Просмотр кода страницы КМ1801ВМ3

== КМ1801ВМ3А, КМ1801ВМ3Б, КМ1801ВМ3В ==
Микросхема КМ1801ВМ3 — 16-разрядный однокристальный микропроцессор, включающий операционный блок, блок микропрограммного управления, блок прерываний, диспетчер памяти и блок управления системной магистрали. Содержит 200000 интегральных элементов. Корпус 2136.64-1. 

Отличительной особенностью КМ1801ВМ3 являются большой объем адресуемой памяти, высокое быстродействие и возможность подключения сопроцессора арифметики чисел с плавающей запятой (СППЗ). 

<center>
[[Изображение:km1801vm3_002.png|200px]]
[[Изображение:km1801vm3_004.png|400px]]
<br />
[[Изображение:km1801vm3_010.png|600px]]
</center>

== Основные параметры КМ1801ВМ3 ==
{|  
| Объем адресуемой памяти
| 4М байт
|- 
| Принцип управления
| Микропрограммный
|- 
| Число команд
| 72 с фиксированной запятой, <br />46 с плавающей запятой (при подключении СППЗ) 
|- 
| Число регистров общего назначения  
| 8 
|- 
| Производительность операций «Регистр-регистр» (для КМ1801ВМ3А)
| Сложение в потоке 1,5 млн операций/с; <br />умножение 100 тыс. операций/с; деление 50 тыс. операций/с 
|- 
| Число линий запросов на прерывание
| 4
|- 
| Тактовая частота 
| 
|- 
|КМ1801ВМ3А                                                
| 6 МГц 
|- 
|КМ1801ВМ3Б                                               
| 5 МГц 
|- 
|КМ1801ВМ3В                                                
| 4 МГц 
|- 
| Напряжение питания
| 4,75…5,25 В
|- 
| Выходное напряжение низкого уровня
| 0,5 В
|- 
| Выходное напряжение высокого уровня  
| 2,4 В 
|- 
| Входное напряжение низкого уровня                
| 0,7 В 
|- 
| Входное напряжение высокого уровня              
| 2,2 В 
|- 
| Ток утечки на входе  
| 1 мкА 
|- 
| Ток утечки на выходе  
| 10 мкА 
|- 
| Выходной ток низкого уровня                                
| 3,2 мА 
|- 
| Выходной ток высокого уровня  
| -1,0 мА 
|- 
| Входная емкость  
| 10 пФ 
|- 
| Выходная емкость  
| 15 пФ 
|- 
| Емкость нагрузки  
| &lt; 100 пФ 
|- 
| Мощность потребления   
| 1,5 Вт 
|- 
| Максимальное входное напряжение 
| 5,25 В 
|- 
| Минимальное входное напряжение 
| -0,5 В 
|- 
| Температура окружающей среды 
| -10…+70°С 
|- 
| Срок сохраняемости  
| 15 лет 
|- 
| Минимальная наработка                          
| 50 000 ч 
|}


Микросхема содержит шесть регистров общего назначения (R0—R5), три регистра — указателя стека R6 (SP), используемых в режимах операционной системы (KSP), пользователя (USP) и в пультовом режиме (HSP), и регистр R7, который служит также счетчиком команд (PC). Регистр SP содержит адрес последней заполненной ячейки стека, a PC — адрес команды, следующей за выполняемой. 

Программно доступным регистром является также регистр состояния процессора PSW. Информация, содержащаяся в PSW, влияет на режимы выполнения команд и прерываний, определяет режим  работы диспетчера памяти.  

Регистр PSW доступен также из процессора по физическому адресу 17777776. 

[[Изображение:km1801vm3_006.png|300px|center]]

Назначение разрядов  регистра  PSW: 

* разряды 0 — 3 (N, Z, V, С) — признаки знака, нуля, переполнения и переноса, описывающие результат последней выполненной команды; 
* разряд 4 (Т) — признак   режима   отладки; 
* разряды 5, 6, 7 — код приоритета внешних прерываний IRQ (3—0); 
* разряды 13, 12 — предыдущий режим работы МП; 
* разряды 15, 14 — текущий режим работы МП (11 — режим пользователя, 00 — режим операционной системы). 

В микросхеме используются три типа команд безадресные, одноадресные и двухадресные. В безадресных командах код команды содержит только код операции. В кодах одноадресных и двухадресных команд содержится информация, определяющая; выполняемую функцию (код операции); регистры общего назначения, используемые при выборке операндов, метод адресации. 

Система команд КМ1801ВМ3 включает команды МП КМ1801ВМ2 и дополнительные команды, которые приведены в таблице: 

[[Изображение:km1801vm3_008.png|350px|center]]

Диспетчер памяти обеспечивает: 

* расширение емкости адресуемой памяти с 64К до 266К или до 4М байт; 
* преобразование виртуальных адресов в физические и защиту памяти в системах с разделением времени;
* использование различных областей адресов для режима пользователя и режима операционной системы (ОС). 

Расширение емкости адресуемой памяти осуществляется преобразованием 16-разрядного виртуального адреса в 18- или 22-разрядный физический адрес. Преобразование выполняется с помощью набора 16 регистров — адресов страниц PAR и 16 регистров — описателей страниц PDR. 

Диспетчер памяти преобразует все адреса автоматически, поэтому пользователь работает в области виртуальных адресов. Область виртуального адреса делится на восемь отдельных страниц. Каждая виртуальная страница имеет свой код защиты. Есть три вида защиты памяти: разрешены запись и чтение, разрешено только чтение, запрещен любой доступ. Все попытки запрещенного доступа вызывают прерывание МП. 

Диспетчер памяти обеспечивает три режима работы: ОС, пользователя и пультовый. Для каждого режима работы существует свой набор регистров PAR/PDR. 

Регистры PAR/PDR включают два набора по восемь 27-разрядных регистров PAR/PDR для режимов ОС н пользователя и четыре 16-разрядных регистра адреса страницы PARH для обеспечения пультового режима. Физические адреса регистров PAR/PDR приведены и таблице: 

[[Изображение:km1801vm3_012.png|400px|center]]

При 18-разрядном физическом адресе базовый адрес страницы в регистре PAR содержится в разрядах 0—11, а при 22-разрядном — в разрядах 0—15. 

Формат регистра PDR имеет вид: 

[[Изображение:km1801vm3_014.png|300px|center]]

Поле PLF определяет длину страницы в блоках (один блок — 32 слова) и позволяет установить ее от 0 до 177<sub>8</sub>. 

Разряд 3 (ED) — направление расширения страницы: при ED = 0 — расширение вверх, при ED = l — расширение вниз. При расширении вверх PLF устанавливается на 1 больше необходимой длины. При расширении вниз в PLF заносится дополнительный код длины страницы. 

Поле ACF определяет тип доступа к странице памяти: 00 — недоступна, прерывание при любом обращении; 01 — доступна только по чтению, прерывание при попытке записи; 10 — не используется, прерывание при любом обращении;  11 — разрешены чтение и запись. 

Разряд 6 (W)—признак записи, указывает, что в страницу произведена запись. Разряд W очищается автоматически при записи в PAR и PDR данной страницы. Установлен этот признак может быть только аппаратно логической схемой управления диспетчера памяти (ДП).

== Регистры состояния диспетчера памяти ==

Диспетчер памяти содержит три регистра состояний: SR0, SR2, SR3. Четвертый регистр состояния SR1 аппаратно не реализован, и при обращении по адресу этого регистра (17777574) всегда считываются нули. В случае нарушения условия защиты памяти процессор немедленно прерывается и переходит к программе обработки прерывания по вектору 250<sub>8</sub> в области памяти ОС. Регистры состояния SR0 и SR2 служат для анализа возникшего прерывания. 

Регистр SR0 (адрес 17777572) содержит флаги ошибок, бит разрешения преобразования адреса в ДП и другую информацию, необходимую ОС для обработки ошибки и возврата к прерванной программе. Формат регистра SR0 имеет вид 

[[Изображение:km1801vm3_016.png|300px|center]]

Назначение разрядов регистра SR0: 

* разряд 15 (NR) — ошибка по запрету доступа. Возникает при попытке обращения  к недоступной или неиспользуемой странице; разряд 14 (PL) — ошибка по нарушению длины страницы; 
* разряд 13 (RO) — ошибка по записи. Возникает при попытке записи в страницу, доступную только по чтению; 
* разряд 8 (М) — бит, устанавливающий диагностический режим работы ДП; при установленном М выполняется преобразование адреса только последнего обращения в память приемника; 
* разряды 5, 6 — режим МП (пользователя или ОС), при обращении к которому произошла ошибка ДП; 
* разряды 1, 2, 3 — номер страницы, при обращении к которой произошла ошибка ДП; 
* разряд 0 (EN) — бит включения ДП. При EN = 1 выполняются преобразование адресов и защита памяти в ДП. 

Регистр SR2 (адрес 17777576) содержит виртуальный адрес первого слова выполняемой команды. Он не изменяется, если в данной команде произошло прерывание по ошибке ДП. Доступен только по чтению. 

Регистр SR3 (адрес 1777757) содержит два разряда. Разряд 4 содержит бит AS. При AS = 1 адрес физический, 22разрядный, при АS = 0 — 18-разрядный. Разряд 5 содержит бит UM. При UM = 1 устанавливается для внешней аппаратуры режим включения схем преобразования адресов. 

Формирование физического адреса в ДП изображено на рисунке: 

[[Изображение:km1801vm3_018.png|400px|center]]

В сумматоре выполняется сложение виртуального адреса VA (разряды 6 — 12) с выбранным PAR (разряды 0 — 11) при 18-разрядном адресе и PAR (разряды 0 — 15) при 22-разрядном адресе. В результате полный физический адрес содержит разряды 0 — 5 виртуального адреса и разряды 6 — 17 (21) — результат суммы.

== Система прерываний процессора ==

Прерывания делятся на аппаратурные и командные. Часть аппаратных прерываний вызывает немедленный переход к их обработке. Это так называемые фатальные ошибки. Они возникают при ошибках системной магистрали, ДП, СППЗ. Анализ таких аппаратных прерываний, как авария источника питания, внешний сигнал HALT, прерываний IRQ (разряды 0 — 3), переполнения стека в моде операционной системы производится после завершения очередной команды в соответствии с приоритетом, указанным в таблице: 
{|  
! align="left"| Приоритет 
! align="left"| Прерывание 
|- 
| Высший<br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />
Самый низкий 
| Команда HALT <br />
Нечетный адрес <br />
Ошибка ДП <br />
Зависание <br />
Команды прерывания <br />
Прерывание по Т-биту <br />
Переполнение стека Сбой питания <br />
Внешний сигнал HALT <br />
IRQ3 <br />
… <br />
IRQ0 
|}

К командам прерывания относятся ЕМТ, TRAP, BPT, ЮТ, а также (если учитывать алгоритм выполнения) и резервные коды. Вектора прерываний приведены в таблице: 
{|  
! align="left"| Вектор 
! align="left"| Прерывание 
|- 
| 
004 <br />
010 <br />
014 <br />
020 <br />
024 <br />
030 <br />
034 <br />
250 <br />
244 <br />
Из системной магистрали 
| 
Зависание, нечетный адрес, переполнение стека  <br />
Резервные и запрещенные команды  <br />
Прерывание по Т-биту <br />
Прерывание по команде <br />
Сбой питания <br />
Прерывание по команде MTPI <br />
Команды прерывания <br />
Ошибка диспетчера памяти  <br />
Прерывание СППЗ <br />
IRQ3-IRQ0 <br />
|}

При прерывании МП помещает в стек PC и PSW и считывает новые значения PC и PSW из ячеек, определяемых вектором прерывания, причем загрузка PC и PSW ведется из области памяти операционной системы. Особый случай представляет собой возникновение фатальной ошибки в ходе выполнения микропрограммы обработки прерывания, так называемой «двойной ошибки». В этом случае процессор переходит в пультовый режим. 

В пультовой режим процессор переходит при: выполнении команды HALT в моде ОС; возникновении «двойной ошибки»; возникновении внешнего сигнала HALT = 0 и отсутствии в этот момент других, более приоритетных прерываний. 

При входе в пультовый режим процессор загружает в стек HSP константу 100000<sub>8</sub>; загружает в стек регистры PSW и PC; заносит в регистр PSW значение 340<sub>8</sub>, а в PC — 0; включает ДП на преобразование виртуальных адресов в 

22-разрядные физические и переходит к выполнению программы, расположенной по виртуальному адресу 0. В ДП с целью реализации пультового режима введены четыре регистра адреса страницы PARH: 

[[Изображение:km1801vm3_020.png|300px|center]]

адресация к которым производится двумя старшими разрядами виртуального адреса. Регистр PARH2 позволяет осуществлять обращение ко всему адресному пространству путем записи в него соответствующего кода. Адрес регистра PARH2 — 177512. 

В пультовом режиме существуют некоторые отличия в выполнении команд и прерываний. Например, команды RT1 и RTT выполняются без учета значения Т-бита. 

При включении питания извне устанавливается сигнал DCLO и МП переходит в режим ожидания сигнала ACLO. При поступлении сигнала ACLO МП начинает выполнение одной из процедур начального пуска в зависимости от сигнала W0: 

* W0 = 0. МП загружает PSW содержимым 26-й ячейки памяти, PC — содержимым 24-й ячейки и начинает выполнение программы с этого адреса; 
* W0 = 1. МП загружает в PSW константу 340, а РС — 173000 и начинает выполнение программы с этого адреса. 

При выполнении любой команды МП осуществляет хотя бы одно обращение к каналу, называемое циклом обращения к каналу. Перед каждым циклом МП осуществляет процедуру захвата канала. 

Цикл «Чтение». Цикл разделен на фазы передачи адреса и приема данных. Адрес из МП сопровождается сигналом SYNC, снимается после приема сигнала SSYNC, и затем выставляется сигнал DIN. Микросхема переключает элементы   входа/выхода   на   выводах   AD0 — AD15 на прием и ожидает сигнал RPLY. Фаза приема данных. После приема сигнала RPLY МП принимает данные и снимает сигналы DIN н SYNC. 

Цикл «Запись». Передача адреса сопровождается сигналом WTBT, который снимается одновременно со снятием адреса и указывает, что происходит цикл «Запись». После окончания фазы передачи адреса МП выставляет на выводы AD0 — AD15 данные и сигнал DOUT и ожидает сигнал RPLY. После приема сигнала RPLY МП снимает сигнал DOUT, данные и сигнал SYNC. По снятию сигнала DOUT пассивное устройство снимает сигнал RPLY. 

Цикл «Чтение — модификация — запись». Цикл разделен на фазы передачи адреса, приема и записи данных. Фаза записи начинается после того, как пассивное устройство сняло сигнал RPLY в ответ на снятие сигнала DIN.

=== Временные диаграммы циклов «Чтение», «Запись» и «Чтение — модификация — запись» ===

[[Изображение:km1801vm3_022.png|400px]]

=== Временные диаграммы циклов «Запрос — предоставление прямого доступа» ===

[[Изображение:km1801vm3_024.png|400px]]

[[Категория:К1801ВМ1]]