Успешное решение разнообразных задач с помощью микропроцессорных средств требует постоянного улучшения характеристик последних, прежде всего производительности, и расширения функциональных возможностей. Этим требованиям на современном этапе отвечает поколение микропроцессорных комплектов (МПК) БИС повышенных степени интеграции, разрядности и быстродействия. Типичным представителем этого поколения является МПК БИС серии К1810.
Центральный процессор (ЦП) К1810ВМ86 комплекта имеет разрядность данных 16 бит, разрядность адреса 20 бит и тактовую частоту до 5 МГц. Его производительность примерно на порядок превышает производительность разработанного ранее 8-битового МП К580ВМ80. Дополнительное увеличение вычислительной мощности микропроцессорных систем (МПС), построенных на основе БИС серии К1810, достигается благодаря использованию специализированных процессоров: арифметического сопроцессора К1810ВМ87 и процессора ввода — вывода К1810ВМ89. Арифметический сопроцессор с высокими точностью и быстродействием выполняет разнообразные операции над числами с фиксированной и плавающей запятой. Процессор ввода—вывода эффективно осуществляет пересылку данных между внешними устройствами и памятью системы и производит при этом необходимые преобразования информации, освобождая тем самым ЦП для работы по основной программе.
Наличие большого числа схем различной степени интеграции в МПК серии К1810 упрощае-Иразработку МПС и делает их компактными и экономичными. Существенное значение имеет возможность использования совместимых с МПК серии К1810 программируемых БИС серии К580, число типов которых постоянно растет. На основе МПК К1810 выпускаются различные типы вычислительных средств, включая одноплатные управляющие микроЭВМ и микроконтроллеры, универсальные микроЭВМ, персональные ЭВМ и высокопроизводительные микропроцессорные системы, например ПЭВМ ЕС 1840, «Нейрон И9.66», «Искра 1030.11», «АГАТ-П».
ПЭВМ рассчитаны в основном на пользователей, которые могут ограничиться работой со стандартными устройствами ввода — вывода и готовым программным обеспечением. Однако на практике нередко встает задача их адаптации к работе с устройствами, не входящими в состав типового периферийного оборудования, что предполагает создание пользователем собственных аппаратных средств и соответствующего программного обеспечения. Для этого необходимо знать архитектуру БИС и микропроцессорного комплекта, представлять взаимодействие БИС в системе и овладеть программированием, прежде всего на языке ассемблера. Подобного рода информация содержится во многих книгах, справочниках и учебной литературе, изданных в последние годы и содержащих описание МПК новых серий. \
^
В отличие от многих книг по микропроцессорам, предназначенных главным образом для специалистов в области вычислительной техники, данное справочное пособие адресовано широкому кругу инженерно-технических работников и студентов, которые специализируются в различных областях электроники и деятельность которых связана с профессиональным использованием или с проектированием микропроцессорных средств, содержащих БИС серии К1810. Предполагается, что читатель знаком с основами цифровой и вычислительной техники в объеме соответствующих учебных дисциплин, изучаемых на младших курсах технических вузов. Желательно (но не обязательно) знакомство с МПК предшествующего поколения, в особенности с программируемыми БИС серии К580, которые могут быть использованы совместно с БИС серии К1810.
Авторы стремились не только представить по возможности полные данные справочного характера, но и пояснить наиболее трудные для понимания вопросы, что позволит использовать книгу в учебном процессе, в частности при курсовом и дипломном проектировании. Однако следует отметить, что материал данной книги не заменяет техническую документацию.
В гл. 1—4 рассматриваются центральный процессор К1810ВМ86, арифметический сопроцессор К1810ВМ87 и процессор ввода — вывода К1810ВМ89. Особое внимание уделено двум последним процессорам, которые освещены в литературе существенно слабее, чем ЦП. Описаны также особенности ЦП К1810ВМ88 и вопросы построения функционально законченных микропроцессорных систем на основе этих БИС. Гл. 5 содержит материал о вспомогательных микросхемах программируемых БИС, составляющих необходимое обрамление центрального процессора при построении процессорного модуля. Изложены практические вопросы организации ОЗУ на основе БИС динамической памяти с использованием контроллера К1810ВТОЗ.
В гл. 6 описаны программируемые БИС микропроцессорного комплекта К1810: контроллер накопителя на гибком магнитном диске К1810ВГ72, интервальный таймер К1810ВИ54 и контроллер прямого доступа к памяти К1810ВТ37. Приведены сведения о двух многофункциональных БИС серии К1821, использование которых позволяет сократить общее число компонентов в системах, построенных на основе процессоров серии К1810.
Авторы выражают благодарность коллективу кафедры вычислительной техники Московского института электронной техники, возглавляемой чл.-кор. АН СССР Л. Н. Преснухиным, и д-ру техн. наук, проф. П. И. Новикову (Ленинградский институт точной механики и оптики) за ценные замечания, высказанные при рецензировании«рукописи.
Замечания и предложения направлять по адресу: 101430, ГСП-4, Москва, Неглинная ул., 29/14, издательство «Высшая школа».
Авторы
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................ 3
Глава 1. Микропроцессор К1810ВМ86.................... 5
.1 Состав МПК БИС серии К1810. Обише сведения о микропроцессоре К1810ВМ86 5
.2. Назначение выводов микропроцессора................ 8
.3. Структура микропроцессора................... 14
.4. Адресное пространство памяти и ввода—вывода............ 19
.5. Организация прерываний.................... 23
.6. Функционирование микропроцессора................ 28
.7. Структура однопроцессорной системы................ 37
.8. Особенности архитектуры микропроцессора К1810ВМ88......... 42
Глава 2. Система команд микропроцессора К1810ВМ86............. 45
2.1. Форматы команды....................... 45
2.2. Способы адресации...................... 49
2.3. Описание системы команд.................... 52
2.4. Особенности выполнения отдельных команд.............. 59
Глава 3. Арифметический сопроцессор К1810ВМ87............... 74
3.1. Общие сведения и технические характеристики............. 74
3.2. Назначение выводов БИС К1810ВМ87................ 75
3.3. Структура арифметического сопроцессора К1810ВМ87.......... 77
3.4. Функционирование арифметического сопроцессора........... 86
3.5. Система команд арифметического сопроцессора............ 92
3.6. Специальные случаи использования арифметического сопроцессора...... 104
Глава 4. Специализированный процессор ввода— вывода KI810BM89........ 110
4.1. Общие сведения и технические характеристики............. 110
4.2. Назначение выводов БИС К1810ВМ89................ 111
4.3. Структура специализированного процессора ввода — вывода....... 113
4.4. Функционирование процессора ввода — вывода............ 121
4.5. Система команд СПВБ..................... 132
4.6. Специальные вопросы организации ввода — вывода........... 141
Глава 5 Вспомогательные интегральные схемы................ 150 •
| 5.1. Генератор тактовых импульсов К1810ГФ84.............. 150
5.2. Буферные регистры и шинные формирователи............. 152
5.3. Контроллер системной шины К1810ВГ88............... 156
5.4. Арбитр шин К1810ВБ89..................... 162
I 5.5. Контроллер динамической памяти K18IOBT03............. 178
I Глава 6. Программируемые интегральные схемы................ 192
I 6.1. Контроллер прямого доступа к памяти К1810ВТ37............ 192
I 6.2. Программируемый таймер К1810ВИ54................ 205
I 6.3. Контроллер накопителя на гибком магнитном диске К580ВГ72........ 218
I 6.4. ОЗУ с портами ввода — вывода и таймером КР1821РУ55......... 235
I 6.5. ПЗУ с портами ввода — вывода КР1821РФ55............. 244
I Заключение............................. 247
I Приложение...............'............. 249
I Список литературы .......................... 265
I Предметный указатель......................... 266
1
