| Запись от AZM на субдомене electronics-and-mechanics |
| Все записи на субдомене: Электроника и механика (записки от AZM) |
| Микроконтроллеры и компьютеры - процессор, АЛУ и его связь с внешним миром... |
Процессор и АЛУПроцессор - это устройство, которое может считывать байты из памяти, из портов ввода-вывода, и менять состояние байт так же в памяти или в портах ввода вывода.Процессор никогда ничего не делает "сам". Он строго следует командам, которые получает. Процессор не проверяет правильные это команды или плохие, не годные, которые заклинят его или сожгут что-то в вашем устройстве. Главные узлы процессора это: АЛУ (арифметически-логическое устройство) - то, что получая некие байты на входе определяет что сделать с другими байтами; Шина данных/адреса - то, что забирает байты из памяти, портов и передаёт эти байты АЛУ. Схематично процессор выглядит так:  стрелочками показано, что куда может выдавать сигналы и откуда их принимать. Если пояснить словами и по-простому, то будет так: Счётчик адреса - человек, который постоянно смотрит на часы и как только меняется показание минут, произносит в слух это число. Буфер шины адреса и буфер шины данных - это человек перед которым разложены листочки бумаги (байты) на каждом листочке его номер (адрес) и число (значение байта) если ему назвать номер листочка (адрес), то он прочитает вслух число с листочка (информацию из байта). АЛУ - человек с калькулятором, и таблицей (набором команд ассемблера), в которой написано что делать когда он слышит то или иное число, кроме того он может сказать буферу шины адреса и данных зачеркнуть на листочке по адресу такому-то число и записать туда новое, которое он произнесёт. Каждый раз, когда счётчик адреса называет новое число буфер шины и адреса берёт бумажку с этим адресом, читает число, которое на ней написано, АЛУ согласно этому числу делает то, что написано в наборе команд в ответ говорит результат. Рассмотрим на примере. Скажем мы условились, что у нас есть такой набор команд: 1 = набрать на калькуляторе число которое будет названо после этого 2 = нажать на калькуляторе кнопку "+" 3 = нажать на калькуляторе кнопку "-" 4 = нажать на калькуляторе кнопку "=" Теперь нам надо написать программу, которая будет делать вот такое математическое действие: 100+80-15 Соответственно бумажки "памяти" у нас выглядят так: Адрес: 0 == Значение в байте: 1 (набрать на калькуляторе что будет названо потом) Адрес: 1 == Значение в байте: 100 (это число АЛУ наберёт на калькуляторе) Адрес: 2 == Значение в байте: 2 (нажать на кнопку "+") Адрес: 3 == Значение в байте: 1 (набрать на калькуляторе что будет названо потом) Адрес: 4 == Значение в байте: 80 (это число АЛУ наберёт на калькуляторе) Адрес: 5 == Значение в байте: 3 (нажать на кнопку "-") Адрес: 6 == Значение в байте: 1 (набрать на калькуляторе что будет названо потом) Адрес: 7 == Значение в байте: 15 (это число АЛУ наберёт на калькуляторе) Адрес: 8 == Значение в байте: 4 (нажать на кнопку "=") Мы написали на бумажке с таблицу команд, на других бумажках (в памяти) написали адреса и команды, посадили человека с часами и человека который будет читать бумажки и считать на калькуляторе. Теперь если человек с часами начнёт называть 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, человек который отвечает за адрес и данные начнёт считывать с листочков цифры, а человек с калькулятором будет всё делать согласно набору команд, то у нас в итоге получится результат функции: 100+80-15. Собственно вот так и работает процессор, что персонального компьютера, что микроконтроллера. Регистры процессораВ нашем простом примере промежуточное значение удерживалось на экране калькулятора, но у процессора нет калькулятора с экраном и что бы держать какие то промежуточные значения у него есть регистры.Набор регистров процессора - это кусочек быстродействующей оперативной памяти встроенной в него, в которой он может хранить значения и с которыми он может оперировать. Обычно регистров не много, например, у микроконтроллера ATmega88 их всего 32 штуки. Кроме простых регистров, в которых мы можем хранить свои промежуточные результаты, в процессорах есть специальные регистры, каждый бит такого регистра многое значит для процессора или программиста. Такие регистры: Флаговый (регистр статуса) - его биты показывают что произошло при выполнении предыдущей команды. Управляющий - здесь указано что процессору разрешил программист а что запретил (в некоторых процессорах это не регистр а некоторые биты регистра статуса). Регистр адреса - здесь храниться адрес ячейки памяти из которой будет взята следующая команда с приходом очередного тактового импульса (помните человека с часами?). Регистр указателя вершины стека - здесь храниться адрес ячейки памяти в которую специальными командами мы можем на время сохранять содержимое тех или иных регистров процессора (помните - регистров не так много а иногда нужно считать много разных чисел, для этого нужен такой "ход конём" как стек). Разрядность процессораРазрядность процессора - это число бит из которых состоят его регистры и соответственно число бит которые он может сложить, вычесть или записать сразу и взаимосвязано.Если у нас 8-ми битный процессор, то складывает и вычитает он только байты состоящие как нам известно из 8-ми бит. Соответственно максимальное число которое он может обсчитать находится в пределах от 0 до 255. Если у нас 16-ти битный процессор, то каждый регистр состоит у него из двух байт, если 32-х битный то из четырёх байт и он соответственно может оперировать сразу всеми байтами в регистре, за одну команду. Для чего это надо? Для работы с числами больше чем от 0 до 255. Если с помощью 8 бит мы можем записать число от 0 до 255, то имея 16 бит, мы можем уже записать число от 0 до 65535, ведь теперь биты будут обозначать: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 - первые 8 бит 256, 512, 1024, 2040, 4096, 8192, 16384, 32768 - вторые 8 бит. Хорошо, пусть у нас 8-ми битный процессор, а мы решили сложить 2 числа 240 и 250, что будет в результате, ведь их сумма (490) не "влезет" в 8-ми битный регистр! Будет переполнение регистра в котором мы ожидали получить результат. Там попросту окажется число 234. Почему так? Процессор честно сложит 240 и 250, однако после того как значение суммы "перевалит" за 255, он начнёт снова отсчитывать сумму с нуля, и именно это число и окажется в результате, но что бы сообщить о таком принеприятнейшем событии как переполнение, процессор установит бит "было переполнение" в регистре статуса. Как это происходит? 490 в виде бит (бинарного числа), это: 111101010 соответственно младшие 8 бит (считая слева на право), это: 11101010 или не что иное как 234. Куда делся 9-й бит? [1]11101010 бит в квадратных скобочках переместился в регистр статуса, сообщая нам о переполнении. Как видите, пока ничего сложного, всё в рамках арифметики начальных классов школы. Если затрудняетесь переводить биты в десятичные числа, просто пользуйтесь калькулятором, который это умеет (например, под Windows это калькулятор HC (HOD Calculator)). Процессор микроконтроллера или компьютера и его связь с внешним миромТеперь пришло время посмотреть на более детальную схему процессора и то, как он связан с внешним миром: Надеюсь, теперь стало всё ещё чуть более понятно. |
| Добавлено: 4730 дн 5 час 20 мин 48 сек назад | Внесений правок: 0 | Последняя правка: нет данных |
