Със спец предназначение

1. ЕМК – структура, основни блокове, шинна организация.
Приложение:
за контрол и управление на различни обекти и процеси. Вид Embedded
System (вградена МП система със спец. предназначение).
Структура на микропроцесорно устройство
Класическа структура
(Чарлз Бабидж): включват следните устройства (компоненти):
 Централен процесор (аритметично-логическо устройство, АЛУ, Arithmetic Logic
Unit) с възможност за работа със специфична система от инструкции.
Инструкциите се изпълняват за определено време в зависимост от тактовата честота и спецификата им;
 RAM (Random Access Memory) памет - енергозависима;
 Управляващо устройство (УУ), Control Unit;
 Входно устройство (Input Unit);
 Изходно устройство (Output Unit);
 Магистрална (Шинна) организация:
 АМ (AB, AL, address bus)
– адресна магистрала;
 ДМ (DB, DL, data line
– магистрала за данни;
 УМ
- управляваща магистрала
 Буфериране на шините (bus buffers);
 Блок за управление: управляващо устройство (control unit, CU), ROM за макрокода; стекова памет (STACK), указател на стека (SP, stack pointer), контролер на прекъсванията (IC, interrupt controller);
 Блок за обработка на командите: програмен брояч / брояч на командите (PC, program counter), регистър на командния код / код на инструкцията (IR, instruction register), дешифратор на на кода на инструкцията (ID);
 Блок за обработка на данните: АЛУ, акумулатор (ACC, accumulator); регистри с общо предназначение (RB, registers block), флагов регистър (CC, code condition)
УУ
RAM
АЛУ
ВУ
ИУ
клавиатура

2. Памети с последователен достъп. Видове. Параметри.
Паметите биват още: адресни и безадресни.
Безадресни – конкретен механизъм (FIFO, LIFO) или признак (асоциативни)за достъп без конкретен адрес;
-
FIFO (First-In First-Out) – първи “влязъл” първи излязъл. При първи тях се чете първия бит записана информация.
“Кюнец”
Приложение на FIFO паметите:
- При монитори – за четене на информация в процеса на визуализация;
- За обработка (трансфер) на “подредена” информация между несинхронизирани шини и устройства:
LIFO (Last-In First-Out) – последен влязъл първи излязъл. При тези памети първи се чете последния записан бит информация.
“Кофа”.
Приложение: при Stack паметите (бърз достъп до данни).

3.Памети с непосредствен достъп SRAM – блокова схема , шини.
Видове:
- RAM (random access memory)  енергозависими, за четене и за запис.
- SRAM (static RAM);
- биполярни;
- CMOS;
- BiCMOS
- DRAM (dynamic RAM);
- MOS
- ROM (read-only memory)  енергонезависими, само за четене.
Режими на работа при RAM паметите:
- неизбрана;
- четене;
- запис;
- standby (понижена консумация).
-
Запомняща матрица – на база тригери (SRAM) или други специфични транзисторни структури (DRAM);
-
Адресни шини: А
0
...А
N+M
– адресират 2
N
ЗК с дължина на думата L.
-
RAM със сериен адрес (с допълнителен регистър само през 1 АШ).
-
CS (chip select) – избор на схема (избрана при ниско ниво CS=0);
-
R/W (read/write) – четене запис (при R/W=0 – запис), още – WE (write enable);

4. Памети с непосредствен достъп SRAM – режими на работа.
- четене от паметта:
- запис в паметта:

5. DRAM памети – блокова схема, шини, режими на работа.
-
Запомняща среда (матрица от 3К)
-
Логически схеми за избор на адрес.
-
Усилватели – за сигнала от 3К
-
Логика за въвеждане на адресите
-
Схеми за четене/запис.
-
Вътрешни броячи за регенерация
-
Изходна логика
Операции:
-
Четене( стандартно)
-
Четене(по страница– Fast Page Mode, FPM)
-
Запис
-
Четене-запис(Read-Modify-Write, IBM Corp.)

6. DRAM памети – методи за регенерация. Режим DMA – предназначение.
Необходимост – разреждане на зап.капацитет с времето при необръщане към
ЗК – загуба на данни.
Методи за регенерация на DRAM:
• пакетна: спира се микропроцесора, регенерира се цялата памет;
• периодична: регенерира се 1 ред (дума) от паметта;
• принудителна – при липса на обръщение към паметта над минималното време за регенерация – преминава се към пакетна или периодична регенерация;
• скрита – в рамките на вътрешния цикъл на обработка на една команда (по време на изпълнението й в
АЛУ на микропроцесора).
DMA – direct memory access.
Същност – за достъп на устройството до паметта без да е необходима намесата на процесора. Осъществява обмен на блокове от паметта между две устройства.
Реализира се при персонални компютри: използва отделен DMA контролер или Bus mastering (PCI bus).

7. Разширение на паметта при памети с непосредствен достъп (разширяване на дължината на думата, увеличаване на обема
)

8. ROM памети : основни типове и приложение.
Общи характеристики:
 само за четене (MROM) или за четене и Програмиране по специален начин (PROM, EPROM, EEPROM, Flash);
 енергонезависими;
 с непосредствен достъп (адресни памети):
 същата организация като RAM (pin to pin compatible);
 еднакво време за достъп до всеки ЗЕ;
 програмирането – по специален начин при
 производството им или от потребителя.
Приложение:
1. За съхранение на програми за работа на микрокомпютъра и старт- програми в PC (BIOS, монитори и др.);
2. За съхранение на големи таблици от данни (ТИ, т.нар. look-up tables);
3. За реализация на логически функции (OR, NOR, AND, NAND) – ПЛМ
(програмируеми логически матрици).

9. PROM – структура, програмиране, особености.
Основни характеристики:
 Еднократно програмируеми от потребителя (клиента) в лабораторни условия;
 Структура – матрична решетка (масив) от “бушони ” (array of fuses) –
NiCr, poly-Si, W връзка с възможност за прегаряне – т.нар. Burning ROM;
Процес на програмиране:
 чрез устройство
– Програматор
 пропуска се ток с Висока стойност, при което се прегаря жичката между АШ и
ШД (липса на връзка) или се оставя
(наличие на връзка). Биполярни (TTL).
Запис – бавен (5 мин.). Високо бързодействие.
- програмиране – с ток (за разлика от EPROM);
- еднократно програмиране;
- биполярни PROM – защитени от радиоактивно въздействие;
- високо бързодействие (до 1 ns);
- висока консумация.

10. Памети ЕPROM – блокова схема, режими на работа.
- вид ROM, енергонезависима памет (non-volatile memory);
- представлява масив от MOS транзистори с плаващ гейт
(floating gate transistors) – т.нар. UVEPROM;
- програмиране с по-високо от захр.напрежение Vpp = 12,7 v;
- изтриване – чрез облъчване с ултравиолетова UV светлина с определена дължина на вълната (w=253 nm), за определено време
-
Режими на работа:
- нормални: неизбрана, четене, standby
- изтриване (UV светлина);
N.B. Първоначално изтриване - около 20 min
- програмиране (запис).
- запис (програмиране) –
Отн. бавен х 50 ms,
Адресира се цял байт;

11. Памети ЕЕPROM – блокова схема, режими на работа.
Режими на работа:

12. FLASH памети специфика на ЗК. Типове.
Особености:
- блоково програмиране/изтриване и индивидуален запис до конкретна ЗК;
- изтриване – чрез F-N тунелиране;
- програмиране – чрез F-N тунелиране или CHE механизъм.
Опасност при Flash ROM – евентуална промяна в дадена зона (portion disturbance) докато се записва в друга. Липсва селектиращ транзистор (СИ

)
Предимство – напълно CMOS технология с допълнителни процеси за FG (до и под 0.18µm) – постигане на висока СИ!
Реализация на структурно ниво:
- Boot block (Sector erased) Flash - изтриване на сектори от 4КB до 128KB
(16KB boot block – сигурност!);
- Bulk erased Flash - изтрива се целия Flash.
Операциите четене и запис – на принципа на непосредствен побайтов достъп.
Съвременни FLASH архитектури – имат включен КА за автоматизация на
WRITE и ERASE операциите.
Първите FLASH-софтуерно управление на операциите.

13. Общи шини на ЕМК НС11.
XTAL, EXTAL - осигуряват интерфейс с външен ТГ (тактов генератор): кварцов(XTAL) или CMOS-съвместим(EXTAL) за тактуване на вътрешните схмеи.
Честотата на външния генератор е 4 пъти по-висока от вътрешната за ЕМК. При използване на EXTAL , XTAL следва да се оставя свободен.
RESET - двупосочна шина. Вход - за инициализация на МП в начално състояние. Изход - с ОД за индикация на вътрешна грешка при Clock monitor или COP.
Поради невъзможност да се изпълнят правилно инструкции при понижаване на захранването се изисква включване на допълнителна LVI (low-voltage-inhibit) схема за предпазване на EEPROM.
E-Clock (E) - изход от вътрешния ТГ. Честотата в изход Е е 1/4 от тази на шини
XTAL/EXTAL. При E=low се извършва обработка във вътрешните структури на
ЕМК, при E=high - постъпване на данни. В режим STOP E-Clock се спира. За намаляване на радиоемисиите изход E се забранява.
IRQ (Заявка за прекъсване, InterruptRequest) - вход за асинхронна заявка за прекъсване към ЕМК. Може да се окаже активиране по заден фронт или по ниво.
(Немаскирано прекъсване, Non-Maskable Interrupt) - вход за немаскирано прекъсване след Reset инициализация. При Reset , бита X в
CCR(condition-code-register) се установява в 1 и всяко прекъсване се маскира, докато софтуерно не се разреши.
MODA,MODB (MODA/LIR, MODB/Vstby) - при Reset,MODA и MODB определят 1 от 4-те режима на работа: Single-chip(EMK), Expanded(МП), TEST, BOOT;
LIR(load-instruction-register) - след избор на режима осигурява изход ОД като индикация, че изпълнението на инструкцията е започнало; Vstby - използва се за свързване на захранване за RAM в Standby режим
STRA/AS - Strobe A (STRA), Address strobe(AS) - в зависимост от режима на работа: В ЕМК(Single-chip) режим, STRA извършва функцията "input handshake"
(strobe input); В МП(Expanded)режим, AS осигурява строб за адреса (adress strobe).
STRB/R/W - Strobe B и Read/Write - извършват или строб по отношение на изхода (output strobe) или индицират посоката на предаване на данни в ШД в зависимост от режима.

14. Програмен модел на НС11 ( вътрешни регистри)
Акумулатори А и В – 8-битови регистри с общо предназначение. Съхраняват временно операндите (данни) и резултата от изпълнение на предишна операция от АЛУ. За някои инструкции–образуват 16-битов регистър (акумулатор D).
Равнозначност на А и В с изключение на:
• инструкции ABX, ABY добавят съдържанието на акумулатор В към индексни регистри X или Y;
• инструкции TAP, TPA прехвърлят данни от акумулатор А към регистъра на състоянието и обратно;
• Инструкция DAA (Decimal Adjust accumulator A) – след BCD аритметични операции;
• Еднопосочност на операциите събиране, изваждане и сравнение.
Индексен регистър IХ - при индексна адресация осигурява 16-битова стойност
(базов адрес), която да се добави към 8-битовото отместване от инструкцията за образуване на ефективен адрес (EA).
Допуска изпълнение на операции INX, DEX, CPX.
Може да се ползва като брояч или за съхранение на данни.
Индексен регистър IY - 16-битов. Подобно на IX участва в индексен адресен режим. Повечето инструкции, ползващи IY, изискват допълнителен байт от кодa/цикъл за изпълнение.
PC (програмен брояч) – 16-битов, съдържа абсолютния адрес на следващата команда за изпълнение. След Reset, РС се инициализира с един от 6-те вектора
(в зависимост от режима):
CCR (регистър на състоянието). НЕ съдържа данни.Съдържа 8 бита (индикатори, флагове), от които:
-
5 индикатори на състоянието (C, V, Z, N, H);
-
2 маскови бита при прекъсване (IRQ, XIRQ);
- бит за освобождаване от стоп режим (S).

15. Организация на адресното пространство( карти на паметта) в различните режимите на работа на НС11.
 карти на паметта – различни за 3-те фамилии схеми от серията Е на ЕМК
НС11 (еднакви за режими ЕМК и МП);
 различни карти (разпределение на адресното пространство за отделните режими на работа (Bootstrap, Test);
 RAM ($0000-$01FF, 512 bt) - от адрес $0000 след Reset, възможна промяна – от регистър INIT (всяка 4K област $x000);
 регистров блок ($1000-$103F, 64 bt) – от адрес $1000 след Reset, възможна промяна – от регистър INIT (всяка 4K област $x000);
 Приоритет: Регистри RAM  ROM. Презастъпване – спазване на приоритета! o RAM (SRAM) - за съхранение на инструкции, адреси/данни, променливи, междинни данни. Може да ползва директна адресация (пести ресурси);
Съхранение съдържанието на RAM – методи:
1. Stop mode (SW) – E-clocks се спира, V
DD
e включено. P

F
раб
(CMOS)

2. MODB/V
STBY
– батерийно захранване (Reset=low при ниско V
DD
). o Програма за начално установяване (bootloader) – във вътрешна “bootstrap
ROM” ($BF00–$BFFF) – само в режим Bootstrap. o В режим МП - ROM/EPROM/OTPROM (ако са налични) – достъпни след
Reset – в горните адреси на паметта
(ROMON=1, CONFIG). o ROM/ EPROM - налични в режими ЕМК и Bootstrap (ROMON – без значение). o При EEPROM=512 bt. (EEPROM $B600–$B7FF) – НЕ може да се мести
(само при Е1)! o EEPROM се програмира/изтрива SW (charge помпа – разрешена).

16. Механизъм на Reset - време диаграма.

17. Какво означава СОP и какво включва?
НС11 използва 8-битов КОД (Код на операцията, Opcode). Всеки КОД идентифицира определена инструкция и метод на адресация.
КОД (КОП) – указан в карти, разпределени в 4 страници.
Допълнителен байт - PRE BYTE за увеличаване броя команди (препраща ЦП към съответната страница). Предшества КОД в общия формат. Пълна инструкция – дължина от 1 до 4 байта.
Всички методи за адресация (без вътрешна) използват ефективен адрес (ЕА).
ЕА- адрес от паметта, от който се вземат аргументите или от който се продължава изпълнението на програмата. ЕА – задава се в рамките на инструкцията или се изчислява.
Видове адресации в ЕМК НС11:
 Непосредствена;
 Директна;
 Пълна;
 Индексна;
 Относителна;
 Вътрешна.

18. COP Watchdog система в НС11 – предназначение.
 Ползва входен сигнал от Е-clock, разделен 15 пъти (E ÷ 2 15
);
 COP изработва изходен сигнал за генериране на ниско ниво към RESET извода за рестартиране на ЕМК и външните устройства автомaтично след изтичане на зададения таймаут период
;
 Таймаут периодът може да се настройва с помощта на prescaler битове
CR[1:0].
 Включва логика за дефиниране на съответните I/O изводи РА0÷РА7 от
Порт А като такива за таймерни функции (IC/OC) или за работа с общо предназначение;
 Изводи PA3, PA2, PA1, PA0 – IC входове или с общо предназначение.
Логика за прихващане (детекция) на входния сигнал по фронт
(положителен или отрицателен – по избор);
Нивата им могат да се четат по всяко време от регистъра PORTA безусловно.
 Изводи PA6, PA5, PA4, PA3 – ОC изходи или с общо предназначение;
При използване като ОС изводи – не може да се записва в тях
;
Функциите на OC[5:2] – свързани с един от изводите от Порт А, само OC1
– допълнителна функция за контрол посредством комбинация от стойности на изводи PA[7:3]; o Извод PA7: с общо предназначение, като ОС1 или като вход за пулс- акумулатора.

19. Видове адресации в ЕМК НС11.
 Индексна адресация (продължение) – адресиране на клетки от масив
 Относителна (Relative)
В – относително отместване.
Използва се САМО за преходи под условие. При разклонение на програми!
2-байтова инструкция.
Ако условието e “True”, относителното отместване В от инструкцията се добавя към съдържанието на PC за формиране на ЕА. В противен случай при “False” се продължава към следващата поред инструкция
 Вътрешна (Inherent)
В този адресен режим цялата информация за изпълнение на инструкцията се съдържа в КОД.
Използва се за работа с вътрешните регистри (акумулатори, индексни регистри, контролни инструкции без аргументи).
1 или 2-байтова инструкция.

20. Пълна адресация - формиране на адреса и приложение
Extended - Съдържа дирекотно след КОД адресите на операндите , които ще се обработват. В зависимост от дължината на ползваните регистри и наличието на
PRE - обща дължина от 3 или 4 байта.

21. Директна адресация - формиране на адреса и приложение.
Direct - При тази адресация A
L съдържа в байта след КОД(DA), A
H
се предполага $00. Адреси в диапазона $00 - $FF са директни (2 байта инструкция). По-малко време за изпълнение. Обикновено тази 256 байта област се резервира за често ползвани данни (от вътрешни регистри, RAM, външна памет)

22. Непосредствена адресация - предназначение.
Immediate - Съдържа директно след КОД аргументите за съответната операция, която ще се извършва. В зависимост от дължината на ползваните регистри и наличието на PRE - обща дължина от 2, 3 или 4 байта.

23.
Индексна адресация - формиране на адреса и приложение.
Indexed - В този адресен режим байтът след КОД съдържа 8-битовото отместване (D-индексно отместване) което се добавя към съдържанието на индексния регистър (IX или IY). Резултатът формира ефективния адрес (EA). Този режим позволява адресиране на всяка клета от адр. пространство. Обща дължина - 2 байта.

24. Относителна адресация- формиране на адреса и приложение.
B - относително отместване
Relative - използва се САМО за преходи под условие. При разклонение на програми!
2-байтова инструкция.
Ако условието е "True", относителното отместване B от инструкцията се добавя към съдържанието на PC за формиране на EA. В противен случай при "False" се продължава към следващата поред инструкция

25. Вътрешна адресация – предназначение
Inherent - цялата информация за изпълнение се съдържа в КОД. Използва се за работа с вътрешните регистри (акумулатори, индексни регистри, контролни инструкции без аргументи).
1 или 2 байтова инструкция.

26. Интерфейсни шини на НС11–функции в различните режими на работа
 Активно изходно ниво (low/high);
 RESET – неактивно състояние за ЕМК;
 Електрически схеми при свързване към изходните шини на:
ЛС – повторител
ЛС – инвертор

27. Аналогов интерфейс в НС11 – режими на работа.
Системата за АЦ преобразуване (A/D система) използва:
 ЦАП с последователна апроксимация и редистрибуция на заряда за преобразуване на аналоговия сигнал в цифров;
 8-канална система (съответно 8-битов мултиплексор), 8-битова точност на преобразуване;
 Не изисква външна S/H (sample and hold) верига поради ползване техника на разпределение на заряд;
 АЦП може да синхронизиран от системния (E clock) или от вътрешен RC осцилатор.
Състав:
- мултиплексор;
-
ЦАП;
- верига за цифров контрол; структура за запомняне резултата от преобразуването
 АЦП: Преобразуване - извършва се за сигнала от съответния аналогов вход, избран от мултиплексора (MUX).
Съдържа: (1) капацитивен масив (DAC-digital-to-analog capacitor), (2) компаратор, (3) регистър за последователна апроксимация (SAR, successive approximation register).
 Принцип на извършване на преобразуването – последователност от 8 операции сравнение, започващо от бита MSB. Всяко сравнение определя стойността на съответния бит в регистъра SAR.
DAC масива извършва 2 функции: действа като S/H верига, осигурява напрежението за сравнение по време на апроксимацията
Резултата от сравнението се съхранява в SAR и след приключване процеса на
АЦП се прехвърля в друг регистър.
Т.нар. “charge” помпа осигурява напрежение (7-8V, за време поне100μs) на превключване към гейтовете на аналоговите ключове в MUX. Помпата се разрешава от бит ADPU на регистъра OPTION.
 Синхронизация – бит CSEL (clock select) от регистъра OPTION определя дали АЦП използва системната (Е) тактова поредица или вътрешния RC тактов генератор (задължително при честота на E<750KHz, но чувствителен на промяна на честотата - шум).
 Последователност на преобразуване

28. Какво означава прекъсване?
Interrupts - зарежда PC с конкретен вектор, сочещ към определен адрес от който да се заредят съответните инструкции за изпълнение.
Временно се спира работата на основната програма до приключване изпълнение на обработката на прекъсването(сервизна процедура). След това основната програма продължава да се изпълнява.

29. Видове прекъсвания в ЕМК 68НС11. Приоритети.
- SWI (SoftWare Interrupt) - софтуерно (програмно) прекъсване:
- инструкция SWI не може да бъде прекъсната докато приключи изпълнението й
- НЕ МОЖЕ ДА СЕ ЗАБРАНИ глобално от маска в контролния регистър CCR
- SWI установява маска I в CCR в "1" - след това други прекъсвания не се допускат до края на обработката или до нулиране на маската I софтуерно
- HWI (HardWave Interrupt) - хардуерно (апаратно) прекъсване - IRQ, XIRQ
- Немаскирано прекъсване (X - вход) - немаскираните прекъсвания водят ВИНАГИ до прекъсване работата на ЦП. Прилагат се при възникнали сериозни проблеми - напр. програмни забиване, отпадане на захранването. IRQ
XIRQ - с най-висок приоритет /без Reset/ (по-висок от всички маскирани - с маска)
- Неправилен КОД (Ilegal Opcode Trap) - при среща на несъществуващ КОД (PRE+КОД)
- Прекъсване през вход IRQ:
- допълнително маскирано прекъсване през външен вход за ЕМК
- задействане - по ниско ниво на сигнала от източника на прекъсване
- свързване на няколко източника в "жично-ИЛИ"