Análisis general de un Microprocesador

Análisis general de un Microprocesador
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Arquitectura del chip
Repertorio de instrucciones
Sistema mínimo
Señales de control
Función de cada pin del µP
Herramientas de desarrollo
Performance
1. ARQUITECTURA DEL CHIP
Se analiza:
• Longitud de palabra
• Longitud de la instrucción
• Bus de direcciones de memoria de
programa
• Bus de direcciones de memoria de datos
• Bus de datos
• Buses internos
• Organización de los registro (registros
dedicados)
2. REPERTORIO DE INSTRUCCIONES
(Set de instrucciones)
• Es el conjunto de instrucciones que puede
realizar un microprocesador
• Instrucciones aritméticas
• Instrucciones lógicas
• Instrucciones de transferencias de datos
• Instrucciones de bifurcación (de salto)
• Instrucciones de llamado y vuelta de subrutinas
• Instrucciones de comunicación
• Instrucciones varias (misceláneas)
2. Set de instrucciones
Instrucciones aritméticas
Suma, resta, multiplicación, división (punto fijo punto flotante) incremento, decremento, etc
Instrucciones lógicas
And, Or, Xor, Not, Rotación, Comparación.
Que operandos pueden usarse.
Instrucciones de transferencias de datos
Movimiento entre registros, entre registros y direcciones de memoria, entre direcciones de
memoria, movimientos de entrada/salida.
Instrucciones de bifurcación
Saltos incondicionales, saltos condicionales, condición de los registros, de banderas,
decremento y salto, etc.
Instrucciones de llamado y vuelta de subrutinas
Llamados a subrutinas y retorno de subrutinas incondicional o condicional.
Instrucciones de comunicación
Permiten la comunicación con otros procesadores
Instrucciones varias (misceláneas)
Operaciones del stack, Instrucciones relacionadas con las interrupciones.
El número y la complejidad de las instrucciones que puede ejecutar el µP define si se
trata de un CISC o un RISC.
3. Sistema mínimo
Para poder trabajar una unidad de computo necesita un número mínimo de elementos:
* Microprocesador
* Memoria (de programa y de datos)
* Entrada/salida
* Sistema de decodificación
* Reloj
Estos elementos ya se han visto durante el curso, y
se conoce su importancia y su funcionamiento.
Como se trata de un sistema sincrónico es necesario contar con un elemento que provea la
señal de sincronismo.
El circuito oscilador puede ser externo al µP o puede estar integrado dentro del chip, la
frecuencia de oscilación esta fijada por un cristal o por un RC.
Los µP aceptan un rango de frecuencias para el sincronismo.
Los que permiten cero como frecuencia mínima simplifican la posibilidad de ejecutar un
programa paso a paso.
* Fuente de alimentación
El fabricante especifica valor de tensión máxima y mínimas admisibles
El corte de alimentación en un instante hace perder el contenido de los registros internos del µP.
Valores mayores (o negativos) de los permitidos pueden destruir el chip.
* Sistema de reset
Todo µP tiene que comenzar con sus registros internos en un valor perfectamente definido,
además muchas veces deben generar tensiones negativas que se usan internamente. Esto lleva
un cierto tiempo durante el cual el chip no puede trabajar.
Para garantizar este tiempo existe una entrada de reset que debe estar activada un cierto tiempo,
luego que se alimenta el chip.
Generalmente se usa un circuito RC.
Se debe garantizar que cada vez que se interrumpe la tensión de alimentación del µP se activa la
pata de reset.
Análisis de un Microprocesador
4. SEÑALES DE CONTROL
Esta señales entran o salen del micro de modo lograr un correcto funcionamiento del sistema.
Estas varían mucho según el µP usado algunas mas o menos comunes son: Read, Write,
Reset out, Timer out, Reset, Entradas de interrupciones, etc.
5. FUNCIÓN DE CADA PIN DEL µP
Aquí es donde hay mayor diferencia entre los distintos µP, desde el número de pines hasta la
función de cada uno.
Aquí es importante analizar las características eléctricas de cada pin, para saber las tensiones
de trabajo y las corrientes máximas que son capaces de soportar, como así la carga que
presentan cuando se trata de entradas.
6. HERRAMIENTAS DE DESARROLLO
Los fabricantes cuentan con herramientas de desarrollo que están diseñadas para trabajar con
cada µP. Ensamblador, simulador, emulador, cross complilador etc.
Hay que evaluar las características, disponibilidad y costo de las mismas.
7. PERFORMANCE DEL PROCESADOR
Según la tarea que se quiere realizar, se debe conocer la velocidad de trabajo y el consumo. Si
se optimiza el consumo puede ser adecuado un procesador y si se quiere trabajar rápido otro.
Otras cosas a tener en cuenta podrían ser:
* Tiempo de entrenamiento.
* Temperatura de trabajo y de almacenamiento.
* Precio y si están disponibles en el mercado.
El microprocesador Intel 8085
Características generales:
• Está realizado en una única pastilla
(o chip) en tecnología NMOS.
• Es de 8 bits con capacidad de
direccionamiento de 64K.
• Alimentación única de 5V y
generación interna de clock.
• Dispone de 78 instrucciones. Modos
de direccionamiento: directo, registro,
registro indirecto e inmediato.
• Integra un sistema de interrupciones
vectorizadas enmascarables con
prioridad y una no-enmascarable.
• La parte baja del bus de direcciones
está multiplexada con el bus de datos,
lo que permite reducir el número de
terminales.
Distribución de terminales
El microprocesador Intel 8085
Arquitectura interna del chip:
El microprocesador Intel 8085
Detalle de la generación
Interna del clock:
Obtención del bus de direcciones
por medio de un latch 74LS374:
Diagrama de tiempos de la
señal ALE:
El μP Intel 8085: sistema mínimo genérico
Familia de chips diseñados para el μP 8085
8212:
Latch de 8-bits usado para des-multiplexar el bus de direcciones/datos.
8355 / 8755:
2K bytes ROM/EPROM
2 puertos de 8 bits (configurables como I/O)
8155 / 8156:
256 bytes de RAM estatica
2 puertos de 8 bits
1 puerto de 6 bits
1 timer de 14 bits
8253:
3 timers independientes de 16-bits
8279:
controlador de display/teclado
Existen otros chips de la familia 8XXX con mas funciones: comunicacion serial
(8251), paralela (8255), controlador de floppy disk (8271), crt, interrupciones, etc.
El μP Intel 8085: sistema mínimo con chips de la familia
El μP Intel 8085: sistema mínimo usando memorias estándar
El μP Intel 8085: registros internos
Registros internos de
programación de μP 8085.
El μP Intel 8085: algunas instrucciones
Instrucciones aritméticas/lógicas
INR
r
DCR
r
ADD
r
Instrucciones de transferencias de datos
MVI
r,dato
LDA
dir
STA
dir
MOV
r1,r2
Instrucciones de bifurcación
JMP
dir
JZ
dir
JNZ
dir
Instrucciones de llamado y vuelta de subrutinas
CALL
dir
RET
Instrucciones de comunicación
IN
dir
OUT
dir
Instrucciones varias (misceláneas)
PUSH
rr
POP
rr
RIM, SIM, HLT, NOP, etc…
Se trata de un procesador CISC…
El μP Intel 8085: modos de direccionamiento
•
Los modos de direccionamiento que tiene un set de instrucciones, son las
distintas maneras de acceder a un objeto.
•
El μP 8085 tiene fundamentalmente 4 modos de direccionamiento:
1.
2.
3.
4.
Directo
Registro
Inmediato
Registro indirecto
Directo: Se indica, en el byte 2 y el byte 3 de la instrucción, la dirección donde está
el dato. Ejemplo:
LDA
3027h
A Å (3027h)
3A
27
30
Registro: El código de instrucción indica el registro (o registro par) en donde
está el dato. Ejemplo:
ADD
B
A Å A+B
1000000
El μP Intel 8085: modos de direccionamiento
Inmediato: La instrucción contiene el dato en si mismo. Puede ser de 8 o 16 bits.
Ejemplo 1:
MVI
D,73h
D Å 73h
00010110
01110011
Ejemplo 2:
LXI
SP,7FFFh
SP Å 7FFFh
00110001
11111111
01111111
Registro indirecto: La instrucción indica un registro que contiene la dirección donde
está el dato.
Ejemplo:
MOV
C,M
C Å (HL)
01001110
Ciclos de máquina
• Cada acceso de R/W corresponde a un ciclo de máquina.
• Toda instrucción consiste en una secuencia de 1 a 5 ciclos de máquina
(dependiendo de la instrucción).
• Cada ciclo de máquina consiste de un mínimo de 3 y hasta 6 ciclos de clock.
• Existen 7 tipos distintos de ciclos de máquina.
• Veamos por ejemplo la instrucción STA:
Ciclos de máquina
• Cualquier instrucción es básicamente una secuencia de ciclos de máquina.
• La cantidad de ciclos y el tipo de estos quedan determinados al final de ciclo M1,
una vez que se decodifica el OPCODE.
• Los diferentes tipos de ciclos son:
Machine Cicle
IO/M S1
S0
R
W INTA
Opcode fetch (OF)
0
1
1
0
1
1
Memory read (MR)
0
1
0
0
1
1
Memory write (MW)
0
0
1
1
0
1
I/O read (IOR)
1
1
0
0
1
1
I/O write (IOW)
1
0
1
1
0
1
Interruption acknowledge (INA)
1
1
1
1
1
0
Bus idle (BI)
0
1
0
1
1
1
• Todos los ciclos de máquina consisten de 3 ciclos de clock, salvo el M1 que es
normalmente de 4 (puede ser de 6 para ciertas instrucciones)
Ciclos de máquina
• El μP entrega información al exterior acerca de que ciclo esta ejecutando, a través
de los pines S0, S1, IO/M y de las líneas de control.
• Ejemplo:
MVI A,32h
Diagramas de tiempo: convenciones
Ciclos de máquina: instrucción MOV r1,r2
• Código de máquina:
01DDDSSS
donde SSS es la fuente (r2)
y DDD es el destino (r1).