O‘zbekiston respublikasi oliy ta’lim fan va innovatsiyalar vazirligi

III BOB. Mikroprotsessorli qurilmalar asosida loyihalash sxemasini tuzish


Mikroprotsessorni umumlashtirilgan sxemasi.
ALQ odat bo’yicha, tez ishlovchi ko’chirish registrlari asosida tuzilgan ikkilik kodlarini jamg’aruvchisidan tashkil topgan. Registrlar operandlarni vaqtincha saqlash va surish uchun ham ishlatiladi. Bu qurilma ushbu amallarni bajaradi: qo’shish, ayirish, ko’chirish, mantiqiy "I", mantiqiy "ILI", ikki moduli bo’yicha qo’shish va surish. ALQ amallarining belgilari hamda MP ning holati holat registrini tashkil etuvchi mahsus triggerlarda saqlanadi.
ALQ da ikkita kirish va chiqish portlari bor. “Kirish” porti ALQ ga berilgan so’zni (qiymatni) kiritish uchun kerak. "Chiqish" porti esa shunday berilgan so’zni chiqarish uchun kerak. Shunga o’xshash mantiqiy sxemalar bitta yoki bir nechta kirish portlariga va bittagina chiqish portiga ega bo’ladi. Ikkala kirish porti buferlar bilan ta’minlangan, ularning o’rnini qiymatlarni (berilganlarni) vaqtincha saqlovchi buferli registrlar bajaradi. Har bir port o’zining buferli registri bilan bog’langan. Buferli registrlar ALQ uchun bitta berilgan so’zni saqlash qobilyatiga ega. Ikkita kirish portlari ALQ ga ichki shinalardan yoki akkumulyator deb ataluvchi mahsus registrdan kattaliklarni qabul qilishga imkon beradi.
ALQ ning chiqish porti berilgan so’zni akkumulyatorga yuborish uchun kerak. Akkumulyator ALQ ning chiqish portidan yuborilgan yoki xotiradan chiqarib olingan "berilgan so’zni" saqlash uchun belgilangan. Misol uchun ALQ ikkita kattalikni qo’shayotganda ana shulardan bittasi akkumulyatorda turadi. Qo’shish
Berilgan so’zlarning qiymatlarini o’zgartirish va tekshirish kerak bo’lganda ham ALQ dan foydalansa bo’ladi. ALQ ning bajaradigan vazifasi (funksiyasi) MP turlariga bog’liq va har xil turdagi mashinalar uchun har xildir.
Ko’pchilik MP da ALQ bajaradigan tipik amallar quyidagilardir: qo’shish, ayirish, I, ILI, ILI ni inkor qilish, aylantirish, o’ng tomonga surish, chap tomonga surish, musbat orttirma, manfiy orttirma kabi amallardir.
MP registrlari. Registrlar har qanday MP ning muhim tarkibiy qismlaridan biridirlar. Ular MP asosiy funktsiyalarini amalga oshirishda qatnashadilar. Bu yerda oltita registrni ko’rib chiqamiz.
Bajarilgandan keyin natija (berilgan so’z) ALQ ga saqlanishga yuboriladi.

3.1-rasm. Bitta kristalli rivojlangan MP mantiqiy tuzilishi

3.2-rasm. KR580VN80A MP KIS strukturali sxemasi (a) va uning shartli belgilanishi (b)
MP dagi registrlarning har biri vaqtincha bitta berilgan so’zni saqlash uchun ishlatilishi mumkin.
Ayrim registrlar maxsus maqsad uchun, boshqalari esa ko’p maqsadni bajarish uchun kerakdir. Ko’p maqsadli registrlar umumiy kerakli registrlar deb ataladi va programmistlarni ta’biga ko’ra ishlatishi mumkin.
MP larda registrlarning soni, ularning ishlatilish o’rni, MP arxitekturasiga bog’liq. Biroq hamma MP asosan ushbu registrlarga ega. Ularga quyidagilar kiradi: holat registri, buferli registrlar, buyruq registri, xotira adresining registri, buyruq sanagich, akkumulyator, stekli registr va indeksli registr. Boshqa registrlar programmistlarning ishini yengillashtirish va soddalashtirish uchun mo’ljallangan.
Ichki registrlar berilgan qiymatlar bilan har xil manipulyasiya qilinganda MP ning asosiy registrlari ishlatiladi. Ko’pchilik arifmetik va mantiqiy amallar kodi (ALQ) va AK dan foydalanish yo’li bilan amalga oshiriladi. Har qanday amal ikkita operasiya ustida bajarilganda shulardan bittasini AK ga, ikkinchisini esa qaysidir registrga yoki xotiraga joylashtirish mo’ljallanadi.
Akkumulyatorga (AK) va xotiraga (V) joylashgan ikkita operandlarni bir-biriga qo’shganda natijadagi yig’indi A akkumulyatorga joylashtiriladi, AK dagi avvalgi operand esa o’chib ketadi. AK dan foydalaniladigan boshqa turdagi amallar bajarilganda, operandlarni MP ning bir qismidan ikkinchi qismiga o’tkazilishi, programma orqali amalga oshiriladi.
Operandlarni (berilganlarni) programmali uzatish amalini bajarish ikkita bosqichda amalga oshiriladi: avvalo operand manbadan AK ga uzatiladi, keyin esa AK dan ko’rsatilgan joyga uzatiladi.
MP AK ning o’zida, operandlar ustida yana boshqa ish bajarishi mumkin. Masalan, AK ning hamma razryadlariga ikkilik nollarini yozib uni tozalashimiz mumkin. AK ning qiymatlarini chapga, o’nga surish hamda uning aylantirilgan qiymatini va shunga o’xshash olish mumkin. AK MP ning eng universal registrlaridan biridir: operandlar ustida har qanday amal bajarish uchun eng avvalo ularni AK ga joylashtirish kerak. Operandlar AK ga MP ning ichki shinasidan kelib tushadi. O’z navbatida AK operandlarni shu shinaga yuborishi mumkin.
AK ning razryadlari MP ning so’zini uzunligiga, ya’ni 8 bitga to’g’ri keladi. Ayrim MP dagi AK ikkilangan so’z uzunligiga teng. Bunday MP lar mustaqil ikkita AK ga ega bo’lishi mumkin. U holda, MP AK ning chiqishidagi qiymatlarini ularga yuklash uchun har xil buyruqlarga ega bo’lishi kerak. Odatda operandlar ustida amallar tugagandan keyin natijani xotiraga yoki boshqa registrga yoyish mumkin.
Ichki registrlarni vazifalari va xususiyatlarini ko’rib chiqamiz:
a) Buyruq sanagich (BSch). BSch – bu MP ning muhim registrlaridan biridir. BSch ga qanday buyruq bajarilayotganini, qanday buyruq esa bajarilishi kerakligini nazorat qilib turish vazifasi topshirilgan. Ko’p hollarda BSch MP larning operandlarini uzunligidan ko’proq razryadlarga ega bo’ladi. 65 Kbit xotiraga adreslaydigan 8-razryadli MP da BSch ining razryadlar soni 16 ga teng. Bu esa mikroEHM ning 65536 xotira oblastining har qandayiga murojaat qilishiga kerak bo’ladi, ya’ni N=2¹⁶ = 65536.
Nazariya bo’yicha, BSch iga operandlarni MP ning ichki shinalariga ulangan har qanday adresli bloklardan olish mumkin. Biroq, amaliyotda BSch ga qiymatlar mikroEHM ning xotirasidan kelib tushadi. MP ishlashini boshlaganida boshlang’ich adresni belgilash buyrug’i bo’yicha BSch ga MP ni loyihalovchining ko’rsatgan qiymatlari xotira oblastidan o’tkaziladi. Programmani ishga tushirishidan avval, loyihalovchi xotira oblastida programma uchun ko’rsatgan boshlang’ich adresni BSch ga joylashtirishi kerak.
Programma bajarilishi boshlanganda BSch ning birinchi qiymati ana shu oldindan aniqlangan adres bo’ladi. Shuning uchun programmani bajarishdan ilgari programmaning birinchi buyrug’ini o’z ichiga olgan xotira oblastining avdresining buyruq sanagichiga yuklash kerak. Programmaning birinchi buyrug’ini o’z ichiga olgan xotira oblastining adresi BSch dan xotira adreslari registriga (XARg - RgAP) yuboriladi. Shundan keyin ikkala registrlarning (XARg, BSch) qiymatlari bir xil bo’ladi.
XARg ni eng kichik uzunligi 16-razryadga teng. Programmaning birinchi buyrug’i joylashgan adresi, adresli shina orqali, xotirani boshqaruvchi sxemaga yuboriladi. Natijada ko’rsatilgan adresdagi xotira oblastining qiymati o’qiladi. Bu qiymat albatta buyruq bo’lishi kerak. Xotiradagi bu buyruqlar registriga (BRg - RgK) yuboriladi.
Xotiradan buyruqni chiqarib olgandan keyin MP BSch ni qiymatini bittaga orttirishiga ko’rsatma beradi. Bu orttirmani BSch MP hozirgina olingan buyruqni bajarishga o’tgan paytda oladi. Shu vaqtdan boshlab BSch navbatdagi buyruqning adresini ko’rsatadi. Bajarilayotgan buyruqning butun bajarilishi davomida BSch navbatdagi bajariladigan buyruqning adresini ko’rsatib turadi.
b) Xotira adresining registri (XARg - RgAP) mikroEHM ning xotira oblastiga har safar murojaat qilganida, HARg MP ga foydalaniladigan xotira oblastining adresini ko’rsatadi.
XARg – adreslarni ikkilik sonlarda ifoda etadi. Bu registrning chiqishini adresli shina deyiladi va xotira oblastini yoki ayrim paytlarda kirish/chiqish portlarini tanlash uchun foydalaniladi. Buyruqni dekodlagandan keyin BSch orttirma oladi, XARg esa orttirma olmaydi.
Agarda MP ni buyruqiga binoan yana xotiraga murojaat qilinsa, bu komandani qayta ishlashda XARg dan ikkinchi marotaba foydalanishi mumkin.
Ko’pchilik 8-razryadli MP ning XARg 16-razryadga teng. Bunday Rg ikkita registrdan tashkil topgan: katta baytli registrdan (KB) va kichik baytli registrdan (KichB).
XARg MP ning ichki qiymatlar shinasiga ulangan va har xil manbadan yuklanishi mumkin. XARg asosan BSch, umumiy registrlardan yoki xotira oblastidan yuklanadi.
v) Buyruqlar registri (BRg - RgK). BRg faqatgina bajarilayotgan buyruqni saqlash uchun mo’ljallangan. Bu vazifa MP orqali buyruqni avtomatik tarzda tanlash davri boshlanishi bilan amalga oshiriladi.
Mashina davri ikkita davrchadan (mikrosikldan) tanlash va bajarishdan tashkil topgan.
BRg ichki qiymatlar shinasi bilan ulangan. Biroq BRg shinalaridan buyruqlarni faqat qabul qiladi. Shinalarga qiymatlarni esa uzata olmaydi.
BRg ning chiqishi buyruqlar deshifratorining bir qismidir. BRg ning razryadlar soni MP ning turiga bog’liq. Ayrim hollarda razryadlar soni qiymatlar so’zining razryadlari bilan mos keladi, boshqa hollarda faqatgina 3 ta va 4 ta bo’ladi. Buyruqlar deshifratori buyruqni bajarish davrchasida BRg ning qiymatini o’qiydi va MP ga amallar buyrug’ini nima qilish kerakligini aytadi.
g) Holatlar registri (XRg). Hisoblash mashinasi kalkulyatorlardan holatlar registrini borlig’i bilan farq qiladi.
XRg ning razryadlari ALQ va boshqa registrlardan foydalanib amallar bajarilganda u yoki bu qiymatni oladi. Holatlar registri tekshirish, natijalarni eslab qolish ''o’tish" kabi buyrug’i bor programmalardan foydalanishga imkon beradi.
Programmada "o’tish" buyrug’i bo’lsa, buyruqni bajarish xotiraning bironta yangi oblastidan boshlanadi, ya’ni BSch ga yangi son (qiymat) bilan yuklanadi (shartli o’tishlar). Tekshirilgan natijalar XRg da saqlanadi.
XRg programmistga biron-bir sharoitda MP ning topshiriqni bajarilish tartibini o’zgartirishga imkon beradi.
ALQ amallar bajarayotganida XRg ning razryadlariga birlik qiymati beriladi. Agarda amallar bajarilgandan keyin AK ning hamma razryadlari nolga teng qiymatni qabul qilsa, u holda XRg ning nol natijali biti bir qiymatini oladi va shunga o’xshash.
Holat registrining ko’proq ishlatiladigan ayrim razryadlarini qisqacha tavsiflaymiz.

3.3 -rasm. 8-razryadli Mikroprotsessorning holat registrining ayrim razryadlarini vazifalari.

1. Qarz o’tkazish (perenos zaym). Bu razryad oxirgi bajarilgan amal o’tkazish (ko’chirish) yoki qarz (manfiy ko’chirish) berish bilan bog’langanligini bildiradi. Ko’chirish razryadi “I”ga shu paytda o’rnatiladiki, agarda ikkita ikkilik sonini ko’shganda 8-razryadda ko’chirish alomati sodir bo’lsa. Manfiy ko’chirish (qarz) holat registrida kichkina sondan katta sonni ayirganda yoziladi.

2. 
   Nolli natija. Nolli razryad bir holatini shu paytdagina oladiki, qachonki amallar tugagandan keyin akkumulyatorning hamma razryadlarida ikkilik nollari bo’lib qolsa.
   
3. 
   Ishorali razryad bir holatini shu paytda oladiki, qachonki, amalning natijasini yozish uchun belgilangan registrning qiymatidagi katta biti bir holatini olsa. Arifmetik amallarni qo’shimcha kodli sonlar bilan bajarganda registrning katta razryadidagi biti bir holatiga teng bo’lsa, u holda registrda manfiy son borligini bildiradi. Ko’rsatilgan razryadlarning uchta holati ko’pchilik MP da ishlatiladi.
   

Ko’pchilik MP qo’shimcha holat razryadiga egadirlar. Holat registrlarining hamma razryadlari ishlatilavermaydi. Ishlatilmaydigan razryadlarga hamma vaqt ikkilik sonining birlari yozilmaydi. Registrning qiymatlari MP ichki qiymatlar shinasiga yuklanishi mumkin. Holat registri shinadan kelayotgan qiymatlarni qabul qilish imkoniyatiga ega emas.
Misol: agarda akkumulyatorga yozilayotgan amalning natijasi ko’chirishsiz musbat songa teng bo’lsa, u holda so’zning holati 00011111 ko’rinishga ega bo’ladi. Agarda amalning natijasi ko’chirishsiz manfiy songa teng bo’lsa, u holda holat registrida 01011111 ikkilik soni hosil bo’ladi. Bu kodda 010 - manfiy natijali bitni bildiradi.
d). Arifmetik logik qurilmaning buferli registrlari (BR).
Ularning har biri, berilgan so’zni vaqtincha saqlash uchun kerak. Bu registrlardan bittasi ALQ ning akkumulyatori - registri deyiladi. Boshqa buferli registr MP ning ichki shinasidan kelayotgan qiymatni vaqtincha saqlash uchun ishlatiladi. BR lardan programmist foydalana olmaydi. BR ga qiymatlar AK ning chiqishidan hamda MP ning ichki shinalaridan kelishi mumkin. e). Umumiy ishlatiladigan registrlar (UIR).
Ko’pchilik MP lar foydalanuvchining ixtiyoriga beriladigan qo’shimcha registrlarga ega. Bu registrlar umumiy ishlatiladigan registrlar degan nom olgan.
Ayrim MP da UIR xotira qurilmasi sifatida xizmat qiladi. Boshqalarida esa ularning vazifalari AK ning imkoniyatidan qolishmaydi.
Umumiy ishlatiladigan registrlar sifatida V va S, D va Ye, N va L va shunga o’xshagan Rg lar ishlatilishi mumkin. Bu Rg larning har qaysisini manfiy orttirma sanagichi sifatida ishlatish mumkin. V va S registrlarini birgalikda mahsus 16-razryadli juft registr sifatida ishlatish mumkin.