آبجی
2nd March 2010, 01:19 AM
1-1)مقدمه
وجود ريزپردازنده‌هاي پرقدرت و تراشه‌هاي كمكي مربوط مديون تكامل سريع فن ساخت مدارهاي مجتمع در اين اواخر مي باشد.با ايجاد ترانزيستورهاي نيمه‌هادي با اكسيدفلز (mos ) بطورمتوسط پيچيدگي مدارات در هر سال دو برابر افزايش يافته است.اين روند تا دهه هفتم ادامه داشت.
در تراشه های ریزپردازنده های اولیه از 5000 تا 10000 ترانزیستور قرار داشت در حالی که تراشه های پردازشگر امروزی شامل 110000 ترانزیستور می باشند. اصلي‌ترين عوامل در اين رشد هرچه مجتمع كردن مدارات و پيشرفت در امر طراحي مدار مي باشد كه باعث بهبود نسبي سرعت و كاهش تلفات قدرت مدارات شده است.
اكنون رشد تراكم و سرعت كار مدارها هر دو سال دو مرتبه مي باشد ، ا ما از نظر قدرت و سرعت اين رشد 4 برابر است.بعلاوه با بهبود فن ساخت قيمت تمام شده محصولات پائين آمده و باعث ارزان شدن توليد مي شود كه اين هم بنوبه خود باعث افزايش درخواست و ايجاد بازارهاي جديد مي‌گردد.
ريزپردازنده 68000 داراي 17 ثبات با كاربرد عمومي 32 بيتي، يك شمارنده برنامه 32 بيتي و يك ثبات حالت 16 بيتي مي‌باشد.
از 8 ثبات با كاربرد عمومي در عمليات مختلف يك بايتي ، يك كلمه اي و با كلمات طولاني ، به عنوان ثبات اطلاعات استفاده مي شود. 9 ثبات با كاربرد عمومي باقيمانده بعنوان ثبات آدرس بكار مي روند، از آنها به عنوان نشانگر پشته و ثبات آدرس مبنا نيز استفاده مي شود. از تمامي اين 17 ثبات با كاربرد عمومي به جاي ثبات شاخص مي توان استفاده كرد.
اگرچه شمارنده برنامه 32 بيتي مي باشد، با اين حال عملاً فقط از 24 بيت كم ارزش آن استفاده مي شود. توسط همين 24 بيت ، 68000 صاحب محدوده آدرس دهي 16 مگابايتي مي گردد.
1-2) مشخصات نرم افزاري
امكانات نرم افزاري ريزپردازنده 68000 قابل تطبيق با هر استانداردي مي باشد. اين مسئله نشان دهنده تبحر بكار گرفته شده در طراحي آن است.
68000 مي تواند با پنج نوع مختلف اطلاعات تك بيتي ،4 بيتي ،8 بيتي،كلمات 16 بيتي و كلمات 32 بيتي كار كند.
اطلاعات 8 بيتي ،هم با آدرسهاي فرد و هم زوج آدرس دهي مي شوند.ولي کلمات 16 بيتي و 32 بيتي فقط توسط آدرسهاي زوج قابل آدرس دهي مي باشند.
مجموعه دستورالعملهاي اين ريزپردازنده شامل 56 دستورالعمل اساسي مي باشد،اما براي دسترسي به عملوندها مي توان از 14 روش مختلف آدرس دهي استفاده كرد.
تركيب 56 دستورالعمل اصلي ،با 14 روش آدرس دهي و 5 نوع اطلاعات باعث مي شود كه 68000 بتواند در حقيقت بيش از 1000 دستورالعمل را اجرا نمايد.
علاوه بر اينها از هر 16 رمز عملياتي موجود در اين ريزپردازنده در شرايط عادي دوتاي آن مورد استفاده قرار نگرفته است ، و شخص استفاده كننده در صورتي كه بخواهد به تعداد دستورالعملها اضافه كند، مي تواند آنها را بكار گيرد.
68000 با فركانسهاي 4 ،6،8 و 10 مگاهرتز كه به ترتيب زمان تناوب پالس ساعت آنها 250 ،167 ،125 و 100 نانو ثانيه مي باشد،مي تواند كار بكند.
سريعترين دستورالعمل در 4 چرخه ساعت انجام مي شود كه درصورت استفاده از ساعت 8 مگاهرتزي زمان لازم 500 نانوثانيه مي‌باشد. كندترين دستورالعمل در 170 چرخه ساعت اجرا می شود که با فرکانس 8 مگاهرتز زمان لازم برای اجرای آن 25.21 میکرو ثانیه خواهد بود.
1-3) حالات عملكرد
براي اينكه ريزپردازنده 68000 بتواند كارها و برنامه هاي متنوعي را انجام دهد، داراي دو حالت عملكردي مي‌باشد، حالت كار براي عمليات معمولي و حالت نظارت براي كنترل سيستم.
در حالت نظارت تمامي دستورالعملهاي ريزپردازنده اجرا مي شوند ولي در حالت كار چند دستورالعمل مخصوص قابل اجرا نمي باشند.
اين خصوصيات باعث تأمين امنيت كار سيستم شده و از دخالت هاي اشتباه آميز استفاده كننده جلوگيري بعمل آورده و از عمليات خطايي كه باعث مختل شدن كار كلي سيستم مي شود ممانعت مي كند.
1-4) امكانات اشكال زدايي داخلي ريزپردازنده
طراحان 68000 امكانات مختلفي را براي عيب يابي و اشكال زدايي در داخل ريزپردازنده در نظر گرفته‌اند. براي مثال هرنوع تلاش براي اجراي دستورالعمل هاي غير مجاز، تخطي از رفتارهاي معمول، آدرس دهي غيرمجاز، تقسيم بر صفر و دستيابي غيرمجاز به حافظه باعث مي شوند كه ريزپردازنده توسط تله به حالت نظارت بيفتد.
درضمن در 68000 براي عمليات اشكال زدايي نرم افزار حالت ردگيري در نظر گرفته شده است. در اين حالت، برنامه قدم به قدم اجرا مي شود.
به اين ترتيب كه بعد از اجراي هر دستورالعمل روال مربوط به تله اجرا مي شود.
1-5) خانه حافظه‌هاي اختصاصي
در ريزپردازنده 68000 فقط تعداد بسيار كمي از خانه حافظه ها بكارهاي مخصوص اختصاص داده شده اند. آدرسهاي مربوط به اولين هشت بايت حافظه به بردار بازنشاندن اختصاص دارند ، كه بايستي در حافظه فقط خواندني قرار گيرند.آدرسهاي مربوط به 1024 بايت اول نيز به بردارهاي وقفه ، بردارهاي خطا و بردارهاي ساير موارد استثنايي اختصاص دارند. اين خانه حافظه ها مي توانند در ram یا rom واقع گردند.
مسلماً بعضي از آدرسهاي حافظه براي آدرس‌دهي وسايل ورودي خروجي سيستم بكار مي روند. به عبارت ديگر 68000 داراي دستورالعملهاي جداگانه برای i/o نمی باشد.
1-6) ساختار وقفه
ساختار وقفه شبيه كامپيوترهاي كوچك مي باشد.در اين ريزپردازنده وقفه هاي برداري با هفت سطح تقدم در نظر گرفته شده اند.وقتيكه 68000 درخواست وقفه قابل قبولي را دريافت مي دارد ، سيگنالي مبني بر پذيرش اين درخواست را به كليه وسايل سيستم مي فرستد.با دريافت اين سيگنال وسيله درخواست كننده وقفه بايستي عدد بردار را وارد گذرگاه اطلاعات نمايد.توسط اين بردار،يكي از 192 روال وقفه اي كه در حافظه قرار دارند ، انتخاب مي شود.
1-7) گذرگاهها و ساير خطوط موجود در تراشه
ريزپردازنده 68000 داراي بدنه 64 پايه اي دو طرفه بوده و به اندازه تقريبي يك فندك معمولي مي باشد.آدرسهاي مربوط به دستورالعملها و اطلاعات از طريق 25 خط آدرس صادر مي شوند. خود گذرگاه آدرس 23 خطي مي باشد.از دو خط باقيمانده بعنوان خطوط انتخاب استفاده مي شود.
اطلاعات از طريق گذرگاه اطلاعات 16 بيتي منتقل مي شوند.مشابه اكثر ريزپردازنده هاي 8 بيتي خطوط مربوط به گذرگاه اطلاعات از هم جدا بوده و در آنها از تسهيم كننده (مالتي پلكسر)استفاده نشده است.
1-8) توليدكنندگان 68000
اين ريزپردازنده در سال 1979 معرفي شده و اكنون به مرحله توليد انبوه رسيده است. سازنده اصلي اين ريزپردازنده موتورولا مي باشد كه اين ريزپردازنده را با نام mc68000 عرضه كرده است. شركتهاي سازنده دست دوم آن كه با استفاده از امتياز اقدام به ساخت نموده اند ،عبارتند از راك ول اينترناشنال، با نام r68000 ،هيتاچي با نام hd68000 ،و موستك با نام mk68000 ، سيگينيتك ـ فيليپس با نام sp68000 ، در اروپا نيز 68000 توسط efcis ساخته شده است كه 65% سهام آن شركت مربوط به تامسون و 35% سهام آن مربوط به كميسيون انرژي اتمي فرانسه مي باشد.
وجود ريزپردازنده‌هاي پرقدرت و تراشه‌هاي كمكي مربوط مديون تكامل سريع فن ساخت مدارهاي مجتمع در اين اواخر مي باشد.با ايجاد ترانزيستورهاي نيمه‌هادي با اكسيدفلز (mos ) بطورمتوسط پيچيدگي مدارات در هر سال دو برابر افزايش يافته است.اين روند تا دهه هفتم ادامه داشت.
در تراشه های ریزپردازنده های اولیه از 5000 تا 10000 ترانزیستور قرار داشت در حالی که تراشه های پردازشگر امروزی شامل 110000 ترانزیستور می باشند. اصلي‌ترين عوامل در اين رشد هرچه مجتمع كردن مدارات و پيشرفت در امر طراحي مدار مي باشد كه باعث بهبود نسبي سرعت و كاهش تلفات قدرت مدارات شده است.
اكنون رشد تراكم و سرعت كار مدارها هر دو سال دو مرتبه مي باشد ، ا ما از نظر قدرت و سرعت اين رشد 4 برابر است.بعلاوه با بهبود فن ساخت قيمت تمام شده محصولات پائين آمده و باعث ارزان شدن توليد مي شود كه اين هم بنوبه خود باعث افزايش درخواست و ايجاد بازارهاي جديد مي‌گردد.
ريزپردازنده 68000 داراي 17 ثبات با كاربرد عمومي 32 بيتي، يك شمارنده برنامه 32 بيتي و يك ثبات حالت 16 بيتي مي‌باشد.
از 8 ثبات با كاربرد عمومي در عمليات مختلف يك بايتي ، يك كلمه اي و با كلمات طولاني ، به عنوان ثبات اطلاعات استفاده مي شود. 9 ثبات با كاربرد عمومي باقيمانده بعنوان ثبات آدرس بكار مي روند، از آنها به عنوان نشانگر پشته و ثبات آدرس مبنا نيز استفاده مي شود. از تمامي اين 17 ثبات با كاربرد عمومي به جاي ثبات شاخص مي توان استفاده كرد.
اگرچه شمارنده برنامه 32 بيتي مي باشد، با اين حال عملاً فقط از 24 بيت كم ارزش آن استفاده مي شود. توسط همين 24 بيت ، 68000 صاحب محدوده آدرس دهي 16 مگابايتي مي گردد.
1-2) مشخصات نرم افزاري
امكانات نرم افزاري ريزپردازنده 68000 قابل تطبيق با هر استانداردي مي باشد. اين مسئله نشان دهنده تبحر بكار گرفته شده در طراحي آن است.
68000 مي تواند با پنج نوع مختلف اطلاعات تك بيتي ،4 بيتي ،8 بيتي،كلمات 16 بيتي و كلمات 32 بيتي كار كند.
اطلاعات 8 بيتي ،هم با آدرسهاي فرد و هم زوج آدرس دهي مي شوند.ولي کلمات 16 بيتي و 32 بيتي فقط توسط آدرسهاي زوج قابل آدرس دهي مي باشند.
مجموعه دستورالعملهاي اين ريزپردازنده شامل 56 دستورالعمل اساسي مي باشد،اما براي دسترسي به عملوندها مي توان از 14 روش مختلف آدرس دهي استفاده كرد.
تركيب 56 دستورالعمل اصلي ،با 14 روش آدرس دهي و 5 نوع اطلاعات باعث مي شود كه 68000 بتواند در حقيقت بيش از 1000 دستورالعمل را اجرا نمايد.
علاوه بر اينها از هر 16 رمز عملياتي موجود در اين ريزپردازنده در شرايط عادي دوتاي آن مورد استفاده قرار نگرفته است ، و شخص استفاده كننده در صورتي كه بخواهد به تعداد دستورالعملها اضافه كند، مي تواند آنها را بكار گيرد.
68000 با فركانسهاي 4 ،6،8 و 10 مگاهرتز كه به ترتيب زمان تناوب پالس ساعت آنها 250 ،167 ،125 و 100 نانو ثانيه مي باشد،مي تواند كار بكند.
سريعترين دستورالعمل در 4 چرخه ساعت انجام مي شود كه درصورت استفاده از ساعت 8 مگاهرتزي زمان لازم 500 نانوثانيه مي‌باشد. كندترين دستورالعمل در 170 چرخه ساعت اجرا می شود که با فرکانس 8 مگاهرتز زمان لازم برای اجرای آن 25.21 میکرو ثانیه خواهد بود.
1-3) حالات عملكرد
براي اينكه ريزپردازنده 68000 بتواند كارها و برنامه هاي متنوعي را انجام دهد، داراي دو حالت عملكردي مي‌باشد، حالت كار براي عمليات معمولي و حالت نظارت براي كنترل سيستم.
در حالت نظارت تمامي دستورالعملهاي ريزپردازنده اجرا مي شوند ولي در حالت كار چند دستورالعمل مخصوص قابل اجرا نمي باشند.
اين خصوصيات باعث تأمين امنيت كار سيستم شده و از دخالت هاي اشتباه آميز استفاده كننده جلوگيري بعمل آورده و از عمليات خطايي كه باعث مختل شدن كار كلي سيستم مي شود ممانعت مي كند.
1-4) امكانات اشكال زدايي داخلي ريزپردازنده
طراحان 68000 امكانات مختلفي را براي عيب يابي و اشكال زدايي در داخل ريزپردازنده در نظر گرفته‌اند. براي مثال هرنوع تلاش براي اجراي دستورالعمل هاي غير مجاز، تخطي از رفتارهاي معمول، آدرس دهي غيرمجاز، تقسيم بر صفر و دستيابي غيرمجاز به حافظه باعث مي شوند كه ريزپردازنده توسط تله به حالت نظارت بيفتد.
درضمن در 68000 براي عمليات اشكال زدايي نرم افزار حالت ردگيري در نظر گرفته شده است. در اين حالت، برنامه قدم به قدم اجرا مي شود.
به اين ترتيب كه بعد از اجراي هر دستورالعمل روال مربوط به تله اجرا مي شود.
1-5) خانه حافظه‌هاي اختصاصي
در ريزپردازنده 68000 فقط تعداد بسيار كمي از خانه حافظه ها بكارهاي مخصوص اختصاص داده شده اند. آدرسهاي مربوط به اولين هشت بايت حافظه به بردار بازنشاندن اختصاص دارند ، كه بايستي در حافظه فقط خواندني قرار گيرند.آدرسهاي مربوط به 1024 بايت اول نيز به بردارهاي وقفه ، بردارهاي خطا و بردارهاي ساير موارد استثنايي اختصاص دارند. اين خانه حافظه ها مي توانند در ram یا rom واقع گردند.
مسلماً بعضي از آدرسهاي حافظه براي آدرس‌دهي وسايل ورودي خروجي سيستم بكار مي روند. به عبارت ديگر 68000 داراي دستورالعملهاي جداگانه برای i/o نمی باشد.
1-6) ساختار وقفه
ساختار وقفه شبيه كامپيوترهاي كوچك مي باشد.در اين ريزپردازنده وقفه هاي برداري با هفت سطح تقدم در نظر گرفته شده اند.وقتيكه 68000 درخواست وقفه قابل قبولي را دريافت مي دارد ، سيگنالي مبني بر پذيرش اين درخواست را به كليه وسايل سيستم مي فرستد.با دريافت اين سيگنال وسيله درخواست كننده وقفه بايستي عدد بردار را وارد گذرگاه اطلاعات نمايد.توسط اين بردار،يكي از 192 روال وقفه اي كه در حافظه قرار دارند ، انتخاب مي شود.
1-7) گذرگاهها و ساير خطوط موجود در تراشه
ريزپردازنده 68000 داراي بدنه 64 پايه اي دو طرفه بوده و به اندازه تقريبي يك فندك معمولي مي باشد.آدرسهاي مربوط به دستورالعملها و اطلاعات از طريق 25 خط آدرس صادر مي شوند. خود گذرگاه آدرس 23 خطي مي باشد.از دو خط باقيمانده بعنوان خطوط انتخاب استفاده مي شود.
اطلاعات از طريق گذرگاه اطلاعات 16 بيتي منتقل مي شوند.مشابه اكثر ريزپردازنده هاي 8 بيتي خطوط مربوط به گذرگاه اطلاعات از هم جدا بوده و در آنها از تسهيم كننده (مالتي پلكسر)استفاده نشده است.
1-8) توليدكنندگان 68000
اين ريزپردازنده در سال 1979 معرفي شده و اكنون به مرحله توليد انبوه رسيده است. سازنده اصلي اين ريزپردازنده موتورولا مي باشد كه اين ريزپردازنده را با نام mc68000 عرضه كرده است. شركتهاي سازنده دست دوم آن كه با استفاده از امتياز اقدام به ساخت نموده اند ،عبارتند از راك ول اينترناشنال، با نام r68000 ،هيتاچي با نام hd68000 ،و موستك با نام mk68000 ، سيگينيتك ـ فيليپس با نام sp68000 ، در اروپا نيز 68000 توسط efcis ساخته شده است كه 65% سهام آن شركت مربوط به تامسون و 35% سهام آن مربوط به كميسيون انرژي اتمي فرانسه مي باشد.