Чарльз Петцольд - Код. Тайный язык информатики

Каждому из созданных нами электрических или электронных устройств нужен источник питания. Одна из особенностей микросхемы 8080 — ей необходимы три различных напряжения. На контакт 20 должно подаваться напряжение пять вольт, на контакт 11 — минус пять вольт, а на контакт 28 — 12 вольт. Контакт 2 подключается к земле. (В 1976 году Intel выпустила микросхему 8085 с более простой системой электропитания.)

Все остальные контакты изображены в виде стрелок. Стрелка, направленная от микросхемы, обозначает выходной сигнал. Это контролируемый микропроцессором сигнал, на который реагируют другие чипы. Стрелка, направленная к микросхеме, — входной сигнал, поступающий от другого чипа. Некоторые контакты используются в качестве как входов, так и выходов.

Для работы процессора, описанного в главе 17, необходим осциллятор. Микросхеме 8080 требуются два разных сигнала тактовой синхронизации с частотой два мегагерца, обозначенные на схеме символами 01 и 02 рядом с контактами 22 и 15. Эти сигналы удобнее генерировать с помощью другого чипа компании Intel под названием генератор тактовых импульсов 8224. К этому чипу просто подключается кристалл кварца с частотой 18 мегагерц, а все остальное делает генератор.

Микропроцессор всегда предусматривает несколько выходных сигналов для адресации памяти. Количество сигналов, используемых для этой цели, напрямую связано с объемом памяти, к которой может обращаться микропроцессор. Чип 8080 имеет 16 таких сигналов, обозначенных символами от A0 до A15, что позволяет ему адресовать 216, или 65 536 байт.

Микропроцессор 8080 является 8-разрядным, значит, он считывает данные из памяти и записывает их по восемь бит за один раз. Для этого используются контакты с D0 по D7, которые работают как на вход, так и на выход. Когда микропроцессор считывает байт из памяти, эти контакты функционируют как входы; когда микропроцессор записывает байт в память — как выходы.

Еще десять контактов микропроцессора предусмотрены для управляющих сигналов. Например, для сброса микропроцессора используется входной сигнал RESET. Выходной сигнал WR заставляет микропроцессор записать байт в память. (Сигнал WR соответствует входному сигналу записи памяти W.) Кроме того, иногда при считывании микропроцессором команд из памяти на контакты с D0 по D7 подаются другие управляющие сигналы. Для обработки этих дополнительных сигналов компьютеры, построенные на основе микропроцессора 8080, обычно используют системный контроллер 8228. Система управляющих сигналов микропроцессора 8080 печально известна своей сложностью, поэтому, если вы не намерены собирать компьютер на основе этого чипа, лучше не мучайте себя, пытаясь в ней разобраться.

Предположим, что микропроцессор 8080 подключен к памяти объемом 64 килобайта, с которой мы можем обмениваться данными независимо от микропроцессора.

После сброса микропроцессор 8080 считывает байт, хранящийся в ячейке памяти 0000h. Для этого на адресные контакты с A0 по A15 подаются 16 нулей. Байт, который он считывает, должен соответствовать команде процессора 8080, а сам процесс его считывания называется выборкой команды .

В компьютере, который мы собрали в главе 17, все команды, за исключением HLT, занимали в памяти по три байта, один байт содержал код команды, а в двух других хранился адрес. Команды процессора 8080 могут занимать один, два или три байта. Одни команды заставляют процессор 8080 считать байт из определенной ячейки памяти, другие — записать байт в определенную ячейку, третьи — выполнить некие внутренние операции без использования оперативной памяти. После обработки первой команды процессор 8080 обращается ко второй команде, хранящейся в памяти, и т. д. Совокупность этих команд — компьютерная программа, способная выполнять интересные функции.

Когда процессор 8080 работает с максимальной частотой два мегагерца, каждый тактовый цикл длится 500 наносекунд (1 / 2 000 000 циклов в секунду = 0,000000500 секунды). Команды компьютера, описанного в главе 17, выполнялись за четыре тактовых цикла. На исполнение команд для процессора 8080 требуется от 4 до 18 тактовых циклов, то есть от двух до девяти микросекунд (миллионных долей секунды).

Вероятно, чтобы понять, на что способен конкретный микропроцессор, нужно изучить весь набор его команд.

Итоговая модель компьютера из главы 17 выполняла всего 12 команд. Набор 8-разрядного микропроцессора может легко содержать до 256 команд, при этом код каждой команды соответствует конкретному 8-битному значению. (На самом деле команд может быть даже больше, если некоторым из них будет соответствовать 2-байтный код.) Микропроцессор 8080 не заходит так далеко, но его набор включает 244 кода. Это количество может показаться довольно большим, однако в целом процессор 8080 не сильно превосходит компьютер из главы 17. Например, если вам нужно произвести операцию умножения или деления с помощью процессора 8080, все равно придется написать для этого небольшую программу.