Структура учебной микро-ЭВМ.

На рис. 1 приведена структура микро-ЭВМ, где показаны её отдельные блоки.

 

 

Схема состоит из блока центрального процессора со схемой тактового питания СхТП; формирователей магистралей данных ФМД, управления ФМУ, адреса ФМА микро-ЭВМ с магистралями: 8-разрядной МД для двунаправленного обмена данными между отдельными узлами микро-ЭВМ; 16-разрядной однонаправленной МА, управляемой МП БИС и используемой для адресации к памяти и отдельным узлам микро-ЭВМ; 5-разрядной однонаправленной магистрали управления МУ, управляемой МП БИС и служащей для определения режима работы микро-ЭВМ при выполнении каждого машинного цикла; блока памяти (БП), включающего в себя ОЗУ емкостью 1К байт и ПЗУ емкостью 2К байт; регистров ввода РгВв с переключателями П и вывода РгВыв с индикацией состояний светодиодами; схемы выдачи кода прерывания СхВКПР; клавиатуры управления и ввода данных К, состоящей из 9 клавиш управления, переключателя начальной установки микро-ЭВМ и 16 клавиш для введения шестнадцатеричных кодов чисел. Для ввода информации в микро-ЭВМ клавиатура имеет регистр чтения клавиатуры РгЧК; 6-разрядный восьмисегментный дисплей Д, четыре разряда которого служат для отображения кода адреса в шестнадцатеричной системе счисления, а два - для отображения данных. Для вывода информации дисплей Д имеет два регистра: регистр сегментов дисплея РгСг и регистр сканирования РгСк и схемы выдачи звукового сигнала СхВЗС.

Магистрали микро-ЭВМ, а также входной и выходной регистры имеют светодиоды ИС, указывающие их состояние.

Адресация в учебной микро-ЭВМ.

В микро-ЭВМ реализована адресация с помощью карты памяти: каждому физическому устройству макета ставится в соответствие адрес, и обращение к нему при таком типе адресации аналогично обращению к ячейке памяти с использованием всего набора команд МП БИС. На рис.2 приведена карта памяти микро-ЭВМ, из которой видно, что первые 2К байт адресов составляет ПЗУ, в котором записаны управляющие и демонстрационные программы; адреса с 080016 по 0ВFF16-ОЗУ (в дальнейшем адреса будем приводить только в шестнадцатеричной системе), адрес 0ВВ0 - начальный адрес стека, а адреса с 0ВВ1 по 0BFF задействуются для временной записи данных во внутренних регистрах МП БИС при работе управляющей программы. Адрес 0800 является также начальным адресом ОЗУ, куда могут записываться исследуемые программы пользователя. Большинство из приведенных в лабораторных работах программ начинаются с адреса 0800 и могут быть без изменения адресов исследованы на данном макете. Следует отметить, что область ОЗУ с адреса 0АFF в учебной микро-ЭВМ схемотехнически защищена от случайной записи во время выполнения программ пользователя. Для записи данных при выполнении программ необходимо использовать область ОЗУ с адреса 0В00 по адрес 0ВВ0.

Такая адресация позволяет легко осуществить дешифрацию устройств на основе простого 3-разрядного дешифратора. Идея дешифрации ясна из рис.2, на котором представлены также состояния старших восьми разрядов кода адреса, по которым осуществляется адресация к устройствам микро-ЭВМ. Как видно из рисунка, для дешифрации устройств можно использовать лишь 11,12 и 13-й разряды адресной магистрали. Любая из восьми комбинаций состояний этих разрядов однозначно определяет вид устройства, с которым будет работать МП БИС на каждом машинном цикле.

Директивы монитора.

Директивы монитора выполняются при нажатии соответствующей клавиши. Директивы можно разбить на две группы:

1. Исследование и изменение содержимого ЗУ и регистров МП БИС на момент останова.

ОтА: отыскание адреса. Директива предназначена для выбора адреса. Она требует ввода четырех цифр, после чего автоматически выводит содержимое выбранного адреса. Последовательный просмотр ячеек осуществляется с помощью клавиш Ум и ЗпУв. Исправление ошибок при вводе адреса выполняется нажатием клавиши ОтА и повторным набором адреса.

ЗпУв: запись/увеличить. Интерпретация директивы зависит от того, в каком режиме она была использована. Директива может применяться для просмотра содержимого регистров или ячеек памяти (в сторону увеличения их адреса), а также записи данных.

Ум: уменьшить. Директива служит для просмотра содержимого регистров или ячеек памяти в сторону уменьшения их адреса.

ПрСч: программный счетчик. Директива позволяет вывести на дисплей адрес, записанный в регистре РС МП БИС на момент останова, и содержимое этого (РС) регистра. Используется для возврата в точку останова при необходимости продолжения выполнения программы после исследования или корректировки содержимого памяти, регистров и т. п.

ОтРг: отыскание регистра. Директива дает возможность просмотреть содержимое регистров МП БИС на момент останова. При получении этой команды сначала выводятся символ и содержимое регистра А. Просмотр остальных регистров осуществляется нажатием на клавишу ЗпУв или Ум. В первом случае регистры выводятся в такой последовательности: А, FL, B, C, D, E, H, L, а также SPH, SPL, PCH, PCL (где H и L - обозначение соответственно старшего и младшего байтов SP и PC). Во втором случае порядок ввода обратный.

Нажатие любой клавиши шестнадцатеричных цифр при выведенном на дисплей содержимом ячейки памяти или регистра переводит монитор в режим ввода данных. Для индикации этого режима включается десятичная точка правого знакоместа дисплея. Для записи данных после их набора используется клавиша ЗпУв, которая одновременно увеличивает адрес или указывает на следующий регистр. Клавиша Ум записи не производит и действует как обычно. При ее нажатии режим ввода снимается. Следует отметить, что в режиме ввода данных можно набирать любое количество цифр. Однако на дисплее индицируются и записываются при нажатии на клавишу ЗпУв лишь две последние цифры, что позволяет легко исправлять ошибки. В случае ввода одной цифры она автоматически дополняется нулем слева.

2. Выполнение программ пользователя.

Запуск программ осуществляется с адреса, указанного на дисплее. Поэтому перед подачей директив этой группы необходимо ввести адрес, пользуясь командами ОтА или ПрСч. Следует отметить, что перед началом выполнения первой команды программы монитор загрузит все регистры МП БИС из области хранения содержимого регистров на момент останова (кроме РС, в который загружается введенный адрес). Это позволяет выполнять программы по частям, используя поочередно различные пошаговые режимы или обычную работу МП БИС, что, в свою очередь, дает возможность исследовать процесс обработки информации, наблюдая за содержимым ОЗУ и регистров МП БИС, состоянием магистралей. Кроме того, монитор включает защиту от записи в первую половину ОЗУ.

П: пуск. Директива производит запуск программы в реальном масштабе времени.

ШЦ: шаг цикла. Директива включает режим выполнения программ по машинным циклам. После установки этого режима сигнал, формируемый клавишей ШЦ, используется блоком управления микро-ЭВМ для организации выполнения очередного машинного цикла.

Для возврата в монитор из этих режимов служит клавиша Ст, которая формирует внутреннее прерывание. Кроме того, в случае выполнения программы в реальном масштабе времени применяется команда RST 1. Эту команду можно использовать также и для организации точек останова в исследуемой программе. Для этого ее ставят между командами или вместо команды в интересующем месте. В первом случае команды RST 1 заменяют командами NOP после отладки программы. Во втором случае замена выполняется сразу после останова в точке останова для возможности дальнейшего выполнения программы.

Внутреннее прерывание и команда RST 1 приводят к останову программы пользователя, передаче управления на монитор, сохранению состояния всех регистров МП БИС на момент останова и автоматическому выполнению директивы ПрСч, после чего на дисплее будет отображаться адрес ячейки ЗУ со следующей командой (т. е. значение РС МП БИС) и его содержимое.

ШК: шаг команды. С помощью этой директивы осуществляется покомандное выполнение программы. При нажатии на эту клавишу выполняется одна команда программы пользователя (т.е. команда, код которой был представлен на дисплее). Затем производиться автоматический возврат в монитор по внутреннему прерыванию и выполнение директивы ПрСч.

Так как монитор не имеет директив для ввода-вывода информации с магнитофона, для выполнения этих операций используются специальные программы.

Кроме описанных режимов работы монитор позволяет обнаруживать некоторые ошибки пользователя, выдавать сообщение о них и звуковой сигнал. Например, идентифицируются попытки записи данных не в ОЗУ, неправильные последовательности директив, ошибки программ пользователя, приводящие к запуску начальной установки монитора, и т. п.

Процессы, происходящие при включении и начальной установке микро-ЭВМ.

После включения учебной микро-ЭВМ или нажатия клавиши начальной установки “R” содержимое программного счетчика МП БИС обнуляется и выполнение программы начинается с нулевой ячейки памяти, где записаны программы тестов всех узлов микро-ЭВМ.

После выполнения тестов производится начальная установка всех внутренних программно-доступных регистров МП БИС. Она состоит в том, что в программный счетчик (РС) записывается число 0800H (первый адрес ОЗУ), в указатель стека - число 0BB0H, а остальные регистры МП БИС обнуляются.

Задания для домашней подготовки.

1. Ознакомьтесь с описанием учебной микро-ЭВМ.

2. Ознакомьтесь с типовой минимальной структурой микро-ЭВМ, методами организации магистралей, подключения памяти и внешних устройств к магистралям.

3. Изучите алгоритм работы управляющей программы и возможные режимы работы по рис. 3.

4. Изучите внутренние регистры МП БИС КР580ВМ80 и временные диаграммы выполнения команд.

Задания к лабораторной работе.

Задание 1. Исследовать порядок включения микро-ЭВМ.

Порядок выполнения задания следующий:

· Закрепить стенд СЛ-1 на блоке питания.

· Подключить стенд СЛ-1 к блоку питания с помощью кабеля соединительного.

· Установить в стенд СЛ-1 модуль УМПК-80/ВМ (плату микро-ЭВМ).

· На плате микро-ЭВМ установить переключатели в следующие положения:

а) в группе из четырех переключателей (SA3 “Защита”, SA13 “Внешний HRQ”, SA14 “Внешний RDY” и SA15 “Внешний IRQ “) - все переключатели - в верхнее положение;

б) в группе из двух правых переключателей (SA2 “ЗУ”) - оба переключателя (они соединены параллельно) - в нижнее положение.

в) в группе из двух левых переключателей (SA1 “КП” и SA4 “УВВ”) - переключатель SA4 в нижнее, а переключатель SA1 - в верхнее положение.

г) группу из восьми переключателей (SA5 - SA12) оставить в произвольном состоянии.

· Подключить шнур питания к сети.

· Включить тумблер СЕТЬ на блоке питания. В результате выполнения тестовых программ светодиоды выходного регистра и сегменты дисплея будут включены на время, равное 2 секунды, после чего микро-ЭВМ подает звуковой сигнал и выводит на дисплей сообщение НАЧАЛО. Находясь в этом режиме, микро-ЭВМ реагирует на нажатие клавиш управления. Вызов возможных режимов работы из этого состояния микро-ЭВМ определяется алгоритмом, приведенным на рис. 3.

· Из любого места управляющей программы можно вернуть микро-ЭВМ к начальному состоянию нажатием на клавишу “R ”. В этом случае микро-ЭВМ начинает выполнять управляющую программу с нулевой ячейки памяти. В результате еёвыполнения все ячейки ОЗУ будут обнулены, и, следовательно, будет стерта вся программа пользователя, записанная ранее в ОЗУ.

· Нажать на клавишу “R” и убедиться, что тестовые программы проходят заново.

Задание 2. Исследовать содержимое памяти.

Порядок выполнения задания следующий:

· Нажать на клавишу “ОтА”, при этом на дисплее появиться сообщение начала выполнения режима отыскания адреса (включены нижние сегменты дисплея).

· Последовательно нажать на клавиши “0”, “8”,”0”,”0”. Убедиться при этом, что каждая цифра будет записана в младший разряд адресного дисплея и произойдет одновременный сдвиг всех знаков на адресном дисплее на один разряд влево. При введении четвертой цифры с клавиатуры микро-ЭВМ выведет на дисплей число, записанное по этому адресу (рис. 3). На дисплее на месте данных (дисплей данного) появится число 00H. В случае ошибки при введении кода адреса следует нажать на клавишу “ОтА” и повторить ввод.

· Нажать на клавишу “ЗпУв”. В этом режиме микро-ЭВМ увеличит на единицу адрес на адресном дисплее и выведет его содержимое на дисплей. Последовательно нажимая на клавишу “ЗпУв” несколько раз, проверить содержимое адресов ОЗУ, оно должно быть равно нулю.

· Нажать на клавишу “ОтА” и ввести код 0000H (первый адрес ПЗУ). На дисплее данного появится код 26H. Последовательно нажимая на клавишу “ЗпУв”, просмотреть содержимое нескольких ячеек ПЗУ.

· Убедиться, что содержимое памяти можно просмотреть с помощью последовательного нажатия на клавишу “Ум”.

Таким образом, использование этого режима позволяет проверить содержимое всех ячеек памяти микро-ЭВМ.

Задание 3. Записать числа в память микро-ЭВМ.

Порядок выполнения задания следующий:

· Включить тумблер СЕТЬ (или при включенной ранее микро-ЭВМ нажать на клавишу “R”).

· Нажать на клавишу “ОтА” и после этого набрать адрес 0800H. На дисплее данного после введения адреса появиться его содержимое 00H.

· Нажать на клавишу “1”. Микро-ЭВМ вводит значение цифры нажатой клавиши в младший разряд дисплея данного, при этом в этом разряде дисплея появляется десятичная точка. Она свидетельствует о том, что микро-ЭВМ находится в режиме ввода данных и число, представленное на дисплее данного, не является истинным содержимым адреса памяти, представленного на адресном дисплее.

· Нажать на клавишу “2”. Убедиться при этом, что цифра “1” младшего разряда дисплея переместилась на старший разряд дисплея данного, а цифра “2” - на её место (десятичная точка осталась на младшем разряде). Проверить, что последующие нажатия на цифровые клавиши приводят к вводу цифры нажатой клавиши в младший разряд дисплея данного и смещению в старший разряд предыдущей нажатой клавиши.

· Записать нажатием на клавишу “ЗпУв” число, представленное на дисплее по адресу 0800H. При этом на дисплее появятся адрес 0801H и его содержимое (00H), а десятичная точка погаснет, показывая, что данные введены и микро-ЭВМ вышла из режима ввода данных.

· Записать любое число на дисплей данного при наличии на дисплее адреса 0801Н.

· Нажать на клавишу “Ум”. На адресном дисплее появится адрес 0800Н с его содержимым. Убедиться при этом, что число было записано по этому адресу. Отсутствие десятичной точки в младшем разряде дисплея свидетельствует о том, что это число микроЭВМ извлекла из памяти.

· Нажать на клавишу “ЗпУв” и проверить содержимое адреса 0801Н. Убедиться при этом, что число, записанное на дисплее данного, не было записано в память при нажатии на клавишу “Ум”.

· Осуществить вывод на дисплей содержимого адреса 0000Н (ПЗУ). На дисплее будет 26Н. Записать по этому адресу на дисплее любое другое число. Убедиться, что при нажатии на клавишу “ЗпУв” запись данных в ПЗУ невозможна, и при этом микро-ЭВМ определяет это действие как ошибку, формирует звуковой сигнал, не увеличивает адрес и выводит на дисплей истинное число, записанное в ПЗУ.

Примечание. При выполнении данного задания показана методика ввода и проверки правильности ввода программ в микро-ЭВМ с помощью клавиш “ОтА”, “ЗпУв”, “Ум”.

Задание 4. Записать числа в программно доступные регистры МП БИС.

Порядок выполнения задания следующий:

· Включить микро-ЭВМ. После вывода на дисплей сообщения “НАЧАЛО” нажать на клавишу “ОтРг”. На дисплей будет выведено содержимое аккумулятора (А) МП БИС. Многократно нажимая на клавишу “ЗпУв”, проверить последовательность вывода содержимого внутренних регистров МП БИС на дисплей.

· Изменить число, записанное в регистре, при наличии на дисплее информации о его содержимом, с помощью цифровых клавиш клавиатуры. Нажать на клавишу “ЗпУв”.

· Нажать на клавишу “Ум” и убедиться при этом в правильности записи числа в регистр.

Задание 5. Осуществить пуск выполнения программы.

Порядок выполнения задания следующий:

· Вывести для осуществления пуска программы с любого адреса памяти этот адрес на дисплей. Пуск программы производится нажатием на клавишу “П” (пуск), при этом в программный счетчик (РС) МП БИС записывается адрес, указанный на дисплее, и выполнение программы начинается с этого адреса. Записать на дисплей адрес 05В0Н, являющийся началом музыкальной программы, записанной в ПЗУ.

· Нажать на клавишу “П”, при этом микро-ЭВМ исполнит мелодию по нотам, записанным в ПЗУ.

· Убедиться, что выполнение программы может быть остановлено нажатием на клавишу “Ст”. Для этого повторить пуск музыкальной программы заново и при выполнении программы нажать на клавишу “Ст”. При останове программы на дисплей будет выводиться адрес, записанный в программном счетчике, и его содержимое на момент останова (рис. 3). При останове программы проверить возможность осуществления режима вывода на дисплей содержимого регистров МП БИС на момент останова (рис. 3), для чего: нажать на клавишу “ОтРг”, при этом на дисплее появится содержимое аккумулятора МП БИС. Последовательным нажатием на клавишу “ЗпУв” проверить вывод на дисплей содержимого регистров МП БИС.

· Нажатием на клавишу “ПрСч” вывести на дисплей адрес памяти, на котором было прервано выполнение программы. Нажать на клавишу “П” (пуск) и продолжить выполнение программы.

 

Таблица 1.

Клавиша	Обозначение клавиши	Название клавиши
SB1	R	Начальная установка
SB10	ПрСч	Программный счетчик
SB11	ОтРг	Отыскание регистра
SB18	ОтА	Отыскание адреса
SB12	ЗпУв	Запись; Увеличить
SB19	Ум	Уменьшить
SB3	П	Пуск
SB2	ШК	Шаг команды
SB26	ШЦ	Шаг цикла
SB25	Ст	Стоп
SB4	0
SB5	1
SB13	2
SB20	3
SB6	4
SB14	5
SB21	6
SB7	7	Шестнадцатеричные цифры
SB15	8
SB22	9
SB8	A
SB16	B
SB23	C
SB9	D
SB17	E
SB24	F

Содержание отчета.

Отчет должен содержать:

1. Структурную схему учебной микро-ЭВМ.

2. Карту памяти.

3. Информацию о содержимом внутренних программно-доступных регистров МП БИС после программы начальной установки микро-ЭВМ.

Задание для самопроверки.

1. Изобразите структуру учебной микро-ЭВМ.

2. Укажите функциональные части на принципиальной схеме учебной микро-ЭВМ.

3. Что такое карта памяти микро-ЭВМ?

4. Какие адреса памяти микро-ЭВМ относятся к ОЗУ и ПЗУ?

5. Расскажите о возможных режимах работы микро-ЭВМ.

6. Как записать числа в программно-доступные регистры МП БИС или память микро-ЭВМ?

7. Что происходит в микро-ЭВМ при попытке записи данных в ПЗУ?

8. Какие узлы поверяются в микро-ЭВМ в процессе выполнения тестов при её включении или нажатии на клавишу R?

9. Укажите возможные изменения режимов работы микро-ЭВМ, находящейся при выполнении программы по командам.

10. Опишите функции каждой клавиши управления на клавиатуре.

11. Укажите, какие значения записываются в регистры МП БИС и ОЗУ в процессе выполнения программы начальной установки микро-ЭВМ.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2