Conectarea Microprocesorului I8086 la Memorie de Tip Rom și Ram

1 Arhitectura internă a microprocesoarelor din familia Intel pe 16 biţi

În general când se vorbeşte despre un microprocesor (µP) se înţelege că acesta reprezintă CPU (Central Procesing Unit) din arhitectura generalizată von Neumann. După ce s-au construit primele µP pe 8 biţi s-a căutat ca puterea de calcul a acestora să se mărească prin creşterea numărului de biţi prelucraţi trecându-se la prelucrări pe 16 biţi. Totodată s-au făcut unele inovaţii în cadrul arhitecturii interne care au dus la o creştere a vitezei de prelucrare.

Dacă la µP anterioarea unitatea de prelucrare lucra strict după schema ciclică descrisă la arhitectura von Neumann de extragee a instrucţiunii, decodificare, execuţie ş.a.m.d. la această serie nouă de µP unitatea de prelucrare este divizată în două unităţi:

- unitatea de execuţie (Execution Unit – EU)

- unitatea de interfaţă cu magistrală (Bus Interface Unit – BIU)

După cum se observă cele două unităţi sunt legate între ele cu o conductă (pipeline) prin care sunt transferate instrucţiunile extrase din memoria program de către BIU spre EU care are numai rolul de a executa instrucţiunile extrase de BIU, EU neavând nici o legătură cu magistrala sistemului. În timp ce EU îşi îndeplineşte sarcina , BIU extrage noi instrucţiuni pe care le organizează într-o coadă de aşteptare (queue). La terminarea execuţiei unei instrucţiuni EU are la dispoziţie deja o nouă instrucţiune din coada de aşteptare menţinută de BIU. Cele două unităţi EU şi BIU lucrează deci în paralel existând momente de sincronizare şi aşteptare între ele atunci când coada de instructiuni este goală ceea ce se întâmplă însă foarte rar.

Funcţionarea paralelă a celor două unităţi BIU şi EU este transparentă utilizatorului. Această arhitectură se mai numeşte şi arhitectură cu prelucrare secvenţial – paralelă “pipeline”.

O schemă bloc a unei structuri de µP elaborat având ca bază aceasta arhitectură este dată în figura 1.1 ca fiind caracteristică µP INTEL din seria X86 (8086, 8088, 386).

Unitatea de execuţie EU conţine o unitate logico – aritmetică ALU de 16 biţi, registrul indicatorilor condiţionali (FR), registru operatorilor şi regiştrii generali. Toate registrele şi canalele EU sunt pe 16 biţi.

BIU conţine indicatorul de instrucţiuni IP (Instruction Pointer), registrele de segmente, un bloc de control al magistralei şi de generare de adrese şi o memorie organizată sub forma unei cozi în care sunt depuse instrucţiunile extrase (Instruction Queue).

Figura 1.1 – Arhitectura internă a microprocesorului Intel 8086

1.1 Unitatea de interfaţă cu magistralele BIU ( Bus Interface Unit )

Realizează conectarea microprocesorului cu exteriorul prin intermediul magistralelor de adrese (20 de linii) şi de date (16 linii). De asemenea, unitatea BIU generează semnalele de comandă pentru realizarea operaţiile de citire şi scriere cu memoria sau cu porturile. Unitatea BIU realizează extragerea în avans a instrucţiunilor din memorie, pe care le stochează într-un fişier de instrucţiuni de 6 octeţi, care este de fapt o listă de tip FIFO (First In First Out). Dacă în timpul execuţiei unei instrucţiuni unitatea EU solicită un operand din memorie, unitatea BIU calculează adresa fizică (20 de biţi) în funcţie de modul de adresare comandat, utilizând registrele proprii şi unitatea aritmetică proprie (UA) şi generează semnalele de comandă pentru transferul operandului către unitatea de execuţie.

1.2 Unitatea de execuţie EU (Execution Unit)

Extrage succesiv instrucţiunile din fişierul de instrucţiuni, le decodifică pe baza unui microprogram rezident şi le execută prin intermediul registrelor de uz general şi unităţii aritmetice şi logice (UAL). Dacă pentru execuţia unei instrucţiuni este necesar accesul la memorie sau la porturi I/O, unitatea de execuţie transmite către BIU o adresă de 16 biţi (adresă efectivă sau offset) ce va fi utilizată pentru operaţiile de transfer. Unitatea de execuţie dispune de un bloc de comandă care coordonează funcţionarea unităţii. În acest bloc există o memorie ROM în care este stocat microcodul de interpretare şi execuţie pentru fiecare instrucţiune.

Setul de registre Registrele sunt specializate pe funcţii; ele pot fi grupate în 5 categorii:

- registre de date (AX acumulator, BX bază, CX contor, DX date);

- registre index, (SP stack pointer, BP base pointer, DI destination index, SI source index);