Aufbau eines Taschenrechners siehe Skizze Aufbau einer Waage

Aufbau eines Taschenrechners
siehe Skizze
Aufbau einer Waage
siehe Skizze
Speichermöglichkeit
Speichermöglichkeit
Adressbus 65536 (216) (2 wegen der Zustände 0=aus und 1=an)
=> 65536 Möglichkeiten
=> 65536 x 1Byte (8 Bit) (sprich 1 Byte entspricht 8 Bit)
=> : 1024 entspricht 210
=> = 64 kiByte
Bsp.: 24
=> 16 mögliche Zustände
1
2
3
4
0
0
.
.
.
0
1
.
.
.
1
1
.
.
.
0
0
.
.
.
Begriffe:
ROM (Read Only Memory)
RAM (Random Access Memory)
Mikrocomputer
Baugruppen:
CPU-Mikroprozessor
➔
Steuerwerk (regelt die Abläufe)
➔
Rechenwerk (eigentliche Berechnung)
➔
Register (interner Speicher mit eigener Verwaltung)
Speicheradresse
➔
ROM (Lesespeicher)
➔
RAM (Schreib- & Lesespeicher)
Eingabegruppe
➔
Eingabe von Daten, wenn IN-R und Adresse dieser Baugruppe gesetzt ist.
Ausgabegruppe
➔
Ausgabe von Daten auf den Datenbus, wenn OUT-W und die Adresse
dieser Baugruppe gesetzt ist.
BUS-System
Beim Computer nutzen viele Baugruppen zum Datentransport das selbe
Leitungsbündel.
Nach ihrer Ausgabe unterscheidet man verschiedene Busse, die zusammengefasst als
Systembus bezeichnet werden.
1. Adressbusses
2. Datenbus
3. Steuerbus
4. Spannungsversorgung
Hinweis: Das Steuerwerk regelt die zeitliche Reihenfolge des Datenverkehrs auf
dem Bus und ordnet die Daten auch der richtigen Baugruppe zu.
Adressbus
➔
Steuerbus
Verbindung Steuerwerk des Prozessors zu den Steueranschlüssen der Baugruppen.
Steuersignale:
●
MEM R memory read (Speicher lesen)
●
MEM W memory write (Speicher schreiben)
●
IN R Input read (Eingabeport lesen)
●
OUT W Output write (Ausgabeport schreiben)
Wenn die CPU kein Steuersignal ausgibt, sind die acht Datenanschlüsse aller
Baugruppen elektronisch vom Bus getrennt (hochohmig).
In jedem Fall muss der Prozessor die gültige Adresse und gleichzeitig das betreffende
Steuersignal senden, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen.
Der Steuerbus besitzt einen Treiber (Bustreiber) mit Tristate-Ausgang.
alle Steuerbefehle sind 0-aktiv z.B. ( INR )
1/0/hochohmig
IN R
bei 1 = +5V ist Spannung am Widerstand 0V;
kein Strom
●bei 0 = 0V ist Spannung am Widerstand 5V;
geringer Strom fließt (da R sehr groß)
●bei Trennung von IN R (hochohmig) bewirkt Wdst.
dass an Leitung 1 = +5V anliegt => kein
Steuerbefehl bzw. Schaltung abgeschalten!
●Die pull-up Widerstände sorgen dafür, dass auf
allen Steuerleitungen ein 1 – Signal anliegt
(...inaktiv!...), wenn die Ausgänge hochohmig
sind.
●
Für den Fall, das die Ausgänge hochohmig sind, sorgen pull up – Widerstände dafür,
dass auf allen Steuerleitungen ein 1-Signal anliegt -> also inaktiv sind.
Zeitmultiplex Verfahren Daten-/Adressbus
CPU (Ausschnitt)
CPU Ausschnitt
Befehlszähler
Programmzähler
Adressregister
A0
A15
A15
interner
Datenbus
Adres
sbust
reibe
r
A8
Daten- u.
Adressentreiber
D0 - D4
A0 - A7
Prinzipschaltbild
D0
D0
=>Daten/Adr.
A0
A0
=>Daten/Adr.
Multiplexer
Demultiplexer
Das Zeitmultiplex-Verfahren hilft hier, Anschlüsse des SIP-Gehäuses der CPU zu
sparen.
Es werden an den Anschlüssen AD0-AD7 (8 Anschlüsse) zu einem Zeitpunkt die acht
Datenleitungen des Datenbusses geschalten und zu einem anderen Zeitpunkt die
ersten acht Adressleitungen der 16 Leitungen breiten Adressbusses.
Ohne das Multiplex-Verfahren wären 16 Adressleitungsanschlüsse plus acht
Datenleitungsanschlüsse notwendig.
∑ 24
Anschlüsse
Halbleiterspeicher
Statischer RAM
(Flipp-Flopp)
Dynamischer RAM
(Kondensatoren)
Allen Halbleitern ist gemeinsam, dass durch Anlegen einer bestimmten Adresse der
gewünschte Speicherplatz zum Lesen oder Schreiben ausgewählt werden kann
(wahlfreier Zugriff)
Kapazität des Speichers
Speicherkapazität = Adressanzahl x
Datenwortlänge
➔
Erweiterung des Speichers
(wortorganisierter Speicher)
A0
A0
A9
RAM
1k*8
1C2
1EN
G1
A15
A11
RAM
1k*8
RAM
1k*8
1C2
1EN
G1
1C2
1EN
G1
RAM
1k*8
1C2
1EN
G1
A10
1C2 ... Write
1EN ... Read
G1 ... Baussteinauswahl
WE ... Schreib-/Lese-Eingang
&
0 bei A10=0, A11=0
&
WE
Freigabe
0 bei A10=0, A11=1
&
0 bei A10=1, A11=0
&
0 bei A10=1, A11=1
A B C Ausgang
0001
0011
0101
0111
1001
1011
1101
1110!
A
B
&
C
da Ausgabe 0, muß G1 negiert werden
A11
A10
Der Mikroprozessor
–
Innere Funktionen und Befehle -
Befehle setzen sich aus mindestens einem höchstens drei Worten (je 8 Bit) zusammen
➔
Der Prozessor 8085 kennt über 90 verschiedene Befehle -> siehe Befehlsliste
➔
Befehle lassen sich in folgende Gruppen unterteilen
1) Transportbefehle
2) Verarbeitungsbefehle
3) Programmsteuerbefehle
Befehle:
z.B.:
NOP Hexa: 00 --> no operation
84 Hexa bedeutet binär 1000 0100 Schreibweise ADD H --> addiert
Transportbefehle
➔
Daten aus externen Speicher in ein Register (Speicherzeile innerhalb der CPU)
des Prozessors lesen
➔
Daten aus der Eingabebaugruppe in den Akku (wichtiger Register) laden
➔
Daten aus dem Akku (z.B. Ergebnisse einer Bearbeitung) in eine Ausgabegruppe
leiten
➔
siehe Blockschaltbild
Verarbeitungsbefehle
➔
Veranlassen die ALU (Arithmetic Logic Unit) Rechenoperationen der logischen
Verknüpfungen auszuführen
➔
z.B. Rechenoperationen:
➔
Addieren
Subtrahieren
Inkrementieren(+1)
Dekrementieren(-1)
Komplement bilden
Dezimalkorrektur vornehmen
(--> keine Multiplikation)
➔
Logische Verknüpfungen:
UND, ODER, Exklusiv ODER
Vergleichsoperationen
➔
UND => beide Leitungen 1 dann Ausgang 1
➔
ODER => eine von beiden Leitungen mindestens 1 dann Ausgang 1
➔
Exklusiv ODER => eine Leitung 0 eine 1 dann Ausgang 1 sind beide gleich
sprich 0 oder 1 dann Ausgang 0
➔
Die ALU kann stets nur mit maximal zwei Operanden verknüpft werden
(Akku, Zwischenregister)
➔
Das Ergebnis gelangt immer in den Akku
Programmsteuerbefehle
➔
Nach dem Einschalten des Rechners nimmt dieser seine Arbeit mit dem
aussenden der Adresse 000016 auf.
➔
Dann wird das Ablaufsteuersignal
➔
Im Ergebnis liegt auf dem Datenbus der Inhalt der Speicherzelle 0000 16
➔
Befehlsregister empfängt die Daten und das Datenwort wird dem
Befehlsdecoder zum Entschlüsseln zugeleitet.
➔
Weiterer Ablauf ist nun von den gelesenen Befehl abhängig
➔
MEMR (Speicher lesen) gesendet.
Das Zustandsregister (Flag-Register)
5 Flags existieren
-> Carry Flag:
-> Parity Flag:
-> Hilfscarry Flag:
-> Zero Flag:
-> Vorzeichen Flag:
(Hochwertigstes
meldet Rechenübertrag
Anzahl der „1“ Signale im
Akku gerade
Übertrag vom Bit3 nach Bit4
fand im Akku statt
Es liefert 1-Signal, wenn
nach dem Befehl der
Akkuinhalt 000000002 ist.
Bit7 ist „1“
Bit)
Stapelspeicher (Stack) oder Stapelzeiger
➔
verwaltet den Speicherbereich im RAM (außerhalb der CPU)
-> Anwendung hauptsächlich bei Unterprogrammen
➔
Im Stack liegen Stapelweise die Rückkehradressen ins Hauptprogramm
-> Reihenfolge
last in – first out
Der Stapelzeiger ist ein 16 Bit – Register, das die aktuelle RAM-Adresse des
Stapelspeichers enthält.
Assembler Programmierung
Bsp (Taschenrechner).:
ADDITION einer eingegebenen Zahl mit 17810 => B216
Entwicklung Programm:
Speicheradresse
000016
000116
000216
000316
000416
000516
000616
000716
000816
Mnemonik/Operant
Maschinencode
In/01
DB16 (1101 10112)
0116 (0000 00012)
ADI/B2
C616 (1100 01102)
B216 (1011 00102)
OUT/01
D316 (1101 00112)
0116 (0000 00012)
JMP/0000(Speicheradresse) C316 (1100 00112)
0016 (0000 00002)
0016 (0000 00002)
ersten vier bin Zahlen=erster
Maschinencodewert
zweiten vier bin
Zahlen=zweiter
Maschinencodewert
Bei einem JumpBefehl JMP wird auf eine Speicheradresse verwiesen. besteht aus
insgesamt drei Befehlen, da Speicheradresse aus zwei mal 00 besteht benötigt sie
2x 8 Bit da 2 Hexa-Zahlen als Adresse für die Speicheradressierung benötigt werden
brauch man 16 Bit in binärer Form. Da nur 8 Bit zu Verfügung stehen, wird diese über
zwei 8 Bit Befehle adressiert.=>
1. Jump-Befehl
2. Adressierung 00 (erster Adressteil der Speicherzelle)
3. Adressierung 00 (zweiter Adressteil der Speicherzelle)
Ausbildungsmitschrift bereitgestellt von Michael Bergler:
http://michas-blog.diewebservisten.de