Algoritmul de Funcționare a Microprocesorului I8080

1. Scopul lucrării: Studierea algoritmului de funcţionare şi a timpilor de efectuare a operaţiilor a microprocesorului I8080, familiarizarea cu modurile de adresare. Proiectarea numărătorului programabil.

2. Noţiuni teoretice

2.1. Algoritmul de funcţionare a microprocesorului

Intervalul de timp necesar procesorului de a schimba informaţia cu exteriorul este denumit ciclul-maşină. Intervalul de timp necesar pentru execuţia unei instrucţiuni este denumit ciclul-instrucţiune. Executarea unei instrucţiuni (ciclul instrucţiune) în funcţie de complexitatea se necesită de la 1 până la 5 cicluri maşina (M1-M5). La rândul sau fiecare ciclu maşină este compus de la 3 până la 5 stări (T1, T2, T3, T4, T5). O stare fiind definită ca o perioadă a semnalului de tact 1. În primele 3 stări ale primului ciclu-maşină (M1) primul octet al instrucţiunii este adus din memorie în registru de instrucţiuni. Starea T4 este utilizata pentru decodificarea codului instrucţiunii. Daca instrucţiunea este compusa dintr-un singur octet este necesara şi starea T5 pentru execuţia acesteia (in astfel de cazuri ciclul-instrucţiune necesita un singur ciclu-maşină ce consuma 5 stări). Daca instrucţiunea este compusa din 2 sau 3 octet, după ciclul FETCH (M1) (aducerea codului instrucţiunii) mai este necesar şi alte cicluri-maşină. Fiecare ciclu maşină din cele 5 posibile realizează o anumita operaţie exprimata prin cuvântul de stare (citire, înscriere etc.). Aceste operaţii sunt înlănţuite în cadrul ciclului-instrucţiune în funcţie de tipul instrucţiunii, dar ca regula se ştie ca totdeauna primul ciclu cu care începe instrucţiunea este FETCH. Pentru fiecare ciclu-maşină MP generează semnalul de sincronizare SYNC din fiecare din cele 5 cicluri-maşină posibile MP generează un cuvânt de stare ce indică spre exterior ce fel de operaţii se realizează în ciclul-maşină curent. Deci magistrala de date este multiplexata între cuvântul de stare şi datele de intrare sau ieşire din MP. Pentru ciclurile-maşină şi ciclurile-instrucţiune se pot scrie relaţiile de timp:

CICLU MAŞINĂ = T1+T2+Twait+T3+T4+T5

CICLU INSTRUCŢIUNE = M1+M2+M3+M4+M5

Fig.2.1 Microcipul de sincronizare

Pentru generarea semnalelor de tact 2 se utilizează un circuit generator de orologiu (integrat separat de 8080). Acesta este circuitul 8224 KP 580 GF24 care e destinat pentru sincronizarea micro-sistemelor pe baza microprocesoarelor în studiu. Generatorul în afara de semnalele 1 şi 2 mai produce semnalele READY şi RESET. Totodată mai produce semnalul pentru strobarea cuvântului de stare STSB pe durata impulsului SYNC. Conectarea generatorului de orologiu este dat în fig.2.1. MP are 10 tipuri diferite de operaţii caracterizate fiecare de un cuvânt de stare. Realizarea unei instrucţiuni se reduce la înlănţuirea a maxim 5 din aceste operaţii (fiecare operaţie executându-se pe durata unui ciclu maşină). Cuvântul de stare PSW ce corespunde ciclului-maşină în curs este generat de MP pe durata semnalului SYNC multiplexat pe magistrala de date. Deoarece magistrala de date va fi folosita pentru vehicularea datelor începând cu T3 înseamnă ca pentru păstrarea cuvântului de stare pe întreaga durata a ciclului-maşină, acest cuvânt de stare trebuie introdus intr-un registru. în acest scop microprocesorului i se ataşează circuitul integrat 8228 sau KP 580 BK 28, care este un amplificator de bufer de magistrala bidirecţional şi latch pentru cuvântul de stare. Deoarece din cuvântul de stare în KP 580 BK 28 se vor obţine anumite semnale de control, acest circuit este denumit şi controler de sistem. MP împreuna cu generatorul de orologiu , amplificatorul de magistrala şi controlerul de sistem formează modul de unitate centrala de procesoare. Pe durata impulsului SYNC cuvântul de stare generat de MP pe magistrala de date este înscris în controlerul de sistem care este strobat (validat) de către semnalul de strob STSTB produs de generatorul de orologiu.