Grundlagen der Mikroprozessoren und Mikrocontroller

Einführung in mikroprogrammierbare Systeme

Speicherprogrammierbare Anmeldung:

Mikroprogrammierbar: Ein System ist mikroprogrammierbar, wenn es in der Lage ist, Anweisungen sequentiell aus den in Programmen enthaltenen Inhalten zu lesen, zu interpretieren und von Anfang an auszuführen. Dies umfasst Informatikanwendungen, mathematische Berechnungen, industrielle Prozesse und elektrische Betriebsmittel.

Systemkomponenten und Taktung

Clock (Taktgeber): Periodische quadratische Wellen dienen der Synchronisation von Mikroprozessoren. Dies schließt die CPU und Anwendungen für Kunden ein, bei denen große Mengen verwendet werden, die einen großen Speicher erfordern und Aufgaben mit einer erhöhten Geschwindigkeit übernehmen.

Mikrocontroller und PLD-Chips

Mikrocontroller: Ein Chip, der zuvor in denselben CPU-Chip eingebettet wurde; er leistet harte Arbeit bei geringerem Aufwand.

PLD-Chips: Hierbei handelt es sich um integrierte Schaltungen innerhalb einer Matrix von Logikgattern, deren Funktionalität durch Benutzerprogramme festgelegt werden kann. Ein mikroprogrammierbares System hat dieselbe Funktion.

Die Prozessoreinheit (CPU) und die ALU

Process Unit (Prozessoreinheit): Diese führt arithmetische und logische Operationen mit Daten aus dem Hauptspeicher oder aus den von der Steuereinheit (UC) angewiesenen Registern aus. Sie ist für die gesamte Übertragung und das Kopieren von Daten verantwortlich.

ALU (Arithmetisch-logische Einheit): Der operative Teil des Prozessors, der aus einer komplexen kombinatorischen Schaltung für arithmetische Operationen besteht.

Adressierungstypen der ALU

• ALU 0-Adressierung: Die Eingabedaten stammen aus dem Stapelspeicher (Stack).
• ALU 1-Adressierung: Ein Teil der Eingabedaten stammt aus dem Akkumulator (ACUM).
• ALU 2-Adressierung (RI): Die Daten kommen aus zwei Registern (RI). Das Ergebnis wird in einem Register gespeichert, wobei der vorherige Wert überschrieben wird.
• ALU 3-Adressierung: Die Eingabedaten stammen aus zwei Registern (RI), aber das Ergebnis wird in einem anderen, unabhängigen Register gespeichert. Dies wird verwendet, um kleine Zwischenergebnisse einzugeben.

Speicherstrukturen und Register

Akkumulator: Ein interner Speicher des Mikroprozessors zur temporären Speicherung von Registern, die aus Operationen resultieren. Die bistabilen Kippglieder können Informationen in einem bestimmten Augenblick speichern.

Der Akkumulator: Ein Element zur vorübergehenden Speicherung.

Statusregister: Berichtet über das Ergebnis, das durch den letzten Befehl erhalten wurde.

Steuerung und Programmablauf

UC (Steuereinheit): Der wichtigste Teil des Mikroprozessors, verantwortlich für die Regelung der globalen Funktionsweise. Sie empfängt Daten, verarbeitet und interpretiert sie und sendet die benötigten Datenelemente für einen korrekten Prozess.

Programmzähler (Register): Weist darauf hin, welche Speicheradresse die nächste auszuführende Anweisung enthält.

Dekodierung und Logik

Dekodierer: Übersetzt die im Speicher enthaltenen Programmanweisungen in interne Mikro-Chip-Befehle, um die einzelnen Schritte des Prozesses zu kennen.

Festverdrahtete Logik (Hardwired): Logikgatter und Zähler, die Mikro-Befehle basierend auf Eingängen und internen Statusindikatoren generieren.

Status (Mikroprogramm): Wird durch den ROM-Speicher generiert, welcher die elementaren Operationen des mikroprogrammierbaren Systems speichert.

Interne und Hilfsregister

Interne Register: Alle Mikroprozessoren haben interne Register, die der Benutzer nicht direkt manipulieren kann; sie werden bei Bedarf automatisch genutzt.

Hilfsregister (Auxiliary Records): Diese werden häufig verwendet und können vom Programmierer genutzt werden, um Daten zu speichern oder Zwischenstufen zu lösen.