7. Monolitické počítače, vlastnosti a použití.



Podobné dokumenty
Mikrokontroléry. Doplňující text pro POS K. D. 2001

Činnost CPU. IMTEE Přednáška č. 2. Několik úrovní abstrakce od obvodů CPU: Hodinový cyklus fáze strojový cyklus instrukční cyklus

Profilová část maturitní zkoušky 2014/2015

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

Přednáška A3B38MMP. Bloky mikropočítače vestavné aplikace, dohlížecí obvody. 2015, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer

Pohled do nitra mikroprocesoru Josef Horálek

ZÁKLADY PROGRAMOVÁNÍ. Mgr. Vladislav BEDNÁŘ /14

Semestrální práce z předmětu Speciální číslicové systémy X31SCS

Počítač jako prostředek řízení. Struktura a organizace počítače

Seznámení s mikropočítačem. Architektura mikropočítače. Instrukce. Paměť. Čítače. Porovnání s AT89C2051

Sběrnicová struktura PC Procesory PC funkce, vlastnosti Interní počítačové paměti PC

MSP 430F1611. Jiří Kašpar. Charakteristika

Princip funkce počítače

Integrovaná střední škola, Sokolnice 496

ARCHITEKTURA POČÍTAČŮ II.

Jednočipové mikropočítače (mikrokontroléry)

Základy informatiky. 2. Přednáška HW. Lenka Carr Motyčková. February 22, 2011 Základy informatiky 2

Architektury počítačů a procesorů

Akademický rok: 2004/05 Datum: Příjmení: Křestní jméno: Osobní číslo: Obor:

Obsluha periferních operací, přerušení a jeho obsluha, vybavení systémových sběrnic

Architektura procesoru ARM

Architektura počítačů

Strojový kód. Instrukce počítače

Přerušovací systém s prioritním řetězem

Procesory z řady 8051

3. Principy komunikace s perifériemi: V/V brány, programové řízení, přerušení, řešení priorit. Řadiče, DMA kanály. Popis činnosti DMA kanálu.

Sběrnicová struktura PC Procesory PC funkce, vlastnosti Interní počítačové paměti PC

Architekura mikroprocesoru AVR ATMega ( Pokročilé architektury počítačů )

3. Počítačové systémy


VÝUKOVÝ MATERIÁL. 3. ročník učebního oboru Elektrikář Přílohy. bez příloh. Identifikační údaje školy

Řízení IO přenosů DMA řadičem

Metody připojování periferií

Témata profilové maturitní zkoušky

Pokročilé architektury počítačů

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 7

Principy komunikace s adaptéry periferních zařízení (PZ)

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 10

Sběrnicová struktura PC Procesory PC funkce, vlastnosti Interní počítačové paměti PC

Přednášky o výpočetní technice. Hardware teoreticky. Adam Dominec 2010

Technické prostředky počítačové techniky

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ. MEIII Paměti konstant

Základní uspořádání pamětí MCU

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Z{kladní struktura počítače

od jaké adresy bude program umístěn? Intel Hex soubor, co to je, z čeho a jak se získá, k čemu slouží? Pseudoinstrukce (direktivy) překladače ORG, SET

Počítač jako elektronické, Číslicové zařízení

2.8 Procesory. Střední průmyslová škola strojnická Vsetín. Ing. Martin Baričák. Název šablony Název DUMu. Předmět Druh učebního materiálu

Základní deska (1) Označována také jako mainboard, motherboard. Deska plošného spoje tvořící základ celého počítače Zpravidla obsahuje:

Vstupně - výstupní moduly

Architektura Intel Atom

Architektura počítače

Historie počítačů. 0.generace. (prototypy)

RISC a CISC architektura

Mikrokontrolery. Úvod do obvodů Atmega 328 a PIC16F88

Hardware - komponenty počítačů Von Neumannova koncepce počítače. Von Neumannova koncepce počítače

Úvod do mobilní robotiky AIL028

Použití programovatelného čítače 8253

Přednáška - Čítače. 2013, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer. A3B38MMP, 2013, J.Fischer, ČVUT - FEL, kat. měření 1

Jízda po čáře pro reklamní robot

Komunikace procesoru s okolím

SEKVENČNÍ LOGICKÉ OBVODY

Systém řízení sběrnice

Microchip. PICmicro Microcontrollers

Periferní operace využívající přerušení

Sběrnicová architektura POT POT. Jednotlivé subsystémy počítače jsou propojeny sběrnicí, po které se přenáší data oběma směry.

Metody připojování periferií BI-MPP Přednáška 2

Jak do počítače. aneb. Co je vlastně uvnitř

Paměti. Paměť je zařízení, které slouží k ukládání programů a dat, s nimiž počítač pracuje

Periferní operace využívající přerušení

Mikroprocesor Intel 8051

Systémy pro sběr a přenos dat

Zadání semestrálního projektu PAM

Návrh konstrukce odchovny 2. dil

Architektura počítačů

Metody připojování periferií BI-MPP Přednáška 1

Metody připojování periferií

Koncepce DMA POT POT. Při vstupu nebo výstupu dat se opakují jednoduché činnosti. Jednotlivé kroky lze realizovat pomocí speciálního HW.

Vestavné systémy BI-VES Přednáška 5

PROCESOR. Typy procesorů

SYSTÉMY NAČIPU MI-SOC

Základní principy konstrukce systémové sběrnice - shrnutí. Shrnout základní principy konstrukce a fungování systémových sběrnic.

Mikrořadiče společnosti Atmel

Periferní operace využívající přerušení

Představení a vývoj architektur vektorových procesorů

Inovace výuky prostřednictvím ICT v SPŠ Zlín, CZ.1.07/1.5.00/ Vzdělávání v informačních a komunikačních technologií

APLIKACE MIKROKONTROLÉRŮ PIC32MX

Přednáška. Vstup/Výstup. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012

MATURITNÍ OTÁZKY ELEKTROTECHNIKA - POČÍTAČOVÉ SYSTÉMY 2003/2004 TECHNICKÉ VYBAVENÍ POČÍTAČŮ

Cílem kapitoly je seznámit studenta s pamětmi. Jejich minulostí, současností a hlavnímu parametry.

Paměti Josef Horálek

Procesory, mikroprocesory, procesory na FPGA O. Novák, CIE 11 1

Počítače Didaktik. Jan Lorenz. Semestrální projekt z X31SCS

Praktické úlohy- 2.oblast zaměření

Témata profilové maturitní zkoušky

Témata profilové maturitní zkoušky

Základní pojmy. Program: Algoritmus zapsaný v programovacím jazyce, který řeší nějaký konkrétní úkol. Jedná se o posloupnost instrukcí.

Vstupně výstupní moduly. 13.přednáška

Paměť počítače. 0 (neprochází proud) 1 (prochází proud)

Transkript:

7. Monolitické počítače, vlastnosti a použití. Obsah 7. Monolitické počítače, vlastnosti a použití.... 1 7.1 Jednočipové mikropočítače řady 8048... 2 7.2 Jednočipový mikropočítač 8051... 2 7.3 Architektura mikropočítače 8096... 3 7.3.1 Aritmeticko-logická jednotka... 4 7.3.2 Mapa paměti... 4 7.3.3 Stavové slovo programu... 4 7.3.4 Časování mikropočítače... 5 7.3.5 Sběrnice mikropočítače 8096... 5 7.3.6 Hlídací obvod... 5 7.3.7 Inicializace mikropočítače... 5 7.3.8 Režim sníženého příkonu... 6 7.3.9 Přerušovací systém 8096... 6 7.3.10 Časovače - čítače obvodu 8096... 6 7.3.11 Analogové vstupy a výstupy... 7 7.3.12 Sériový V/V kanál... 7 7.3.13 Řídící a stavové registry... 7 7.3.14 Paralelní V/V brány... 8 7.3.15 Jednotka rychlých číslicových vstupů... 8 7.3.16 Jednotka rychlých číslicových výstupů... 8 7.3.17 Typy adresování mikropočítače 8096... 9 7.3.18 Popis instrukčního souboru mikropočítače 8096... 9 7.4 Intel 80196... 10 7.5 Mikrořadiče Atmel... 10 7.6 Závěr:... 15 7.7 Literatura... 15 Klíčová slova... 15 Slovník... 15 Časová náročnost kapitoly: 340 minut Zde se pokusím vám nastínit jinou oblast výpočetní techniky, kterou jakoby nevnímáme, ale která je všude. Např. pokladny v obchodech, čtečky čárových kódů, řízení technologických procesů apod. Nástup těchto počítačů byl podmíněn vývojem technologií výroby základních komponentů výpočetní techniky. Např. integrované obvody LSI a VLSI vyhovují definici monolitického mikropočítače, neboť sdružují na jednom čipu s mikroprocesorem mimo jiné i hlavní paměť a vstupní/výstupní brány a jsou harwarského typu. Dalším charakteristickým rysem těchto obvodů je to, že jsou zaměřeny speciálně na řešení poměrně "malých" úloh. "Malou" úlohou myslíme především 1

takovou,která vyžaduje jen velmi malý počet vstup/výstupních kanálů, malou kapacitu paměti a neklade na přerušovací systém přehnané požadavky. Třetím rysem těchto jednočipových mikropočítačů je to, že instrukční soubor je určitou modifikací mikroprocesorů, které jsme popsali. 7.1 Jednočipové mikropočítače řady 8048 V roce 1976 firma Intel uvedla na trh nový výrobek, který měl nahradit mikropočítačový systém v aplikacích, kde byl tento příliš složitý, drahý a mnohdy navíc ještě nevyužitý. Jedním z prvních takovýchto mikropočítačů byl již v roce 1977 osmibitový typ 8048. Má omezené možnosti, ale jeho koncepce je natolik zdařilá, že se stal standardem, ze kterého byla odvozena řada typů osmibitových monolitických mikropočítačů. Od roku 1984 se na světovém trhu objevují i 16bitové monolitické mikropočítače. Prvním je typ 8096 (Intel). 7.2 Jednočipový mikropočítač 8051 Časová náročnost kapitoly: 20 minut Při popisu mikropočítače 8051/52 se omezíme pouze jen na následující vlastnosti: - 4 kb paměti ROM na čipu - 128 B paměť RWM pro data na čipu (8052: 256 B paměti RWM pro data na čipu) - ROM/RWM paměť rozšiřitelná vnějšími obvody až na 64 kb - 4 banky pracovních registrů (po 8 bytech) - 128 přímo adresovatelných bitů - 32 V/V linek (4x8) - dva 16-bitové čítače/časovače (tři pro 8052) - 5 maskovaných zdrojů přerušení (šest pro 8052) se dvěmi nastavitelnými úrovněmi priority - sériový V/V kanál pro plně duplexní sériový přenos dat multiprocesorovou komunikaci nebo rozšíření počtu V/V linek - Booleovský procesor pro bitově orientované operace - binární nebo desetinná aritmetika 2

- oscilátor a generátor hodinového signálu, integrovaný na čipu - možnost rozšíření kapacity pamětí a počtu V/V linek užitím standardních obvodů - pouzdření v DIL pouzdru se 40 vývody 7.3 Architektura mikropočítače 8096 Časová náročnost kapitoly: 180 minut Mikropočítač 8096 patří do 16-bitové generace jednočipových mikropočítačů firmy Intel. Tento typ nabízí vysokou úroveň integrace (na čipu je integrováno více než 120 000 tranzistorů). Mikropočítače řady 8096 je možno charakterizovat následujícími vlastnostmi: - 12 MHz hodiny, oscilátor na čipu - 8 kb(rom) paměti pro program (809X na čipu) - 232 B RWM paměti pro data na čipu - 38 speciálních funkčních registrů - společná paměť pro program i pro data, rozšiřitelná až na 64 kb - 16-bitová aritmeticko-logická jednotka (RALU) - 16-bitový čítač a 16-bitový časovač - pět paralelních 8-bitových V/V bran - plně duplexní sériový vstup/výstup - šířkově modulovaný (PWM) výstup (D/A převodník) - multiplexovaný 8-vstupový 10-bitový A/D převodník - 8 vstupů přerušení (2 externí, 6 interních), 24 zdrojů přerušení - hlídací hodinový obvod (WDT) - jednotka rychlých číslicových vstupů (HSI) a výstupů (HSO) - výkonný instrukční soubor včetně násobení a dělení 16-bitových čísel Jednotlivé bloky vnitřní architektury mikropočítače 8096 jsou propojeny dvěmi vnitřními sběrnicemi: 16-bitovou datovou a 8-bitovou adresovou. Vnitřní (8- bitová) adresová sběrnice je určena pro adresování souboru vnitřních registrů (RALU, SFR), popř. může být jako multiplexovaná datová/adresová sběrnice připojena na řadič paměti. Vnitřní (16-bitová) datová sběrnice je určena pouze pro přenos dat mezi RALU a polem vnitřních datových (RWM) nebo řídících (SFR) registrů. Každý přenos dat z vnitřní ROM nebo z/do vnější paměti je řízen obvodem řadiče paměti. 3

7.3.1 Aritmeticko-logická jednotka Aritmeticko-logická jednotka (RALU) se skládá z vlastní 17-bitové ALU, registru stavového slova programu (PSW - Program Status Word), čítače instrukcí PC (Program Counter), čítače cyklů a tří pomocných registrů. Všechny tyto registry jsou 16-bitové, resp. 17- bitové s výjimkou čítače cyklů, který je 5-bitový. Čítač instrukcí PC je vybaven samostatným blokem inkrementu, který při normálním (sekvenčním) běhu programu inkrementuje obsah čítače instrukcí PC, cílové adresy skoků jsou získávány výpočtem v ALU. Dva ze tří pomocných registrů jsou doplněny řídící logikou pro (bitový) posun operandů, což je využíváno zejména při normování čísel, jejich násobení a dělení. 7.3.2 Mapa paměti Adresovatelný paměťový prostor mikropočítače 8096 je 64 kb a je téměř celý využitelný podle úvahy uživatele jak pro program, tak pro data. Na rozdíl od předchozích členů řady jednočipových mikropočítačů firmy Intel zde již není výrobcem definované dělení na paměť pro program a paměť pro data. Vyčleněné adresové prostory jsou pouze na adresách 0000H až 00FFH a 1FFEH až 2010H. 7.3.3 Stavové slovo programu Stavové slovo programu PSW (Program Status Word) je 16-bitové slovo, které je tvořeno vlastním stavovým slovem (vyšší byte) a registrem masky přerušení IMR (nižší byte). Dolních 8 bitů obsahuje masku přerušení jednotlivých vstupů (žádostí o přerušení) a je uloženo v prostoru SFR na adrese 08H s označením INT MASK nebo IMR (Interrupt Mask Register). Vyšších 8 bitů PSW obsahuje jednotlivé příznaky, které jsou nastavovány/nulovány v závislosti na výsledku poslední matematické operace. 4

7.3.4 Časování mikropočítače Veškerá činnost mikropočítače 8096 je synchronizována hodinovým signálem, jehož kmitočet je určen vnějšími obvody, připojenými ke vstupům XTAL1, XTAL2. Kmitočet oscilátoru se může pohybovat od 6 MHz do 12 MHz.. 7.3.5 Sběrnice mikropočítače 8096 Mikropočítače řady 8096 mají multiplexovanou vnější 16-bitovou datovou a 8-bitovou adresovou sběrnici. Přenos údajů (adresy a data) po této sběrnici a jeho synchronizaci zajišťuje blok řadiče paměti (MMU-Memory Management Unit). Pro řízení přenosu a komunikaci s vnější pamětí jsou využívány signály: 7.3.6 Hlídací obvod Hlídací obvod (WTD - WatchDog) je určen k ošetření chybových stavů, které by mohly nastat chybným programem - chybnou nekonečnou programovou smyčkou. Hlídací obvod je spuštěn prvním zápisem nulovacího WTD kódu do WTD registru. WTD registr je umístěn v paměťovém prostoru SFR na adrese 0AH. 7.3.7 Inicializace mikropočítače Počítač je inicializován signálem RESET. K tomu, aby inicializace proběhla správně, je nezbytné ponechat vstup RESET na úrovni RESET = L alespoň po dobu dvou stavů. Generováním takto definovaného signálu RESET je spuštěna vnitřní inicializační sekvence, během které je nastaven obsah některých vnitřních registrů a řídících vodičů na 5

požadované hodnoty. Obsah ostatních registrů není po inicializaci definován a musí být určen až pod kontrolou programu. 7.3.8 Režim sníženého příkonu V režimu se sníženým příkonem je zastavena činnost mikropočítače a pouze je ze záložního zdroje (např. 5 V baterie, I max = 1 ma) napájena část paměti (registrů) na adresách 0F0H až 0FFH. Při režimu se sníženým příkonem je počítač napájen ze zdroje připojeného k vývodu U PD, zatímco hlavní napájecí napětí na vstupu U CC je odpojeno. 7.3.9 Přerušovací systém 8096 Přerušovací systém mikropočítače 8096 tvoří osmiúrovňové maskované vektorové přerušení INT0 až INT7, vyvolávané z různých zdrojů, vnější nemaskované přerušení MNI a instrukcí generované přerušení TRAP. Obě posledně jmenovaná přerušení (NMI, TRAP) jsou využívána vývojovými prostředky firmy Intel a z tohoto důvodu se nedoporučuje využívat je v uživatelských programech. 7.3.10 Časovače - čítače obvodu 8096 Mikropočítač 8096 obsahuje dva samostatné 16-bitové časovače/čítače, označované jako časovač 1 (Timer 1) a časovač 2 (Timer 2). Časovač 1 (CT1) je užit pro synchronizaci vnějších událostí v reálném čase. Časovač/čítač 2 (CT2) může čítat vnější události, resp. synchronizovat počátek čítání podle vnějších událostí. 6

7.3.11 Analogové vstupy a výstupy Součástí vnitřní architektury mikropočítače 8096 je i osmikanálový 10-bitový A/D převodník a jeden šířkově modulovaný výstup, který je možno použít i pro D/A převod. 7.3.12 Sériový V/V kanál Pro sériový přenos dat a komunikaci v systémech se sériovým přenosem dat je mikropočítač 8096 vybaven sériovým plně duplexním V/V kanálem, kompatibilním s obdobným kanálem na mikropočítači 8051. Sériový kanál může být využit pro sériové spojení periferních zařízení, rozšíření počtu V/V nebo (podobně jako u obvodů 8051/2) pro násobnou (multiprocesorovou) komunikaci více obvodů 8096 pomocí standardního asynchronního protokolu. 7.3.13 Řídící a stavové registry Mikropočítač 8096 obsahuje dva řídící a dva stavové registry, označené IOC0 a IOC1, resp. IOS0 a IOS1, umístěné v paměťovém prostoru SFR na adresách 15H (R/W: IOS0/IOC0) a 16H (R/W: IOS1/IOC1). Stavový registr IOS0 na adrese 15H obsahuje informaci o hodnotách HSO výstupů a stavu CAM. Stavový registr IOS1 na adrese 16H obsahuje informaci o stavu programových časovačů a a stavu bloku rychlých vstupů HSI. Řídicí registr IOC0 na adrese 15H řídí funkci rychlých vstupů Řídící registr IOC1 na adrese 16H určuje a konfiguruje jednobitové výstupy mikropočítače a podmínky přerušení. 7

7.3.14 Paralelní V/V brány Mikropočítače řady 8096 obsahují 5 paralelních V/V bran, označovaných jako P0 až P4 a orientované buď jako vstupní, výstupní nebo obousměrné, přitom jednotlivé brány nebo jejich vývody mohou mít i více významů. Vstupní i výstupní brány jsou vybaveny vyrovnávací pamětí, obousměrné brány obsahují vnitřní registr a vstupní a výstupní vyrovnávací paměť. Brány jsou adresovány jako registry v paměťovém prostoru SFR. 7.3.15 Jednotka rychlých číslicových vstupů Blok rychlých číslicových vstupů HSI (High Speed Inputs) je tvořen čtyřmi jednobitovými vstupy označenými HSI.0 až HSI.3, přitom vstupy HSI.2 a HSI.3 jsou společné s rychlými číslicovými výstupy HSO.4, resp. HSO.5 Jednotlivých HSI vstupů je možno přednostně využít pro záznam omezeného počtu (max. osmi) rychlých změn logické úrovně. Záznam se provádí do paměti FIFO s kapacitou 7 x 20 bitů. 7.3.16 Jednotka rychlých číslicových výstupů Jednotka rychlých číslicových výstupů HSO (High Speed Output) je určena pro spuštění akcí ve zvoleném čase s minimálním zbržděním procesoru (CPU). Prostřednictvím jednotky HSO je možno ovládat start A/D převodu, nulování časovače CT2, nastavení čtyř příznaků (programové časovače), resp. nastavit některou ze šesti výstupních HSO linek. 8

7.3.17 Typy adresování mikropočítače 8096 Mikropočítače typu 8096 pracují s šesti různými typy adresování: - registrové adresování - nepřímé adresování - nepřímé adresování s autoinkrementací - bezprostřední adresování - indexované krátké adresování - indexované dlouhé adresování 7.3.18 Popis instrukčního souboru mikropočítače 8096 Časová náročnost kapitoly: 11 minut Instrukční soubor mikropočítače 8096 lze rozdělit do následujících skupin: - aritmetické instrukce - logické instrukce - instrukce přesunu - instrukce pro práci se zásobníkovou pamětí - instrukce skoku a volání podprogramu - instrukce pro práci s registry - instrukce pro posun dat - speciální instrukce (povolení přerušení, zákaz přerušení programová inicializace systému (RESET) atd.) 9

7.4 Intel 80196 Je pokračováním vývojové řady I8096 uvedeme jen podstatné změny a nové vlastnosti.byly zavedeny nové způsoby přístupu k SFR metodou "OKEN", která umožňuje specifikovat skupiny registrů nebo i částí paměti přístupných při operaci čtení a přístupných při operaci zápisu. Pro řízení přístupu k registrům byl přidán řídicí registr WSR. Rozšíření přerušovacího systému o 7 vektorů maskovatelného přerušení podporují dva nové registry IND_PEND1 a INT_MASK1. Řízení nových vlastností časovače 2, jednotky rychlých výstupů a A/D zajišťuje registr IOC2. Nejdůležitější změnou jednotky rychlých výstupů je možnost ponechání příkazu po jeho provedení v paměti pro další použití. U A/D převodníku byla přidána možnost volby 8mi, nebo loti bitového převodu. Čítač/časovač 2 byl doplněn o:funkci záchytného registru (input capture),funkci rychlého čítání jsou čítány přímo takty procesoru bez předděličky,funkci polovičního cyklu, žádost o přerušení přetečením mohou být odvozeny z přechodu 7FFFH do 8000H použiti vnějších hodin,volbu směru čítání (inkrementace / dekrementace)instrukční soubor byl doplněn o instrukce ošetřující nové typy přerušení, instrukci nastavení úsporného režimu, instrukce porovnávání operandů typu long (32bitových ) a instrukce cyklů (DJNZ) s délkou určenou operandem typu word., 7.5 Mikrořadiče Atmel Časová náročnost kapitoly: 90 minut Americká firma Atmel corp. se prosazovala především úspěšnými variantami mikrořadičů 80 C51 s programovou pamětí Flash EE Prom na čipu. V současnosti již nabízí i další rodiny mikrořadičů vlastního vývoje. Jejich snahou je pokrýt aplikační oblasti od nejjednodušších obvodů až po velmi výkonné 32 bitové mikrořadiče. Mikrořadiče AT89 Rodina AT89 je odvozena z osvědčeného standardu 80C51. Všechny tyto obsahují paměť programu na čipu. Pro program se používá výhradně paměť typu Flah EE PROM. Pro ukázku si popíšeme mikrořadič AT89C2051. AT89C2051 Tento mikrořadič není pouhou technologickou modifikací jiného typu. Máme zde změnu pouzdra na typ DIP20, která si vyžádala i úpravu na vnitřním zařídění. Mikrořadič je možno používat pouze 10

v režimu jednočipového počítače. Připojování dalších integrovaných obvodů přes externí sběrnici není možné. Proti I8051 nejsou dostupné brány P0 a P2 využívané pro řízení externí multiplexované sběrnice. Omezený počet vývodů pouzdra neumožnil ani plné zapojení brány P3. Vstupní-výstupní linka P3.6 není zapojena, ale v mikrořadiči má novou funkci. Na místě tohoto datového bitu lze na adrese brány P3 přečíst stav výstupu analogového komparátoru (obr. č. 7.1). Obr. č.:1: Zapojeni komparátoru v AT89C2051 Velikost pouzdra předurčuje pro nasazení menších a jednodušších aplikací. Tomu odpovídá i zmenšení kapacity paměti programu na 2kB Flash EPROM. Na druhé straně se redukce periferních obvodů nedotkla sériového kanálu a dvou 16 bitových čítačů/časovačů. AT89C1051 Je zjednodušenou variantou předcházejícího typu. Paměť programu je zmenšena na 1 kb a RWM pro data má pouze 64 bytů.na čipu není sériový UVART a také čítač byl ponechán pouze 1. Mikrořadiče AT90 Rodinu AT90Sxxxx tvoří nízkopříkonové 8 bitové CMOS mikrořadiče s plně statickou architekturou RISC. Procesor potřebuje 1 hodinový cyklus na provedení instrukce. Dosahovaný výpočetní výkon odpovídá 1 milion instrukcí na 1 MHZ hodinového signálu. Mikrořadiče AT90 jsou harvardského typu. Oddělená paměť programu je organizovaná po slovech se šířkou 16 bitů. Většina instrukcí má jednoduchý 16 bitový formát, některé instrukce jsou uloženy na 2 adresách. Jednotlivé instrukce programu jsou zpracovány systémem jednoúrovňového překrývání. Zatímco je prováděna 1 instrukce, je vybrána z paměti instrukce následující. Pracovní oblast procesoru představuje 32 univerzálních pracovních registrů (obr. č. 7.2). Všechny registry jsou přímo připojeny k ALU. Toto umožňuje souběžné zpracování 2 operandů ze 2 různých registrů. 2 operandy jsou vybrány z registrového pole, operace je provedena a výsledek je opět uložen zpátky do registrového pole v průběhu 1 taktu hodinového signálu. Šest z pracovních registrů vytváří tři 16 bitové dvojité indexové registry pro nepřímé adresování. Jeden z indexových registrů (Z) plní navíc funkci ukazatele pro tabulkové vyhledávání. 11

Obr. č. 7.2: Procesorové jádro mikrořadičů AT90 Při přerušení a volání podprogramu je návratová adresa čítače instrukcí PC uložena do zásobníku vytvořeného v paměti RWM. Ukazatel tohoto zásobníku je mapován do oblasti I/O registru. Pozn. ne všechny mikrořadiče rodiny AT90 mají shodné procesorové jádro.některé jednodušší obvody mají omezený instrukční soubor a zásobník je vytvořen hardwarově. Na obr. č. 7.2 je znázorněn adresový prostor mikrořadiče AT90S4414. Programová paměť o velikosti 4kB je organizovaná jako prostor 2Kx16. Programování paměti se standardně provádí přes sériové rozhraní SPI. Oddělená paměť dat na šířku 8 bitů. Za nimi se nacházejí tzv. I/O registry sloužící ovládání periferních modulů. Jejich součástí je např. i ukazatel zásobníku. Následující prostor je obsazen pamětí RWM, která se nachází na čipu mikrořadiče. Zbývající adresy je možno obsadit vnější pamětí až do 64 kb. 12

Obr. č. 7.2: Mapa paměti mikrořadiče AT90S4414 Přerušovací podsystém má svůj řídící registr také v prostoru I/O registrů s přídavným bitem pro celkové povolení přerušení ve stavovém registru. Každé přerušení má svůj vlastní vektor k uložení ve vektorové tabulce přerušení na začátku programové paměti. Vektory přerušení jsou řazeny podle své priority. K základním periferním modulům mikrořadičů patří. analogový komparátor, sériové rozhraní SPI, 8 bitový čítač/časovač s předděličem programovatelný WATCCHDOG. U složitějších typů jsou doplněny např.o: obousměrný sériový UART, 10 bitový modul PWM 16 bitový časový modul paměť EEPROM atd. Uživatelé, kteří jsou zvyklí pracovat s 8051 a dosud je používají, mohou nalézt v mikrořadičích AT90 vhodnou náhradu s vyšším výkonem. Mikrořadiče AT91 AT91 je rodina 16/32 bitových CEMOS mikrořadičů vybudovaných na základě procesoru ARM7TDMI. Tento procesor má velmi výkonnou 32 bitovou architekturu s 16 bitovým instrukčním souborem. U mikrořadičů AT91 je využita modulární metoda návrhu založena na architektuře AMBA (advanced, microcontoller bus architecture). Procesorové jádro, paměti, řadič DMA a obvody rozhraní a externí sběrnice jsou připojeny na modul AMBA. Ten pak vytváří unifikované rozhraní pro periferní moduly. Integrace nové periferie na čipu vyžaduje periferní modul s připraveným rozhraním AMBA. Vlastní procesor dokáže používat dva odlišné instrukční soubory. Instrukční soubor ARM dosahuje vyššího výkonu při šířce instrukce 32 bitů. THUMB instrukční soubor má instrukce pouze 16 13

bitové a jeho předností je úspora místa v paměti. Přepínání mezi oběma soubory lze provádět dynamicky programem při činnosti programu (obr. č. 7.3). Dekomprese, kterou THUMB instrukce procházejí, převádí 16 bitové instrukce na 32 bitové ARM formát. Dekomprese je prováděna během první fáze dekódování instrukce a nemá vliv na výkon mikrořadiče. Procesor je von Neumannova typu a obsahuje 1 univerzální 32 bitovou sběrnici pro instrukce a data. Instrukce jsou zpracovány v režimu tříúrovňového překrývání. V první fázi je instrukce vybrána, v duhé dekódována s případnou dekompresí a ve třetí proběhne vlastní operace. Většina instrukcí vyžaduje poze 1 strojový cyklus. Pouze THUMB instrukce jsou 16 bitové, zbytek procesoru je plně 32 bitový. Přehledná instrukční soubor umožňuje efektivně vytvářet programové bloky od základních řídících funkcí až po složité operační systémy. Pro podporu rozsáhlých systémů s více úlohami má procesor 7 pracovních režimů. uživatelský, 1. FIQ je vyvolán přerušením s vysokou prioritou, 2. IRQ je vyvolán běžným přerušením, 3. supervizorový je zahájen po resetu a při žádosti úlohy o obsluhu přes programové přerušení, 4. abort pokus o nesprávný přístup k paměti, 5. UNDEF pokus o provedení nedefinované instrukce, 6. systémový výhradní režim činnosti. Adresový prostor procesoru má až 4 GB. Prakticky je využívána 24 bitová externí adresová sběrnice a vnější paměti mohou být připojeny přes 8 nebo 16 bitovou datovou sběrnici. Obě sběrnice nejsou multiplexované. Ve standardním provedení obvody AT91 nabízí tyto periferní moduly (USART, čítače/časovače, řadič přerušení, hlídací časovač WATCCHDOG, řadič DMA). Pro zákazníky s větším objemem výroby bude výhodné zvolit vlastní konfiguraci pomocí modulů s AMBA rozhraním. Obr. č. 7.3: Výběr ARM a THUMB instrukci. 14

7.6 Závěr: Zde se pokusíme opět ověřit nabyté znalosti a orientaci v problematice monolitických mikropočítačů tím, že vyřešíme několik úloh. Znovu bych chtěl připomenout, že s monolitickými počítači se setkáváme skoro všude. Jejich vývoj byl podmíněn vývojem technologií integrovaných obvodů LSI a VLSI. Tyto počítače jsou realizovány na jednom čipu s mikroprocesorem, hlavní pamětí a vstupními/výstupními bránami. Přerušovací systém je poměrně jednoduchý a vyhovuje plně požadavkům kladeným na tento typ počítače. Totéž platí i pro instrukční soubor mikroprocesorů. Pokud toto vše víme, nebude pro nás problém uspokojivě vyřešit následující úlohy: 1. Monolitických počítačů firmy Intel. 2. Popište vlastnosti mikrořadiče Atmel. 3. Uveďte alespoň 2 příklady použity některého z těchto mikrořadičů. 4. Programováni, programovací jazyky, HW a SW prostředky. 7.7 Literatura 1. Přednáška 2. Internet 3. Hrbáček J.: Mikrořadiče PIC 16CXX, BEN - Technická literatura, 1998, Praha. 4. Ličev L.: Architektura počítačů, skriptum FEI VŠB TUO, 1996. 5. Ličev L.: Architektura počítačů I, skriptum FEI VŠB TUO, 1999. 6. Ličev L.: Architektura počítačů II, skriptum FEI VŠB TUO, 1999. 7. Ličev L., Morkes D.: Procesory - architektura, funkce, použití, Computer press, Praha, 1999. 8. Němec F.: Počítačové systémy, VŠB FH, skriptum, Ostrava 1989. 9. Pechal S.: Monolitické počítače, BEN - Technická literatura, 1998, Praha. 10. Valášek: Monolitické mikroprocesory a mikropočítače, SNTL, Praha 1989. Klíčová slova 8048 8051 8096 80196 MCS-96 μpd 78C06 architektura inicializace jednočipy jednotka mikropočítač monolitický počítač sběrnice Slovník 15