Умелое использование электронно-вычислительной техники — одна из важнейших задач происходящей сейчас научно-технической революции. Большие перспективы открывает создание новых, более совершенных и экономичных ЭВМ. Одна из наиболее впечатляющих разработок — микро-ЭВМ на базе микропроцессорных комплектов БИС. Ее широкое применение обещает революционизировать производство, транспорт, научные исследования. По своему воздействию микропроцессорные БИС, по-видимому, смогут успешно соперничать со своими прославленными предшественниками — электронной лампой, транзистором и интегральной логической схемой.
В отличие от обычных вычислительных машин микро-ЭВМ целиком выполняется по интегральной технологии на миниатюрном кристалле, который легко встраивается в станок, электрическую пишущую машинку, электронные весы, кассовый аппарат, кухонную печь со сверхвысокочастотным нагревом, в автомобиль, в светофор, в сложный научный прибор я во многие другие устройства, возможности которых могут быть существенно расширены благодаря применению такого «электронного мозга».
В настоящее время центр тяжести применения микро-ЭВМ смещен в область аппаратуры для обработки данных, включая терминалы и другое внешнее оборудование ЭВМ. Изменения в архитектуре ЭВМ позволяют создать на базе микропроцессоров матричные структуры, которые по своей производительности превышают развитые модели ЭВМ IBM 370, но значительно дешевле и меньше по габаритам и массе. Свойства микропроцессорных БИС успешно используются при разработке следующих поколений ЭВМ, отличающихся параллельностью обработки данных, программируемостью структуры, конструктивной однородностью и низкой стоимостью.
Обладая огромными вычислительными возможностями, микро-ЭВМ при крупносерийном производстве базовой конфигурации имеет низкую стоимость и малые габариты. Меняя программу, одну и ту ж* стандартную микро ЭВМ можно использовать во многих устройствах. Это позволяет сэкономить значительные средства, так как подобный прибор способен заменить до 200 индивидуальных логических микросхем.
Таким образом, микропроцессор — одно из тех удачных изобретений, которые одновременно уменьшают затраты на производство и стоимость выпускаемых изделий и расширяют возможности их применения.
Для разработчиков цифровых схем и систем появление микро-ЭВМ означало изменения в методах использования электроники. Оказалось возможным многие системы с фиксированной (неизменной) логической структурой заменить микро-ЭВМ, способными хранить нужные программы в микросхеме памяти. В результате в области конструирования цифровых систем временно возникла ситуация как бы морального износа профессии, поскольку инженеры, наиболее опытные в этих вопросах, обычно почти или совсем не имеют опыта в области микропроцессоров и их применения. Стремясь заполнить образовавшийся вакуум, ряд американских университетов организовал ускоренные курсы как для студентов, так и для инженеров. Многие специалисты справедливо полагают, что широкое распространение микропроцессоров и микро-ЭВМ начнется только тогда, когда промышленность и наука получат достаточное количество должным образом подготовленных специалистов.
Одним из известных пособий для таких курсов является книга профессора Нью-Йоркского университета Б. Соучека «Микропроцессоры и микро-
«
овм», в которой изложены основные вопросы построения микропроцессоров, их программирования и построения систем обработки данных на их основе, перевод которой на русский язык предлагается советскому читателю. Книга написана как учебник для студентов, материал четко систематизирован и хорошо иллюстрирован и отличается простотой изложения. Благодаря большой информации о конкретных широко распространенных в США микропроцессорах, она может быть использована и в качестве справочника инженерами, работающими в области создания микропроцессорных систем.
Книга состоит из трех частей. В первой части «Программирование микропроцессоров и техника интерфейса» автор излагает общие вопросы программирования микропроцессоров, описывает их системы команд, интерфейс и организацию связи с внешними устройствами.
Вторая часть посвящена подробному описанию микропроцессорных наборов БИС США 4004/4040, 8008/8080, МСОМ-8, М6800, PPS-4, PPS-8, IMP 4/8/16. В этой части дается описание БИС каждого набора, структурного построения микро-ЭВМ, системы команд и системы прерывания.
Третья часть посвящена описанию микро-ЭВМ LSI-It, F8, SMS, 3000, IM6100.
Книга переведена в полном объеме, хотя материал ее первой части тесно связан со вступительными главами другой известной книги Б. Соучека «Мини-ЭВМ», перевод которой на русский язык осуществлен издательством «Мир» в 1976 г. Но без этой части понимать основные разделы данной книги было бы значительно труднее, а использовать в работе — весьма неудобно.
Широкое развитие микропроцессорных БИС и применение их в различных областях техники привело к появлению новых терминов, изменению привычных понятий и перенесению терминологии из одной области техники в другую. Это требует осторожности во введении новых терминов. В этой связи при переводе книги сохранены новые английские термины в области микропроцессорной техники.
Порт (Port) — микроэлектронные аппаратурные средства обмена дан-. ными в системах Intel, F8.
Микрошина (Microbus) — архитектура микро-ЭВМ на основе внутрен» них шин.
Адаптер внешнего интерфейса (Peripheral Interface Adapter) — микроэлектронные аппаратные средства интерфейса внешних устройств.
Устройство ввода — вывода (GPI/0 — General Purpose I/O Device)— микросхема вынесенного интерфейса в системе PPS-4.
Параллельный контроллер данных (РОС — Parallel Data Controller) — микросхема интерфейса для байтового обмена в системе PPS-8.
Последовательный контроллер данных (SDC — Serial Data Controller)— микросхема для обмена последовательными кодами в системе PPS4. ':
Контроллер ПДП (DMAC — Direct Memory Access Controller) —контроллер непосредственного доступа к памяти (в канале прямого доступа КПДП) в системе PPS-8.
Интерфейс памяти (MI — Memory Interface) — аппаратурные средства сопряжения памяти в системе F8.
Микроконтроллер (Micro Controller) — контроллер в микроэлектрон- -
ном исполнении. - j
Вектор интерфейса (Interface Vector — IV) — аппаратурные средства г
обмена в микроконтроллере SMS. ;
-Байт вектора интерфейса (Byte IV) — 8-битовый регистр объекта в век- j
торе ^интерфейса микроконтроллера SMS. 1
Как недостаток можно отметить, что в переводимой книге практически i
отсутствует описание средств автоматизации программирования микропро- j
цессоров (кросс или резидентных) и наладочных системных средств типа сие» ~<
темы Intellect. Тем не менее можно не сомневаться в полезности и свое- ';;
временности издания перевода книги Б. Соучека для широкого оэнакомле- |
ния читателей с основами микропроцессорной техники. .т
' Перевод книги выполнен В. Г. Артюховым, А. А. Будняком и А. И. Пет- *
ренко. •-'•• 1
А. И. Петренко "> 6
Моей матери ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА
Массовое производство дешевых и высокопроизводительных микропроцессоров явилось большим событием как в области электроники, так и в области вычислительной техники. На начальной стадии микропроцессоры использовались для замены цифровых систем и электромеханических логических устройств. В дальнейшем они вступили в соревнование с мини-ЭВМ и обычными ЭВМ.
В этой книге даются основы программирования и техники сопряжения, общие для всех микропроцессоров, а затем подробно описываются широко распространенные семейства микропроцессоров. Можно надеяться, что эта книга будет полезной для инженеров и научных работников во многих областях техники.
Книга писалась как учебник для студентов и как справочник для инженеров и научных сотрудников. Изложение по возможности выдерживалось одинаковым с упором на описание функций и построение систем. Минимальный запас необходимых знаний из смежных областей предполагался на уровне студентов старших курсов, хотя многие фундаментальные вещи рассмотрены заново.
Книга делится на три части. В первой части рассматривается программирование микропроцессоров и техника интерфейса. Объяснены цифровые коды, логическое построение систем, структура микропроцессора, программирование в машинных кодах, программирование на-Ассемблере и языках высокого уровня и Макроязыке. Затем рассматриваются техника сопряжения и виды обмена при вводе—выводе, непосредственного доступа в память, прерывания, компоненты интерфейса и соответствующие микросхемы. Этот материал даст необходимые практические знания для конструирования и использования микропроцессоров в специализированных системах.
Вторая часть посвящена детальному описанию представительного семейства современных микропроцессоров. Эта часть начинается с описания простого 4-битового микропроцессора, который обеспечивает прекрасную замену цифровых систем и электромеханических логических элементов. Дальше описываются различные 8-битовые микропроцессоры, а также новые мощные 16-битовые микропроцессоры. Для каждого микропроцессорного набора дано подробное описание имеющихся микросхем, шин ввода—вывода, системы команд и способов адресации. Приводятся примеры программирования и схем сопряжения.
Третья часть посвящена новым микропроцессорам и специализированным микросистемам. Рассмотрена замена мощных мини-ЭВМ микропроцессорными системами.
Описаны новейшие микропроцессоры, память и микросхемы ввода — вывода, пригодные для широкого применения. Обсуждаются также высокоскоростные микропроцессорные контроллеры. Представлены биполярные БИС, на базе которых просто конструируются микропрограммные центральные процессоры и контроллеры. Изложение сопровождается большим числом рисунков, примеров и библиографией.
Большинство глав содержат задачи. Примеры и задачи отобраны как практические задания для студентов и для инженеров, самостоятельно осваивающих область микропроцессорной техники.
Соучек Б.
354
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора перевода............., . 5
Предисловие автора....................... 7
Часть I. ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРОВ и ТЕХНИКА
ИНТЕРФЕЙСА .... . .......9
Глава 1. Системы счисления и цифровые коды.......... 9
1.1. Десятичная и двоичная системы счисления....... 9
1.2. Арифметические операции с двоичными числами .... 14 L3. Восьмеричный, двоично-десятичный кеды и код Грея . . 16 1.4. Формат данных................... 2G
Глава 2. Логические операции, цифровые элементы и микросхемы . 24
2.1. Основные логические элементы............25
2.2. Триггер.......................30
2.3. Основные функциональные узлы............ 34
2.4. Проектирование цифровой системы.......... 40
2.5. Интегральные логические схемы........... 48
2.6. Структура ЭВМ................... 50
2.7. Микропроцессор и полупроводниковая память .... 57
Глава 3. Основные команды микропроцессоров..........62
3.1. Введение......:............... 62
3.2. Кодирование программы............... 65
3.3. Классификация команд................ 71
3.4. Базовая система, машинных команд.......... 72
3.5. Основные типы адресации . .......... 80
Глава 4. Программирование микропроцессоров..........86
4.1. Языки программирования..............86
4.2. Операции управления................9.5
4.3. Операции управления на ФОРТРАНе.........97
4.4. Циклы.........................93
4.5. Циклы в ФОРТРАНе................105
4.6. Подпрограммы...................107
4.7. Подпрограммы на ФОРТРАНе............114
4.8. Арифметические и логические операции........114
4.9. Арифметические действия в ФОРТРАНе......123
4.10. Программирование ввода — вывода.........125
4.11. Ввод — вывод в ФОРТРАНе.............129
Глава 5. Интерфейсы микропроцессоров..............1 '1
5.1. Типовая структура ЭВМ...............Ш
5.2. Выполнение машинных команд............l.'.S
5.3. Программирование процедур ввода — вывода данных . . 1о9
5.4. Состав интерфейса лля программированного ввода — вывода........................ 145
5.5. Синхронный, асинхронный и программный обмен по прерыванию .........................154
5.6. Канал прямого доступа в память.............162
5.7. Управляющее слово и слово состояния........169
Часть II. ОПИСАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ НАБОРОВ . . . . , 178
Глава 6. Микропроцессорные наборы 4004/4040..........178
6.1. Микросхемы.....................178
6.2. Центральный процессор...............183
6.3. ЗУПВ, ПЗУ и порты ввода — вывода..........185
6.4. Система команд...................188
6.5. Примеры программирования.............197
6.6. Центральный процессор 4040..............198
Глава 7. Микропроцессорные наборы 8008/8080 и МСОМ-8 ... 205
» 7.1. Микропроцессор 8080................ 205
7.2. Адресация памяти.................. 213
7.3. Биты условий.................... 217
7.4. Система команд ЦП 8080............... 219 ',
7.5. Примеры программирования............. 229
7.6. Прерывания и ввод — вывод............. 239
Глава 8. Микропроцессорный набор М6800...........246
8.1. Общее описание....................246
8.2. Способы адресации.................255
8.3. Система команд...................257
8.4. Примеры программирования..............266
8.5. Интерфейс шин ПЗУ и ЗУПВ.............271
8.6. Ввод — вывод.....................272
8.7. Программирование обмена с внешними устройствами . 285
Глава 9. Микропроцессорный набор PPS-4..........290
9.1. Общее описание...................290
9.2. Система команд.................. . 298
и 9.3. Адресация и программирование............299
9.4. Ввод — вывод и прерывания............316
Глава 10. Микропроцессорный набор PPS-8...........322
10.1. Общее описание...................323
10.2. Система команд...................329
10.3. Адресация и программирование............344
10.4. Ввод — вывод....................,.348
10.5. Параллельный контроллер данных (PDC)......349
10.6. Контроллер прямого доступа к памяти (DMAO) . . . 355
10.7. Прерывания....................358
Глава 11. Микропроцессорные наборы IMP — 4/8/16 и РАСЕ .359 11.1. Микро-ЭВМ IMP-16 и секция регистрового арифметико-логических) устройства (РАЛУ)............360
11.2. Управляющая постоянная память (УПЗУ)......365
11.3. Адресация памяти..................367
11.4. Система команд...................368
11.5. Операции ввода — вывода..............376
11.6. Система прерывания .................379
11.7. Микропроцессорный набор РАСЕ...........381 ,
С4?
Часть III. НОВЫЕ МИКРОПРОЦЕССОРЫ и СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ I
МИКРОСИСТЕМЫ .... ...... 395
Глава 12. Мини-ЭВМ PDP-11 и микро-ЭВМ LSI-I1........395
12.1. Мини-ЭВМ PDP-11.................. 395
12.2. Способы адресации.................. 399
12.3. Система команд и примеры программирования...... 402
12.4. Стек, подпрограммы и прерывания.......... 408
12.5. Интерфейс общей шины............... 412
12.6. Программный обмен с внешними устройствами..... 420
12.7. Микро-ЭВМ LSI-11................. 427
Глава 13. Микропроцессорный набор F8 ...........433
13.1. Общее описание...................434
13.2. ПЗУ и интерфейс памяти (Ml)............439
13.3. Система команд и программирование.........445
13.4. Прерывания и ввод — вывод............ 454
Глава 14. Микроконтроллер SMS.................462
14.1. Микроконтроллерная система............. 462
?14.2. Система команд микроконтроллера.......... 465
14.3. Примеры программирования............ 467
14.4. Система ввода—вывода ................ 469
Глава 15. Биполярный микропроцессорный набор 3000 .... . . 472
15.1. Микропроцессорный набор.............473
15.2. Микропрограммное устройство управления (МУУ) 3001 473
15.3. Центральный процессорный элемент (ЦПЭ) 3002 . . . 476 15.4 Компоненты системы 3000..............480
Глава 16. Микропроцессор IM6100 и мини-ЭВМ PDP-8.......481
16.1. Архитектура......................481
16.2. Система команд и адресация.............. 486
16.3. Организация ввода — вывода.............500
Приложение 1. Графические символы структурных схем.....505
Приложение 2. Модули разработки программного обеспечения для
микропроцессоров.................506
Приложение 3. Средства и модули разработки аппаратурных средств
для микросистем................ . 508
Предметный указатель................... 510
Цена: 300руб.
