Mikrorechner: Architektur Und Programmierung

ISBN-13: 9783528043537 / Niemiecki / Miękka / 1986 / 289 str.

Gerhard Schweizer; Thomas Wunsch; Alois Fadini

Opis

Dieses Buch wendet sich an den "Neuling" auf dem Gebiet der Mikroprozessortechnik. Nach einer allgemein gehaltenen Einfiihrung, in der auf die binare Darstellungsweise von Information und die grundsatzliche Architektur eines Mikrorechnersystems eingegangen wird, stellen wir die Struktur von Maschinenbefehlen anhand des Befehlssatzes zweier M ikroprozessoren vor. Auf diesen Grundlagen bauen die nachsten Abschnitte auf: Die Programmierung des Mikroprozessors und die Hardwarekomponenten, die erst die Kommunikation mit dem System ermoglichen. SchlieBlich stellen wir Softwarehilfsmittel vor, die eine effiziente Arbeit mit dem Mikro rechnersystem wesentlich erleichtern. Zum SchluB gehen wir auf den Aufbau eines dedizierten Systems ein, wie es fiir spezielle Anwendungen oft erforderlich ist. Um den Praxisbezug herzustellen, haben wir versucht, moglichst anhand von Beispielen zu arbeiten und hoffen, zu einem allgemeinen Verstandnis fiir den Aufbau eines Mikro prozessorsystems und den Umgang damit beizutragen. VII Inhaltsverzeichnis v Vorwort Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI . . . . . . . . . . . 1 Die Von-Neumann-Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. 1 Der Speicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1. 2 Das Rechenwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1. 3 Steuereinheit und Systembus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1. 4 Ein-/Ausgabe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 Der Speicher: Interpretationen von Speicherinhalten, Operationen mit Speicherinhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2. 1 Zahlen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2. 1. 1 Dezimalsystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2. 1. 2 Dualsystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. 1. 3 Hexadezimalsystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. 1. 4 BCD-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2. 1. 5 Konvertierung Dezimal in Dual und Umkehrung . . . . . . . . . . . . 8 2. 1. 6 Konvertierung Dual/Dezimal fiber Hexadezimalzahlen . . . . . . . . 11 2. 2 Operationen mit Zahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2. 2. 1 B inare arithmetische Operationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 a) Add ition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 b) Subtraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 c) Verschiebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 d) Multiplikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 e) Division . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 f) BCD-Addition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Spis treści

1 Die Von-Neumann-Maschine.- 1.1 Der Speicher.- 1.2 Das Rechenwerk.- 1.3 Steuereinheit und Systembus.- 1.4 Ein-/Ausgabe.- 2 Der Speicher; Interpretationen von Speicherinhalten, Operationen mit Speicherinhalten.- 2.1 Zahlen.- 2.1.1 Dezimalsystem.- 2.1.2 Dualsystem.- 2.1.3 Hexadezimalsystem.- 2.1.4 BCD-System.- 2.1.5 Konvertierung Dezimal in Dual und Umkehrung.- 2.1.6 Konvertierung Dual/Dezimal über Hexadezimalzahlen.- 2.2 Operationen mit Zahlen.- 2.2.1 Binäre arithmetische Operationen.- a) Addition.- b) Subtraktion.- c) Verschiebung.- d) Multiplikation.- e) Division.- f) BCD-Addition.- g) Konvertierung BCD in Dual und Umkehrung.- 2.2.2 Binäre logische Operationen.- Notwendige logische Operationen.- a) NOT (Nicht, Negation).- b) AND (UND, Konjunktion).- Herleitbare logische Operationen.- a) OR (ODER, Inklusiv-ODER).- b) XOR (Exklusiv-ODER).- c) NAND und NOR.- 2.3 Zeichen.- 2.3.1 Darstellung von Zeichen.- 2.3.2 Der ASCII-Code.- 2.3.3 Der EBCDIC-Code.- 2.4 Operationen mit Zeichen.- 2.5 Befehle.- 2.6 Operationen mit Befehlen.- 3 Rechen- und Steuerwerk (Mikroprozessor).- 3.1 Der Mikroprozessorchip.- 3.2 Zusammenschalten von Mikroprozessor und Speicher.- 3.3 Der Befehlszyklus des Mikroprozessors.- 3.3.1 Befehlsausführung mittels Mikroinstruktionen.- 3.3.2 Steuerung des zeitlichen Ablaufs.- 4 Mikroprozessor und Ein/Ausgabe-Einheit.- 5 Befehlssatz.- 5.1 Adressierungsarten.- a) Direkte oder absolute Adressierung.- b) Immediate oder unmittelbare Adressierung.- c) Relative Adressierung.- d) Register-Adressierung.- e) Indirekte Adressierung.- f) Indizierte Adressierung.- g) Basisadressierung.- 5.2 Befehlssatz eines realen Mikroprozessors: Z 80.- 5.2.1 Wichtige Eigenschaften des Z 80.- 5.2.2 Datentransfer.- a) Transfer zwischen Speicherzelle und Speicherzelle.- b) Transfer zwischen Speicherzelle und Register.- c) Transfer zwischen zwei Registern.- d) Transfer zwischen Register und Ein-/Ausgabeeinheit.- 5.2.3 Datenbearbeitung.- a) Arithmetische Befehle.- b) Logische Befehle.- c) Schiebebefehle.- d) Einzelbitverarbeitung.- 5.2.4 Programmkontrolle.- a) Unbedingter Sprung.- b) Bedingter Sprung.- c) Unterprogrammaufruf und Rücksprung.- 5.2.5 Beispielprogramm in Z80-Assembler.- 5.3 Der Befehlssatz des MC68000.- 5.3.1 Wichtige Eigenschaften des MC68000.- 5.3.2 Datentransfer.- 5.3.3 Datenbearbeitung.- a) Arithmetische Befehle.- b) Logische Befehle.- c) Einzelbitverarbeitung.- 5.3.4 Programmkontrolle.- a) Unbedingter Sprung.- b) Bedingter Sprung.- c) Unterprogrammaufruf und Rücksprung.- 5.3.5 Beispielprogramm in MC68Q00-Assembler.- 6 Programmierteehnik I: Programmkontrolle.- 6.1 Unterprogrammtechnik.- 6.1.1 Darstellung.- 6.1.2 Unterprogramm-Mechanismus.- 6.1.3 Geschachtelte Unterprogramme.- 6.1.4 Realisierung beim Z80.- 6.1.5 Rekursive Unterprogramme.- 6.1.6 Parameterübergabe.- 6.1.7 Unterprogrammbibliothek.- 6.1.8 Zusammenfassung.- 6.2 Verzweigungen.- 6.3 Iteration.- a) Zählschleife.- b) Bedingte Wiederholungsschleife.- c) Abweisschleife.- d) Abschließende Bemerkungen.- 6.4 Rekursion.- 6.4.1 Realisierung einer Rekursion am Z80.- 7 Programmiertechnik II: Systemkontrolle.- 7.1 Problemstellung.- 7.2 Polling (Programmgesteuerte Ein-/Ausgabe).- 7.3 Interrupt (Systemgesteuerte Ein-/Ausgabe).- 7.4 CPU-Steuerbefehle für die Systemkontrolle.- 7.4.1 Vektor-Interrupt (IM 2) beim Z80.- 7.4.2 Abarbeitung der Interrupt-Service-Routine.- 7.4.3 Ein Assemblerprogramm zur Initialisierung des Vektor-Interrupt.- 7.4.4 Priorisierter Vektorinterrupt.- a) Interrupt-Konfliktbehandlung.- b) Unterbrechungsverkettung.- 7.4.5 Niehtmaskierbarer Interrupt.- 7.4.6 Reset.- 7.4.7 Restart-Befehle.- 8 Spezielle Ein-/Ausgabe-Bausteine.- 8.1 E/A-Operationen zwischen Mikroprozessor und Baustein.- 8.1.1 Auswahl des Bausteins durch die CPU.- 8.1.2 E/A-Operationen beim Z80.- 8.2 Programmierbare Schnittstellenbausteine (Interface-Bausteine).- 8.2.1 Grundsätzliche Eigenschaften eines programmierbaren Bausteins.- 8.2.2 Ein paralleler Ein-/Ausgabe-Baustein: Z80-PIO.- 8.2.2.1 PIO-Architektur.- 8.2.2.2 Programmierung der PIO.- 8.2.2.3 Beispielprogramm.- 8.2.3 Ein serieller Ein-/Ausgabebaustein: Intel USART.- 8.2.3.1 Grundbegriffe zur seriellen Ein/Ausgabe.- 8.2.4 Exkurs: Grundlagen der Datenkommunikation.- 8.2.4.1 Das Schichtenmodell der Datenübertragung.- 8.2.4.2 Schnittstellen.- 8.2.4.3 Übertragungsprotokoll.- 8.2.4.4 Datenvermittlung.- 8.2.4.5 Architektur des USART 8251.- 8.2.4.6 Programmierung des USART.- 8.2.4.7 Beispielprogramm.- 8.2.5 Ein Zeitgeberbaustein: der CTC.- 8.2.5.1 Allgemeines.- 8.2.5.2 Architektur des Z80-CTC-Baustein.- 8.2.5.3 Programmierung des CTC.- 8.2.5.4 Beispielprogramm.- 8.3 Einige spezielle Bausteine.- 8.3.1 Ein-/Ausgabe von Floppy Disks.- 8.3.2 Ein-/Ausgabe von Analogsignalen.- 8.3.3 Ausgabe an eine LCD-Anzeige.- 8.3.4 Eingabe über Tastatur.- 8.3.5 Ausgabe an einen Bildschirm.- 8.3.6 DMA-Controller.- 9 Peripheriegeräte.- 9.1 Kommunikation des Mikrorechners mit der Peripherie.- 9.2 Bildschirmgerät (Terminal).- 9.3 Diskettenspeicher.- 9.3.1 Physikalische Organisation.- 9.3.2 Logische Organisation.- 10 Betriebssystem, Softwarehilfsmittel.- 10.1 Notwendiges Hilfsmittel: Das Kit.- 10.2 Effizientes Hilfsmittel: Das Entwicklungssystem.- 10.2.1 Hilfsmittel in der Phase Programmerstellung: Der Editor.- 10.2.2 Hilfsmittel in der Phase Programmumsetzung: Assembler, Linker und Lader.- a) Assembler.- b) Linker.- c) Lader.- 10.2.3 Hilfsmittel in der Phase Programmtest: Der Debug-Monitor.- 10.3 Komponenten und Funktion des Betriebssystems.- 10.3.1 Systeminitialisierung, Monitor.- 10.3.2 Beispiel eines Betriebssystems.- a) Der Editor.- b) Der Assembler.- c) Der Linker.- d) Der Debug.- 10.3.3 Ein- und Ausgabeverwaltung des Betriebssystems.- 10.3.4 Sonstige Betriebssystem-Funktionen.- 11 Dedizierte Systeme.- 11.1 Allgemeines.- 11.2 Die Modularisierung und die Aufbautechnik eines Mikrorechners.- 11.3 Die CPU-Baugruppe.- 11.4 Speicher.- 11.4.1 Schreib-/Lesespeicher.- 11.4.2 Die ROM-Baugruppe.- 11.4.3 Die EPROM-Baugruppe.- 11.4.4 Die allgemeinen Speicherbaugruppen.- 11.5 Mikroprozessor und Minimalsystem.- 11.5.1 Allgemeine Hardware-Struktur.- Konvertierung ganzer Zahlen.- 1. Divisionsmethode zur Umrechnung im Quellsystem.- 2. Multiplikationsmethode zur Umrechnung im Zielsystem.- Der Befehlssatz des Zilog Z80.- Der Befehlssatz des Motorola MC68000.- Quellen- und Literaturverzeichnis.- Stichwortverzeichnis.