ZX Time #10 22 ноября 2002

Железо     Программирование

                                Железяки
────────────────────────────────────────
Александр Сизенко (Alex_S)              
                                        
 Как микропроцессор выполняет команду?  
                                        
   Составляя  ту  или  иную программу мы
никогда  не задумываемся почему одну ко-
манду микропроцессор выполняет за 4 так-
та, a другую скажем за 6? Что кроется за
этими  числами? Почему нет команд выпол-
няющихcя скажем за один такт или за два?
Тем   читателям,  которых  заинтересовал
данный  вопрос,  и  предназначена данная
глава  из  книги  "Простейшая микро-ЭВМ"
Л.Н.Бypeeвa,   A.Л.Дyдкo,   B.Н.Захарова
немного переработанная автором статьи.  
                                        
                 - - -                  
                                        
   Работа микропроцессора (МП) по реали-
зации каждой команды программы пользова-
теля  основана на принципе mukponporpam-
ного  управления. Это означает, что каж-
дая  команда  реализуется  как некоторая
последовательность  микрокоманд или мик-
pooпepaций,  приводящая к требуемому pe-
зyльтaтy.  (Вот было бы здорово, если бы
была возможность программировать сам ми-
кpoпpoцeccop! Например часть системы ко-
манд. Интересно, есть ли такие пpoцecco-
ры в природе?) Считываемая из памяти ми-
кpoпpoцeccopoм  команда, вернее, ee 8-ми
разрядный  двоичный  код (код операции),
поступает  в  регистр команд, где и хра-
нится  в  течении времени выполнения ко-
манды. По результату дешифрирования кода
команды происходит формирование последо-
вательности  микрокоманд  (mukponporpam-
мы),  процесс выполнения которой и опре-
дeляeт все последующие операции, необхо-
димые  для выполнения считанной команды.
                                        
   Таким образом, выполнение каждой счи-
тaннoй МП команды программы пользователя
осуществляется   в  строго  определенной
последовательности.  При этом выполнение
отдельных микpooпepaций синхронизируется
во времени сигналами тактового генерато-
pa.  Одним  из  важнейших  понятий всего
процесса   выполнения  команд  программы
является  понятие  машинного цикла. B МП
Z80  процесс  выполнения  каждой команды
можно  разбить на ряд основных операций.
Время, отведенное на выполнение операции
обращения  к памяти или к ycтoйcтвy вво-
да/вывода, составляет машинный цикл. Ta-
ким  образом, процесс выполнения команды
состоит  из  стольких  машинных  циклов,
сколько  обращений  к памяти или устрой-
ctbam  ввода/вывода требуется для ee ис-
полнения.  Машинный  цикл в свою очередь
состоит  из  нескольких машинных тактов.
Под  машинным тактом подразумевается ин-
тepвaл  времени,  соответствующий одному
периоду  тактовых  импульсов, подаваемых
от синхрогенератора.                    
                                        
   Для  организации машинных циклов тре-
буется формирование строго cинхpoнизиpo-
ванной во времени последовательности уп-
paвляющих  сигналов, обеспечивающих пра-
вильныe пути прохождения данных в строго
определенные моменты времени, и выпoлнe-
ние требуемых микpooпepaций. Как уже от-
мeчaлocь,  исходными  данными  для этого
являются  результаты дешифрирования опе-
paциoннoгo  кода команды. Выполнение ко-
манды  всегда начинается c цикла обраще-
ния  к  памяти,  в  результате  которого
происходит  считывание кода, uhtepnpetu-
руемого МП как код операции. Будем обоз-
нaчть  машинные циклы одной команды сим-
вoлaми  С1,  С2 и т.д., a машинные такты
одного  цикла  T1, T2 и т.д. Таким обра-
зом,  машинный цикл С1 - это всегда цикл
выборки команды. Его длительность обычно
-  четыре  или  пять тактов. Последующие
циклы состоят обычно из трех тактов.    
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
   B качестве примера рассмотрим команду
LD  A,(NNNN) (загрузить данные из ячейки
памяти  c  адресом  NNNN в аккумулятор),
требующую для реализации четыре машинных
цикла.  На  рисунке  приведена временная
диаграмма команды LD A,(NNNN).          
                                        
   Первый  машиный цикл С1, как и следо-
вало ожидать, отведен под выборку коман-
ды  из памяти. При этом код операции по-
мeщaeтcя,  как  это уже говорилось в pe-
ructp  команд. Выполнение последователь-
ности  микрокоманд  приводит к следующим
действиям.  B первом такте T1 содержимое
счетчика команд выдается через буфер ши-
ны адреса в шину адреса. Второй такт вы-
дeлeн  для представления времени для от-
beta  памяти. B третьем такте пoявишиecя
данные  в шине данных пересылаются в pe-
ructp  команд. B четвертом такте выборка
команды  завершена, операционный код ко-
манды  передается дeшифpaтopy команд для
формирования  последовательности  микро-
операций.  При  этом  пoлyчeт приращение
содержимое счетчика команд.             
                                        
   Второй  машинный  цикл  соответствует
чтению из памяти восьми младших разрядов
адреса,  которые в результате выполнения
этого  цикла  должны быть помещены в pe-
ructp  Z. B первом такте этого цикла co-
держимое  счетчика команд передается че-
рез  буфер  шины адреса в адресную шину.
Bo  втором  такте микропроцессор ожидает
ответ  из памяти. B третьем такте содер-

жимое шины данных передается в регистр Z
и счетчик команд опять получает пpиpaщe-
ние.                                    
                                        
   Третий  машинный цикл аналогичен вто-
рому, за исключением того, что из памяти
выбираются  и  пересылаются  в регистр W
восемь  старших  разрядов адреса. После-
дoяaтeльнocть микpooпepaций та же.      
                                        
   B четвертом машинном цикле происходит
окончательное  выполнение команды: акку-
мулятор загружается дaнныни из памяти по
адресу в регистрах W и Z.               
                                        
   B  первом  такте четвертого машинного
цикла  содержимое  регистров W и Z пере-
дается  через  буфер  в  шину адреса. Bo
втором  такте  предоставляется время для
ответа  памяти.  Наконец в третьем такте
содержимое  шины данных пересылается че-
рез  буфер в аккумулятор. Выполнение ко-
манды завершено за 13 машинных тактов.