Sisteme de prelucrare numerică cu procesoare

CAPITOLUL 1

PRINCIPII GENERALE PRIVIND

STRUCTURA ŞI FUNCŢIONAREA

UNUI SISTEM DE PRELUCRARE NUMERICĂ

1.1. INTRODUCERE

În acest capitol se prezintă principii generale privind structura şi funcţionarea unui sistem de prelucrare numerică cu procesor, SPN. Aceste principii sunt generale în sensul că se regăsesc în structura şi funcţionarea unui SPN indiferent de tipul circuitului integrat pe scară largă care stă la baza construcţiei SPN şi care poate fi microprocesor, microcontroler sau procesor numeric de semnal.

1.2. STRUCTURA GENERALĂ ŞI

FUNCŢIONAREA DE PRINCIPIU A UNUI SPN

Unitatea de informaţie numerică sau logică utilizată în prelucrarea numerică este variabila binară (bitul) cu valorile numerice 0 şi 1 sau logice DA şi NU. Pentru reprezentarea informaţiei numerice sau logice, în SPN se utilizează secvenţe de 8, 16, 24 sau 32 de biţi, numite cuvinte. Cuvintele de 8 biţi se numesc octeţi. Valorile numerice ale cuvintelor sunt funcţie de codurile utilizate (cod binar natural CBN, cod binar deplasat CBD, cod complementul lui doi CCD) şi de tipul reprezentării, în virgulă fixă sau în virgulă mobilă.

Structura generală a unui SPN este prezentată în figura 1.1. Componenta esenţială a unui SPN este unitatea aritmetică şi logică (UAL), care lucrează cu operanzi biţi şi cuvinte. Operaţiile pe care le poate efectua UAL sunt: adunare, scă-dere, înmulţire, incrementare, decrementare, ŞI, SAU, SAU-exclusiv etc. UAL este un circuit combinaţional, astfel încât rezultă necesitatea unor registre de memorare temporară a operanzilor şi a rezultatului unei operaţii. Astfel, UAL generează rezul-tatul unei operaţii şi, în funcţie de acest rezultat, poziţionează la nivel logic 0 sau 1 biţii indicatori de condiţii ai unui registru de stare, numit registru cu indicatorii de condiţii. Astfel, un bit al acestui registru poate indica una dintre condiţiile: depăşirea domeniului de valori corespunzător reprezentării operanzilor ca urmare a unei operaţii de adunare sau scădere, obţinerea unui rezultat zero ca urmare a unei operaţii arit-metice sau logice, obţinerea unui rezultat pozitiv sau negativ etc.

Operanzii şi rezultatele operaţiilor se numesc date. Datele se memorează în registre şi în locaţii ale memoriei SPN. Un registru sau o locaţie de memorie care conţine un operand pentru o operaţie se numeşte sursă pentru operaţia corespunză-toare. Un registru sau o locaţie de memorie în care se încarcă rezultatul unei operaţii se numeşte destinaţie pentru operaţia corespunzătoare. Transferul datelor între com-ponentele SPN se realizează prin magistrala de date care interconectează aceste componente. Din punct de vedere fizic, magistrala de date constă în conexiuni cu 8, 16 sau 32 fire de legătură paralele. În general, funcţie de numărul de biţi ai magistralei de date, se spune că SPN este de 8, 16 sau 32 de biţi.

Fig. 1.1. Structura generală a unui sistem de prelucrare numerică.

Memoria de date din structura unui SPN se utilizează pentru memorarea datelor şi este de tip RAM şi ROM. Memoria de date de tip ROM se utilizează pentru memorarea unor constante care intervin în algoritmii de prelucrare numerică. Adre-sarea locaţiilor memoriei de date se realizează prin magistrala de adrese a SPN de l6, 20, 24 sau 32 de biţi. Fiecărei adrese referitoare la memoria de date îi corespunde o locaţie de memorie la care se poate efectua o operaţie de scriere a cuvântului încărcat pe magistrala de date de o altă componentă a SPN, sau o operaţie de citire de către o altă componentă a SPN a conţinutului locaţiei de memorie adresate, conţinut încărcat de memorie pe magistrala de date. Magistralei de adrese de 16, 20, 24 sau 32 de biţi îi corespunde un spaţiu de adresare de 64 K, 1 M, 16 M şi, respectiv, 4 Gcuvinte.

SPN cuprinde un grup de registre de 8, 16 sau 32 biţi, numite interne, având funcţii dedicate (speciale) prin structura sistemului. Aceste registre conţin date, adrese şi informaţii de control. Astfel, există registre dedicate care se utilizează ca surse cu operanzi sau ca destinaţii ale rezultatelor pentru anumite operaţii. Un registru din grupul de registre cu funcţii dedicate este registrul acumulator, notat cu A sau ACC, utilizat ca sursă şi destinaţie în multe operaţii aritmetice, logice şi de transfer.