AVR микроконтроллері. Команда беру құрылымы мен жүйесі.

Тақырып: AVR микроконтроллері. Команда беру құрылымы мен жүйесі

 

---

 

 Кіріспе

 

AVR микроконтроллерлері – бұл Atmel (қазіргі Microchip Technology) компаниясы жасаған және RISC (Reduced Instruction Set Computing) архитектурасына негізделген микроконтроллерлер. AVR микроконтроллерлері тиімділігі, жылдамдығы және оңай бағдарламалануы арқасында танымал болып, автоматтандыру жүйелері мен шағын құрылғыларда жиі қолданылады. Бұл микроконтроллерлер 8-биттік, 16-биттік, сондай-ақ 32-биттік нұсқаларда шығарылады, және олар Arduino платформасының негізі ретінде кеңінен танымал.

 

---

 

 AVR микроконтроллерлерінің ерекшеліктері

 

1. RISC архитектурасы: AVR микроконтроллерлері қарапайым командалар жиынтығына ие, олардың көпшілігі бір тактіде орындалады. Бұл жоғары өнімділікті және жылдамдықты қамтамасыз етеді.

 

2. Flash жадыны қолдау: AVR микроконтроллерлері қайта бағдарламаланатын Flash жадыға ие, бұл оларды оңай жаңартуға және дамытуға мүмкіндік береді.

 

3. Кіріктірілген перифериялық құрылғылар: Таймерлер, UART, SPI, I2C және ADC сияқты әртүрлі перифериялық құрылғылар бар, олар микроконтроллерлерді әртүрлі қосымшаларда қолдануға мүмкіндік береді.

 

4. Икемді кіріс-шығыс порттары: Кіріс-шығыс порттары көп, олар әртүрлі функциялар үшін конфигурациялана алады.

 

5. Жоғары сенімділік пен энергия тиімділігі: AVR микроконтроллерлері төмен қуат тұтынуды және сенімді жұмыс істеуді қамтамасыз етеді, бұл оларды батареямен жұмыс істейтін жүйелерде қолдануға қолайлы етеді.

 

---

 

 Команда беру құрылымы мен жүйесі

 

AVR микроконтроллерлерінде командалар беру құрылымы мен жүйесі RISC архитектурасына негізделген, бұл командаларды жылдам және тиімді орындауға мүмкіндік береді.

 

# Командалар беру құрылымы

 

AVR микроконтроллерлерінің командаларының ұзындығы әдетте 16 бит (кейбір күрделі командалар үшін 32 бит) және әр команда келесі ақпаратты қамтиды:

 

1. Операция коды (Opcode): Команданың орындалатын әрекетін анықтайды.

2. Регистр немесе мекенжай өрісі: Операцияға қатысатын регистрлерді немесе жад мекенжайын көрсетеді.

3. Константтар мен мәліметтер өрісі: Кейбір командаларда тұрақты мәндер немесе мәліметтер мәндері болады.

 

# Командалар жиынтығы

 

AVR микроконтроллерлерінің командалар жиынтығы қарапайым, бірақ тиімділікті арттыру үшін жеткілікті. Оларға төмендегідей командалар жатады:

 

1. Мәліметтерді көшіру командалары:

   - MOV: Бір регистрден екіншісіне мәліметтерді көшіреді.

   - LD, ST: Жад пен регистр арасында мәліметтерді тасымалдайды.

  

2. Арифметикалық командалар:

   - ADD: Қосу операциясын орындайды.

   - SUB: Азайту операциясын орындайды.

   - MUL: Көбейту операциясын орындайды (AVR микроконтроллерлерінде аппараттық көбейту қолдау табады).

  

3. Логикалық командалар:

   - AND, OR, EOR: Логикалық операцияларды орындайды.

   - COM, NEG: Бір регистрдің мәліметтерін логикалық терістейді немесе өзгертеді.

  

4. Ауыстыру командалары:

   - LSL, LSR: Биттерді солға немесе оңға жылжытады.

   - ROL, ROR: Биттерді айналдыра жылжытады.

  

5. Басқару командалары:

   - JMP, RJMP: Бағдарламада белгілі бір мекенжайға көшу.

   - CALL, RET: Подпрограммаларды шақыру және қайтару.

   - CP, CPC: Регистрлердегі мәндерді салыстыру.

  

6. Үзу командалары:

   - SEI, CLI: Үзуді қосу немесе өшіру.

   - RETI: Үзуден қайту.

 

# Командалар жүйесі және орындалу

 

AVR микроконтроллерлері құбырлы орындау (pipeline execution) технологиясын қолданады, бұл бір уақытта бірнеше команданы өңдеуге мүмкіндік береді. Әдетте команданың орындалу құрылымы келесі кезеңдерден тұрады:

 

1. Команданы алу (Fetch): Микроконтроллер келесі команданы Flash жадыдан алады.

2. Декодтау (Decode): Басқару құрылғысы команданы декодтап, орындалатын әрекетті анықтайды.

3. Орындау (Execute): АЛҚ команданы орындайды.

4. Жазу (Write Back): Қажет болса, орындалған команданың нәтижесі регистрлерге немесе жадқа жазылады.

 

Бұл жүйе командалардың көпшілігін бір тактіде орындауға мүмкіндік береді, бұл RISC архитектурасының негізгі артықшылығы.

 

---

 

 AVR микроконтроллерлеріндегі командалар беру мысалы

 

AVR микроконтроллерлерінде қарапайым командалар жиынтығы тиімді бағдарламалау мүмкіндігін береді. Мысалы:

 

```assembly

; Екі санды қосу

LDI R16, 0x05   ; R16 регистріне 5 мәнін жүктеу

LDI R17, 0x03   ; R17 регистріне 3 мәнін жүктеу

ADD R16, R17    ; R16 мен R17 регистрлеріндегі мәндерді қосу

```

 

Бұл мысалда LDI командасы тұрақты мәнді регистрге жүктейді, ал ADD командасы екі регистрдегі мәндерді қосады.

 

---

 

 Қорытынды

 

AVR микроконтроллерлері RISC архитектурасына негізделген тиімді және қуатты құрылғылар болып табылады. Олардың команда беру құрылымы мен жүйесі қарапайымдылығымен және өнімділігімен ерекшеленеді, бұл бір тактіде командаларды орындауға мүмкіндік береді. Мұндай тиімді командалар жиынтығы мен құрылымы AVR микроконтроллерлерін автоматтандыру жүйелерінде, тұрмыстық техникада және сандық құрылғыларда қолдануға мүмкіндік береді.