE GENERALE........................................ 3-1 3.1MICROPROCESORUL --- PREZENTARE FUNCTIONALA ............................................... 3-2 3.1.1Functiile de baza ale microprocesorului ........................................................................ 3-3 3.1.2Aspectul temporal - secvential ...................................................................................... 3-6 3.1.3Reprezentarea informatiei ............................................................................................. 3-6 3.1.4Memorarea informatiei .................................................................................................. 3-7 3.1.5Conceptul de program................................................................................................... 3-9 3.2CONCEPTUL DE MAGISTRALA......................................................................................... 3-9 3.2.1Magistrala de date....................................................................................................... 3-11 3.2.2Magistrala de adrese................................................................................................... 3-11 3.2.3Magistrala de control ................................................................................................... 3-12 3.3MICROPROCESORUL - PREZENTARE HARDWARE .................................................... 3-13 3.3.1Functia de control ........................................................................................................ 3-13 3.3.2Functia de memorare .................................................................................................. 3-22 3.3.3Functia aritmetico-logica ............................................................................................. 3-25 3.3.4Functia de intrare/iesire. .............................................................................................. 3-28 3.3.5Microprogramarea....................................................................................................... 3-29 3.4MEMORIA INTERNA A SISTEMULUI MICROCALCULATOR......................................... 3-31 BAZELE MICROPROCESOARELOR iv3.4.1Memorii RAM............................................................................................................... 3-32 3.4.2Memorii ROM.............................................................................................................. 3-40 3.4.3Organizarea tipica a memoriei sistemului microprocesor ........................................... 3-43 3.5SOFTWARE-UL SISTEMULUI MICROPROCESOR-ASPECTE GENERALE ................. 3-44 3.5.1Consideratii de baza.................................................................................................... 3-45 3.5.2Moduri de adresare ..................................................................................................... 3-46 3.5.3Setul de instructiuni al microprocesorului .................................................................... 3-54 3.5.4Utilizarea stivei programului ........................................................................................ 3-67 3.5.5Limbajul de asamblare ................................................................................................ 3-70 3.5.6Metodologia elaborarii pro