1507

Особенности микропроцессорной техники

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Основные направления в развитии микропроцессорной техники. Системы счисления. Цифровые электронные устройства. Технологии изготовления цифровых интегральных микросхем. Регистры микропроцессора. Аккумулятор, РОН, счетчик команд. Микропроцессорные средства и системы. Понятие дополнительного кода числа.

Русский

2013-01-06

115.57 KB

49 чел.

Раздел 1 Введение

  1.  Основные направления в развитии микропроцессорной техники

В настоящее время существует целый ряд закономерностей развития вычислительной техники, которые позволяют предвидеть и предсказывать основные результаты этого движения. При этом еще академик В.М. Глушков указывал, что существует три глобальные сферы деятельности человека, которые требуют использования качественно различных типов ЭВМ.

Первое направление является традиционным – применение ЭВМ для автоматизации вычислений. Это задачи проектирования новых образцов техники, моделирования сложных процессов, атомная и космическая техника и др. Отличительной особенностью этого направления является наличие хорошей математической основы, заложенной развитием математических наук и их приложений. Первый, а затем и последующие вычислительные машины классической структуры в первую очередь создавались для автоматизации вычислений.

Вторая сфера применения ЭВМ связана с использованием их в системах управления. Она родилась примерно в 60-е годы, когда ЭВМ стали интенсивно внедряться в контуры управления автоматических и автоматизированных систем. Новое применение вычислительных машин потребовало видоизменение их структуры. ЭВМ, используемые в управлении, должны были не только обеспечивать вычисления, но и автоматизировать сбор данных и распределение результатов обработки. Сопряжение с каналами связи потребовало усложнения режимов работы ЭВМ, сделало их многопрограммными и многопользовательскими. Для исключения взаимных помех между программами пользователя в структуру машин были введены средства разграничения: блоки прерывания и приоритетов, блоки защиты и т.п. Для управления разнообразной периферией стали использоваться специальные процессоры ввода-вывода данных или каналы. Именно тогда и появился дисплей как средство оперативного человеко-машинного взаимодействия пользователя с ЭВМ.

Третье направление связано с применением ЭВМ для решения задач искусственного интеллекта. Примеры подобных задач: задачи робототехники, доказательства теорем, машинного перевода текстов с одного языка на другой, планирования с учетом неполной информации, составления прогнозов, моделирования сложных процессов и явлений и т.д.


  1.  Что называется микропроцессором?

Микропроце́ссор — процессор (устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде), реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем (в отличие от реализации процессора в виде электрической схемы на элементной базе общего назначения или в виде программной модели). Первые микропроцессоры появились в 1970-х и применялись в электронных калькуляторах. Вскоре их стали встраивать и в другие устройства, например терминалы, принтеры и различную автоматику. Доступные 8-битные микропроцессоры с 16-битной адресацией позволили в середине 1970-х создать первые бытовые микрокомпьютеры.

Долгое время центральные процессоры создавались из отдельных микросхем (или ИМС- интегральная микросхема) малой и средней интеграции, содержащих от нескольких единиц до нескольких сотен транзисторов (современные микропроцессоры содержат несколько миллионов транзисторов). Разместив целый ЦПУ на одном чипе сверxбольшой интеграции удалось значительно снизить его стоимость. Несмотря на скромное начало, непрерывное увеличение сложности микропроцессоров привело к почти полному устареванию других форм компьютеров, в настоящее время один или несколько микропроцессоров используются в качестве вычислительного элемента во всём, от мельчайших встраиваемых систем и мобильных устройств до огромных мейнфреймов и суперкомпьютеров.

  1.  Что называется контроллером?

Контроллер (англ. controller — регулятор, управляющее устройство) — устройство управления в электронике и вычислительной технике.

Микроконтро́ллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает в себе функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ или ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи.


Раздел 2 Системы счисления

Позиционная система счисления определяется целым числом b > 1, называемым основанием системы счисления. Система счисления с основанием b также называется b-ричной (в частности, двоичной, троичной, десятичной и т. п.).

Целое число x в b-ричной системе счисления представляется в виде конечной линейной комбинации степеней числа b:[1]

, где — это целые числа, называемые цифрами, удовлетворяющие неравенству

Каждая степень в такой записи называется разрядом (позицией), старшинство разрядов и соответствующих им цифр определяется значением показателя степени . Обычно для ненулевого числа требуют, чтобы старшая цифра в b-ричном представлении была также ненулевой.

Если не возникает разночтений (например, когда все цифры представляются в виде уникальных письменных знаков), число записывают в виде последовательности его b-ричных цифр, перечисляемых по убыванию старшинства разрядов слева направо:

Восьмери́чная систе́ма счисле́ния — позиционная целочисленная система счисления с основанием 8. Для представления чисел в ней используются цифры от 0 до 7.

Восьмеричная система часто используется в областях, связанных с цифровыми устройствами. Характеризуется лёгким переводом восьмеричных чисел в двоичные и обратно, путём замены восьмеричных чисел на триплеты двоичных. Ранее широко использовалась в программировании и вообще компьютерной документации, однако в настоящее время почти полностью вытеснена шестнадцатеричной.

Таблица перевода восьмеричных чисел в двоичные

08  = 0002

18  = 0012

28  = 0102

38  = 0112

48  = 1002

58  = 1012

68  = 1102

78  = 1112

Для перевода восьмеричного числа в двоичное необходимо заменить каждую цифру восьмеричного числа на триплет двоичных цифр. Например: 25418 = 010 101 100 001 = 0101011000012

Шестнадцатеричная система счисления — позиционная система счисления по целочисленному основанию 16. Обычно в качестве шестнадцатеричных цифр используются десятичные цифры от 0 до 9 и латинские буквы от A до F для обозначения цифр от 1010 до 1510, то есть (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F).

Широко используется в низкоуровневом программировании и компьютерной документации, поскольку в современных компьютерах минимальной единицей памяти является 8-битный байт, значения которого удобно записывать двумя шестнадцатеричными цифрами. Такое использование началось с системы IBM/360, где вся документация использовала шестнадцатеричную систему, в то время как в документации других компьютерных систем того времени (даже с 8-битными символами, как, например, PDP-11 или БЭСМ-6) использовали восьмеричную систему.

В стандарте Юникода номер символа принято записывать в шестнадцатеричном виде, используя не менее 4 цифр (при необходимости — с ведущими нулями).

Шестнадцатеричный цвет — запись трёх компонент цвета (R, G и B) в шестнадцатеричном виде.

Перевод чисел из шестнадцатеричной системы в десятичную

Для перевода шестнадцатеричного числа в десятичное необходимо это число представить в виде суммы произведений степеней основания шестнадцатеричной системы счисления на соответствующие цифры в разрядах шестнадцатеричного числа.

Например, требуется перевести шестнадцатеричное число 5A3 в десятичное. В этом числе 3 цифры. В соответствии с вышеуказанным правилом представим его в виде суммы степеней с основанием 16:

5A316 = 3·160+10·161+5·162

= 3·1+10·16+5·256 = 3+160+1280 = 144310

Перевод чисел из двоичной системы в шестнадцатеричную и наоборот

Для перевода многозначного двоичного числа в шестнадцатеричную систему нужно разбить его на тетрады справа налево и заменить каждую тетраду соответствующей шестнадцатеричной цифрой. Для перевода числа из шестнадцатеричной системы в двоичную нужно заменить каждую его цифру на соответствующую тетраду из нижеприведенной таблицы перевода.

Например:

0101101000112 = 0101 1010 0011 = 5A316


Раздел 3 Цифровые электронные устройства

1 Что называется цифровой интегральной микросхемой?

Цифровая интегральная микросхема — микросхема, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции.

Цифровая интегральная схема - интегральная схема, в которой приём, преобразование (обработка) и выдача информации, представленной в виде цифрового кода осуществляется посредством дискретных сигналов.

Применяются в микро-ЭВМ, в оборудовании с числовым программным управлением  и т.п. На базе Ц. и. с. строятся как сложные функциональные устройства - микропроцессоры, запоминающие устройства, сумматоры, дешифраторы и др., так и отдельные элементы - импульсные усилители, формирователи, повторители. Ц. и. с., выполняющие одну или неск. логич. функций, наз. логическими ИС; простейшие логич. ИС, реализующие элементарные функции "и", "или", "не". "и - не", "и - или", называются интегральными логическими элементами.


2 Какие бывают технологии изготовления цифровых интегральных микросхем?

Гибридная технология - пассивные элементы изготавливаются методом пленочной технологии. Основой является изоляционная пластина, на которую наносят резистивные изоляционные и проводниковые пленки. В результате получается конструкция в которой в качестве активных элементов используются бескорпусные диоды и транзисторы.

Тонкие пленки наносят методом вакуумного напыления либо другим методом. Толстые пленки наносят методом шелкографии, когда на нужные места подожки наносят обжигаемый слой пасты.

Недостаток: пониженная по сравнению с другими видами ИС плотность упаковки.

Преимущество: простота разработки и наладки новых функциональных схем (применяют для изготовления схем частного применения).

Пленочная технология - характеризуется созданием пленочной ИС, имеющей подложку из диэлектрика (стекло, керамика и др.). Пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, катушки) и соединения между элементами, выполняются в виде различных пленок, нанесенных на подложку. Активные элементы не делаются пленочными, так не удалось добиться их хорошего качества. Подложки представляют собой диэлектрические пластины толщиной 0.5-1.0 мм, тщательно отшлифованные и отполированные.

Совмещенная технология - обладает преимуществом каждой из рассмотренных технологий и исключает свойственные им недостатки. Конструктивной основой является полупроводниковый кристалл в объеме которого формируются все активные элементы (транзисторы, диоды), пассивные элементы создаются методом вакуумного напыления пленок. Изолирующие области получают путем использования пленок SiO2 или с помощью p-n переходов.

Полупроводниковая технология - характеризуется тем, что как активные, так и пассивные элементы схем выполняются внутри объема полупроводника, который и является основой интегральной схемы (ИС). Основным полупроводниковым материалом является кремний, который обладает рядом ценных свойств и за большей, чем у германия ширины запрещенной зоны позволяет получить активные элементы с меньшими обратными токами. Кремневые транзисторы обладают более высоким порогом отпирания, что повышает помехоустойчивость аналоговых и цифровых ИС.

Простота получения изолирующей поверхности достигается путем окисления исходной кремниевой пластинки и образование пленки двуокиси кремния. Эта пленка используется в качестве маски при проведении диффузии в отдельных областях кристалла, а также для создания изоляции между отдельными элементами схемы. Полупроводниковые ИС обеспечивают высокую степень интегрирования.


Раздел 4 Микропроцессоры

  1.  Что называется архитектурой микропроцессора?

Микропроцессор (МП) - это программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненное на одной или нескольких интегральных схемах с высокой степенью интеграции электронных элементов.

Архитектура микропроцессора - включает в себя систему команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы. Выделяют понятия микроархитектуры и макроархитектуры.

Микроархитектура микропроцессора - это аппаратная организация и логическая структура микропроцессора, регистры, управляющие схемы, арифметико-логические устройства, запоминающие устройства и связывающие их информационные магистрали.

Макроархитектура - это система команд, типы обрабатываемых данных, режимы адресации и принципы работы микропроцессора.

  1.  Типовая структура микропроцессора.

Контроллер состоит из двух основных частей: ядра и модуля ввода-вывода. Ядро составляют микропроцессор, системный контроллер (СК) и устройства памяти. В структуре МК микропроцессор играет главную роль: осуществляет арифметическую и логическую обработку данных, поступающих от внешних устройств (ВУ) системы, и совместно с системным контроллером управляет потоками информации между всеми устройствами МС. Связь микропроцессора с объектом управления осуществляется через УСО(устройство связи с объектом) и шины системы: шину данных (ШД), шину адреса (ША) и шину управления (ШУ). Подключение УСО к шине данных системы осуществляется через порты ввода-вывода системы, которые обычно входят в состав интерфейса системы. Интерфейс — совокупность программных и аппаратных средств, обеспечивающих обмен информацией между МП и ВУ.

Информация о состоянии объекта управления передается к МП через УСО и шину данных. По этому же направлению передаются управляющие сигналы от МП к объекту управления. Поэтому шина Данных МК двунаправленная. Ее разрядность обычно соответствует разрядности арифметико-логического устройства (АЛУ) микропроцессора и определяет диапазон представляемых двоичных цифровых чисел.

Для хранения программ и данных ядро МК содержит ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), ПЗУ (постоянное ЗУ) и РПЗУ (репрограммируемое ЗУ). ПЗУ используется только для хранения программ управления. Эти программы, разработанные и отлаженные на специальных средствах отладки, заносятся в ПЗУ в заводских условиях, и пользователь изменять их не может. РПЗУ отличается тем, что пользователь может изменять его содержание, т.е. запрограммировать. ОЗУ используется для хранения данных, необходимых для выполнения основной программы управления. Обращение к ячейкам памяти адресное. Адреса (n — разрядные двоичные числа) выставляются на шину адреса счетчиком команд (PC) микропроцессора. Часть разрядов ША поступает непосредственно к микросхемам памяти, а остальные (старшие) разряды используются в схеме дешифрации ДШ для выборки микросхем памяти. Таким образом, каждый адрес на ША определяет позицию микросхемы и конкретную ячейку внутри нее.

  1.  Регистры микропроцессора. Аккумулятор, РОН, счетчик команд.

Регистры представляют собой сверхоперативное ЗУ небольшой емкости. Ре¬гистры состоят из триггеров и адресуются подобно ячейкам памя¬ти. Число регистров, однако, очень невелико. Данные могут хранить¬ся в регистре до тех пор, пока шина или некоторый блок не будут готовы принять их или пока они не потребуются по программе.

Аккумулятор предназначен для временного хранения операндов или результатов операции. Если один из операндов хранится в аккумуляторе, операция выполняется максимально быстро. Аккумулятор представляет собой регистр, разрядность которого совпадает с разрядностью микропроцессора.

Регистры общего назначения – набор регистров, предназначенных для временного хранения операндов, результатов операций или других данных. Вообще операнды, используемые в команде, могут храниться либо в одном из внутренних регистров микропроцессора, либо в запоминающем устройстве. Естественно, обращение к операндам, находящимся в ЗУ занимает больше времени. Поэтому часто используемые данные, результаты операций, используемые как операнды для последующих операций, хранятся во внутренних регистрах микропроцессора – аккумуляторе или регистрах общего назначения. Количество регистров общего назначение различно у разных МП.

Способ задания местоположения операндов в команде называется методом адресации.

Счетчик команд хранит адрес следующей выполняемой команды. После загрузки очередной команды содержимое счетчика команд увеличивается таким образом, чтобы он опять указывал на следующую команду. При этом предполагается, что в ЗУ команды программы лежат последовательно друг за другом. Если же порядок выполнения команд изменяется (например, при вызове подпрограммы), адрес очередной команды заносится в счетчик команд с помощью специальной команды ветвления.

  1.  Понятие стека. Указатель стека.

Для сохранения адресов возвратов из подпрограмм используется специально организованное запоминающее устройство, называемой стеком. Стек организован по принципу «последним вошел - первым вышел». Стек представляет собой набор ячеек (регистров), но запись нового числа (a) всегда происходит только в самую верхнюю ячейку, называемую «вершиной» стека. При записи следующего числа (b), первое «продвигается» дальше, вглубь стека, вершина стека освобождается и в нее записывается второе число. Запись третьего (c) и последующих чисел происходит аналогично.

Извлечение данных из стека происходит в обратном порядке. Извлечено может быть только число, находящееся в вершине стека. При его извлечении, находящиеся в стеке данные «продвигаются» вверх и следующее число занимает место в вершине стека и может быть извлечено из него.

При программно-аппаратной реализации в качестве стека используется специально выделенная область основного запоминающего устройства. Одна из ячеек этой области является вершиной стека, и ее адрес хранится в специальном регистре микропроцессора, называемом «указатель стека».

Запись данных всегда происходит в ячейку, являющуюся в данный момент вершиной стека, адрес которой хранится в указателе стека.

Раздел 5 Микропроцессорные средства и системы

  1.  Что включают в себя микропроцессорные средства?

Микропроцессорные средства включают: микропроцессорный комплект (МПК) БИС, одно¬кристальные и одноплатные микропроцессоры, микро-ЭВМ, микро¬контроллеры, устройства ввода-вывода, хранения, отображения, коммутации информации и т. п. Основой построения микропроцессорных средств (МПС) являют¬ся: МПК БИС, микросхемы запоминающих устройств и преобра¬зования вида информации (Аналого-цифровой преобразователь, Цифро-аналоговый преобразователь).

Микропроцессорный комплект БИС представляет собой набор электрически совместимых цифровых БИС, достаточный для по¬строения различных МПУ. Существующие МПК БИС можно раз¬делить на две группы: с фиксированной системой команд и сек¬ционированные. Основное различие этих комплектов заключается в способе реализации устройства управления. В первом случае оно реализовано на комбинационных схемах и конструктивно объ¬единено с арифметическим устройством в одной БИС. Это объе¬динение представляет собой функционально законченный микро¬процессор с фиксированной системой команд, ориентированной на широкий круг решаемых задач. Такие МПК обычно имеют стан¬дартные отладочные средства и относительно развитое програм¬мное обеспечение, что обеспечивает их широкое применение.

  1.  Что называется микропроцессорной системой?

Микропроцессорная система (МПС) представляет собой функционально законченное изделие, состоящее из одного или нескольких устройств, главным образом микропроцессорных: микропроцессора и/или микроконтроллера.

Микропроцессорное устройство (МПУ) представляет собой функционально и конструктивно законченное изделие, состоящее из нескольких микросхем, в состав которых входит микропроцессор; оно предназначено для выполнения определённого набора функций: получение, обработка, передача, преобразование информации и управление.

Состав

Генератор тактовых импульсов задаёт временной интервал, который является единицей измерения (квантом) продолжительности выполнения команды. Чем выше частота, тем при прочих равных условиях более быстродействующей является МПС. МП, ОЗУ и ПЗУ — это неотъемлемые части системы. Интерфейсы ввода и вывода — устройства сопряжения МПС с блоками ввода и вывода информации. Для измерительных приборов характерны устройства ввода в виде кнопочного пульта и измерительных преобразователей (АЦП, датчиков, блоки ввода цифровой информации). Устройства вывода обычно представляют цифровые табло, графический экран (дисплей), внешние устройства сопряжения с измерительной системой. Все блоки МПС связаны между собой шинами передачи цифровой информации. В МПС используют магистральный принцип связи, при котором блоки обмениваются информацией по единой шине данных. Количество линий в шине данных обычно соответствует разрядности МПС (количеству бит в слове данных). Шина адреса применяется для указания направления передачи данных — по ней передаётся адрес ячейки памяти или блока ввода-вывода, которые получают или передают информацию в данный момент. Шина управления служит для передачи сигналов, синхронизирующих всю работу МПС.

  1.  Основные блоки микропроцессорной системы

Простейшая однопроцессорная система

МП – микропроцессор; ОЗУ – оперативное запоминающее устройство;

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство; УВв – устройство ввода; УВыв – устройство вывода; ИК – интерфейсный канал; МУ – магистраль управления; МД – магистраль данных; МА – магистраль адреса; ИВВ – интерфейс ввода – вывода; БСИМ – блок сопряжения с исполнительными механизмами; ИМ – исполнительные механизмы; Д – датчики информации состояния объекта управления; БСД – блок сопряжения с датчиками.

МП – центральный и главный элемент любой микропроцессорной системы, в котором сосредоточены все функции обработки информации и выработки управляющих воздействий.

ОЗУ – устройство, предназначенное для хранения отдельных программ работы микропроцессорной системы(МПС), хранения данных для обработки информации, записи и хранения результатов выполняемых функций, а так же для хранения любой другой оперативной информации для работы МПС в данный момент. По быстродействию ОЗУ должно быть близко к МП для того чтобы осуществлять эффективный обмен данными между МП и ОЗУ и наоборот. ОЗУ – является энергозависимым устройством. При отключении питания от МПС информация из ОЗУ теряется.

ПЗУ – устройство, предназначенное для хранения всех основных программ работы МПС, а так же различных констант и другой постоянной информации, необходимой при работе МПС. По быстродействию ПЗУ должно быть близко к МП. ПЗУ – является энергонезависимым устройством и поэтому при отключении электропитания от МПС информация сохраняется полностью.

УВв – устройство ввода необходимо для ввода в МПС дополнительной информации из окружения данной МПС. УВв может быть несколько десятков или сотен. Данное количество будет зависеть от сложности МПС и возможностей МП.

УВыв – необходимы для вывода преобразованной информации в узлы и блоки окружающие МПС, а так же оператору. Данных устройств может быть очень много. УВыв имеют ИК.

ИК – устройство, предназначенное для преобразования информации, поступающей с шин МПС в информацию удобную как для работы устройств вывода так и внешних устройств. ИКвывода – предназначен для преобразования информации, поступающей от внешних устройств и преобразования этой информации в удобную для работы МПС.

Магистраль – блок, предназначенный для связи блоков и устройств в единое целое. Физически магистраль представляет собой набор электрических проводников из определенного материала и сечений.

Все выше рассмотренные блоки с системой шин представляют собой микроЭВМ.

Контур управления:

ИВв – при вводе информации в контур, служит для преобразования информации с шин МПС в форму удобную для работы БСИМ.

БСИМ – предназначен для преобразования информации поступающей на его вход в электрические сигналы, необходимые для работы исполнительных механизмов.

Объект управления – изменяет состояние объекта.

Изменение объекта фиксируется датчиками Д, которых может быть очень много и которые передают эту информацию в виде электрических сигналов в БСД.

БСД – преобразует информацию из Д в информацию удобную для работы ИВв.

ИВв – преобразует информацию из БСД в информацию, удобную для работы МПС. Эта информация попадает на шины МПС и обрабатывается МП по особой программе в результате которой МП выдает управляющее воздействие для исполнительных механизмов.

Раздел 6 Представление информации в МПС

  1.  Понятие обратного кода числа.

Обратный код — метод вычислительной математики, позволяющий вычесть одно число из другого, используя только операцию сложения над натуральными числами. В настоящее время этот метод используется в основном в современных компьютерах.

Обратный код положительного числа совпадает с прямым, а при записи отрицательного числа все его цифры, кроме цифры, изображающей знак числа, заменяются на противоположные (0 заменяется на 1, а 1 – на 0).

Описание

Обратный n-разрядный двоичный код положительного целого числа состоит из одноразрядного кода знака (двоичной цифры 0), за которым следует n − 1 разрядное двоичное представление модуля числа (обратный код положит. числа совпадает с прямым кодом).

Пример. Двоичное представление числа 5 есть 101. Обратный 10-разрядный двоичный код числа +5 есть 0000000101.

Обратный n-разрядный двоичный код отрицательного целого числа состоит из одноразрядного кода знака (двоичной цифры 1), за которым следует n − 1 разрядное двоичное число, представляющее собой инвертированное n − 1 разрядное представление модуля числа.

Пример. Двоичное представление числа 5 есть 101, его 10-разрядное двоичное представление — 0000000101. Обратный 10-разрядный двоичный код числа −5 есть 1111111010.

Имеются два обратных кода числа 0: «положительный нуль» 0000000000 и «отрицательный нуль» 1111111111 (приведены 10-разрядные обратные коды).

n-разрядный обратный код позволяет представить числа от − 2n − 1 + 1 до + 2n − 1 − 1.

Двоичный пример

Метод дополнений в основном используется в двоичной системе счисления (с основанием 210), так как в двоичной системе счисления дополнение до 1 очень просто получается инверсией каждого бита (заменой '0' на '1' и наоборот) и добавлением единицы, дополнение до 2 может быть сделано симуляцией единицы переноса в младший значащий бит.

Например: вычитание 10010 — 2210

011001002  (x, равное десятичным 10010)

- 000101102  (y, равное десятичным 2210)

в методе дополнений становится суммой:

011001002  (x)

+ 111010012  (первое дополнение y)

+               12  (чтобы получить второе дополнение)

==========

1010011102

После отброса левой (старшей, начальной) «1» получается ответ: 010011102 (равное десятичным 7810).

  1.  Понятие дополнительного кода числа.

Дополнительный код-наиболее распространённый способ представления отрицательных целых чисел в компьютерах. Он позволяет заменить операцию вычитания на операцию сложения и сделать операции сложения и вычитания одинаковыми для знаковых и беззнаковых чисел, чем упрощает архитектуру ЭВМ. Дополнительный код отрицательного числа можно получить инвертированием модуля двоичного числа (первое дополнение) и прибавлением к инверсии единицы (второе дополнение). Либо вычитанием числа из нуля.

Дополнительный код (дополнение до 2) двоичного числа получается добавлением 1 к младшему значащему разряду его дополнения до 1.

Дополнение до 2 двоичного числа определяется как величина полученная вычитанием числа из наибольшей степени двух (из 2N для N-битного дополнения до 2).

При записи числа в дополнительном коде старший разряд является знаковым. Если его значение равно 0, то в остальных разрядах записано положительное двоичное число, совпадающее с прямым кодом. Если число, записанное в прямом коде, отрицательное, то все разряды числа инвертируются, а к результату прибавляется 1. К получившемуся числу дописывается старший (знаковый) разряд, равный 1.

Двоичное 8-ми разрядное число со знаком в дополнительном коде может представлять любое целое в диапазоне от −128 до +127. Если старший разряд равен нулю, то наибольшее целое число, которое может быть записано в оставшихся 7 разрядах равно 27 − 1, что равно 127.

Преобразование дополнительного кода

Преобразование числа из прямого кода в дополнительный осуществляется по следующему алгоритму.

Если число, записанное в прямом коде, положительное, то к нему дописывается старший (знаковый) разряд, равный 0, и на этом преобразование заканчивается;

Если число, записанное в прямом коде, отрицательное, то все разряды числа инвертируются, а к результату прибавляется 1. К получившемуся числу дописывается старший (знаковый) разряд, равный 1.

Пример. Преобразуем отрицательное число −5, записанное в прямом коде, в дополнительный. Прямой код числа −5, взятого по модулю: 101

Инвертируем все разряды числа, получая таким образом обратный код: 010

Добавим к результату 1: 011

Допишем слева знаковый единичный разряд: 1011

Для обратного преобразования используется тот же алгоритм. А именно: 1011

Инвертируем все разряды числа, получая таким образом обратный код: 0100

Добавим к результату 1 и проверим, сложив с дополнительным кодом

0101 + 1011 = 10000, пятый разряд выбрасывается.

Дополнительный код для десятичных чисел

Тот же принцип можно использовать и в компьютерном представлении десятичных чисел: для каждого разряда цифра X заменяется на 9−X, и к получившемуся числу добавляется 1. Например, при использовании четырёхзначных чисел −0081 заменяется на 9919 (9919+0081=0000, пятый разряд выбрасывается).


  1.  Приведите несколько примеров представления отрицательных чисел.

Прямой код (представление в виде абсолютной величины со знаком) двоичного числа – это само двоичное число, в котором все цифры, изображающие его значение, записываются как в математической записи, а знак числа записывается двоичной цифрой.

Пример: Дано число X=-1011. Перевести число в прямой код.

Xпр=1.1011

Обратный код положительного числа совпадает с прямым, а при записи отрицательного числа все его цифры, кроме цифры, изображающей знак числа, заменяются на противоположные (0 заменяется на 1, а 1 – на 0).

Пример: Дано число X=-1011. Перевести число в обратный код.

Хобр=1.0100

Дополнительный код (представление в виде дополнения до двойки) положительного числа совпадает с прямым, а код отрицательного числа образуется как результат увеличения на 1 его обратного кода.

Иными словами, процесс построения дополнительного кода отрицательного числа можно разбить на два этапа – построить обратный код, а затем из него построить дополнительный.

Пример: Дано число X=-1011. Перевести в дополнительный код.

Хдоп=1.0101


Раздел 7 Запоминающие устройства МПС

  1.  Укрупненная классификация и показатели качества ЗУ.

Запоминающее устройство — носитель информации, предназначенный для записи и хранения данных. В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям.

По устойчивости записи и возможности перезаписи ЗУ делятся на:

• Постоянные ЗУ (ПЗУ), содержание которых не может быть изменено конечным пользователем (например, BIOS). ПЗУ в рабочем режиме допускает только считывание информации.

• Записываемые ЗУ (ППЗУ), в которые конечный пользователь может записать информацию только один раз (например, CD-R).

• Многократно перезаписываемые ЗУ (ПППЗУ) (например, CD-RW).

• Оперативные ЗУ (ОЗУ) обеспечивают режим записи, хранения и считывания информации в процессе её обработки. Быстрые, но дорогие ОЗУ (SRAM) строят на триггерах, более медленные, но дешёвые разновидности ОЗУ — динамические ЗУ (DRAM) строят на конденсаторах. В обоих видах ЗУ информация исчезает после отключения от источника питания (например, тока).

По типу доступа ЗУ делятся на:

• Устройства с последовательным доступом (например, магнитные ленты).

• Устройства с произвольным доступом (RAM) (например, оперативная память).

• Устройства с прямым доступом (например, жесткие магнитные диски).

• Устройства с ассоциативным доступом (специальные устройства, для повышения производительности БД)

По геометрическому исполнению:

• дисковые (магнитные диски, оптические, магнитооптические);

• ленточные (магнитные ленты, перфоленты);

• барабанные (магнитные барабаны);

• карточные (магнитные карты, перфокарты, флэш-карты, и др.)

• печатные платы (карты DRAM, картриджи).

По физическому принципу:

• перфорационные (с отверстиями или вырезами)

• перфокарта

• перфолента

• с магнитной записью

• ферритовые сердечники

• магнитные диски

• Жёсткий магнитный диск

• Гибкий магнитный диск

• магнитные ленты

• магнитные карты

• оптические

• CD

• DVD

• HD-DVD

• Blu-ray Disc

магнитооптические:

• CD-ROM

• использующие накопление электростатического заряда в диэлектриках (конденсаторные ЗУ, запоминающие электроннолучевые трубки);

• использующие эффекты в полупроводниках (EEPROM, флэш-память)

• звуковые и ультразвуковые (линии задержки);

• использующие сверхпроводимость (криогенные элементы);

По форме записанной информации выделяют аналоговые и цифровые запоминающие устройства.

Цифровые запоминающие устройства — устройства, предназначенные для записи, хранения и считывания информации, представленной в цифровом коде.

Запоминающие устройства имеют ряд показателей качества — характеристик, основными из которых являются следующие:

1. Информационная емкость – может быть равна 1 биту (одна триггерная схема), однако может достигать значения и 1012 бит. В вычислительных машинах емкость ЗУ часто выражается в количестве байтов

2. Время выборки — это временной интервал, определяемый от момента выдачи запроса передачи из памяти до момента появления требуемой информации на выходе ЗУ.

3. Цикл обращения (цикл памяти) — это минимально допустимый интервал времени между двумя последовательными обращениями к ЗУ.

4. Стоимость 1 бита – определяется отношением стоимости ЗУ к ее информационной емкости. Она существенно зависит от типа памяти и ее емкости.

5. Возможность изменения информации – данное качество характеризует тип памяти; в триггерной схеме изменение информации осуществляется довольно просто, однако информацию, хранимую в постоянном ЗУ, изменить нельзя.

6. Способ выборки информации – различают устройства памяти: с произвольной (непосредственной) и последовательной выборкой. В памяти с произвольной выборкой время выборки, а следовательно, и цикл обращения не зависят от адреса (места расположения) информации.

7. Сохранение информации при отключении напряжения питания – в некоторых видах ЗУ (например, триггерной схеме) происходит потеря записанной информации при отключении (прерывании) напряжения питания. Такие устройства называют энергозависимыми ЗУ. В энергонезависимых ЗУ (например, ферритовая память) информация при отключении напряжения питания сохраняется.

  1.  Понятие динамических ЗУ.

В динамических ЗУ последовательность сигналов, соответствующая фиксируемому коду, циркулирует по замкнутому контуру, включающему линию задержки.

В отличие от статических ЗУ, которые хранят информацию пока включено питание, в динамических ЗУ необходима постоянная регенерация информации, однако при этом для хранения одного бита в ДОЗУ нужны всего 1-2 транзистора и накопительный конденсатор (рис. 4.8).

  1.  

Рис. 4.8. Запоминающая ячейка динамического ОЗУ.

Рис. 4.9. Конструкция ячейки ДОЗУ (см. рис. 4.8, слева). Снизу представлен разрез схемы по линии А-А.

В микросхеме динамического ОЗУ есть один или несколько тактовых генераторов и логическая схема для восстановления информационного заряда, стекающего с конденсатора. Чаще ДОЗУ выполнены в виде ЗУ с произвольной выборкой, которые имеют ряд преимуществ перед ЗУ с последовательным доступом.

  1.  

  1.  Понятие статических ЗУ.

Статическими называются такие ЗУ, в которых состояния носителя, соответствующие записанному коду, неподвижны относительно носителя информации. К статическим относятся и все ЗУ с неразрушающим считыванием. Статические ЗУ могут быть устойчивыми, в которых информация сохраняется неограниченно долго (например, ЗУ на триггерах, ферритовых сердечниках), и неустойчивыми, обладающими свойством самопроизвольного стирания информации (конденсаторные ЗУ, запоминающие электроннолучевые трубки).

Элементарной ячейкой статического ОЗУ с произвольной выборкой является триггер на транзисторах Т1-Т4 (рис. 3.7) с ключами Т5-Т8 для доступа к шине данных. Причем Т1-Т2 - это нагрузки, а Т3-Т4 - нормально закрытые элементы.

Рис. 4.7. Ячейка статического ОЗУ.

Сопротивление элементов Т1-Т2 легко регулируется в процессе изготовления транзистора путем подгонки порогового напряжения при легировании поликремниевого затвора методом ионной имплантации. Количество транзисторов (6 или 8) на ячейку зависит от логической организации памяти микропроцессорной системы.

  1.  

  1.  Определение и виды ПЗУ.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — энергонезависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных. Информация в ПЗУ записывается на заводе-изготовителе микросхем памяти, и в дальнейшем изменить ее значение нельзя. В ПЗУ хранится критически важная для компьютера информация, которая не зависит от выбора операционной системы. Программируемое ПЗУ отличается от обычного тем, что информация на этой микросхеме может стираться специальными методами (например, лучами ультрафиолета), после чего пользователь может повторно записать на нее информацию. Эту информацию будет невозможно удалить до следующей операции стирания информации.

Виды ПЗУ:

  1.  По типу исполнения
  2.  Массив данных совмещён с устройством выборки (считывающим устройством), в этом случае массив данных часто в разговоре называется «прошивка»:
  3.  микросхема ПЗУ;
  4.  Один из внутренних ресурсов однокристальной микроЭВМ (микроконтроллера), как правило FlashROM.
  5.  Массив данных существует самостоятельно:
  6.  Компакт-диск;
  7.  перфокарта;
  8.  перфолента;
  9.  монтажные «1» и монтажные «0».
  10.  По разновидностям микросхем ПЗУ
  11.  По технологии изготовления кристалла:
  12.  ROM — (англ. read-only memory, постоянное запоминающее устройство), масочное ПЗУ, изготавливается фабричным методом. В дальнейшем нет возможности изменить записанные данные.
  13.  PROM — (англ. programmable read-only memory, программируемое ПЗУ (ППЗУ)) — ПЗУ, однократно «прошиваемое» пользователем.
  14.  EPROM — (англ. erasable programmable read-only memory, перепрограммируемое ПЗУ (ПППЗУ)). Например, содержимое микросхемы К537РФ1 стиралось при помощи ультрафиолетовой лампы. Для прохождения ультрафиолетовых лучей к кристаллу в корпусе микросхемы было предусмотрено окошко с кварцевым стеклом.
  15.  EEPROM — (англ. electrically erasable programmable read-only memory, электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ). Память такого типа может стираться и заполняться данными несколько десятков тысяч раз. Используется в твердотельных накопителях. Одной из разновидностей EEPROM является флеш-память (англ. flash memory).
  16.  ПЗУ на магнитных доменах, например К1602РЦ5, имело сложное устройство выборки и хранило довольно большой объём данных в виде намагниченных областей кристалла, при этом не имея движущихся частей (см. Компьютерная память). Обеспечивалось неограниченное количество циклов перезаписи.
  17.  NVRAM, non-volatile memory — «неразрушающаяся» память, строго говоря, не является ПЗУ. Это ОЗУ небольшого объёма, конструктивно совмещённое с батарейкой. В СССР такие устройства часто назывались «Dallas» по имени фирмы, выпустившей их на рынок. В NVRAM современных ЭВМ батарейка уже конструктивно не связана с ОЗУ и может быть заменена.
  18.  По виду доступа:
  19.  С параллельным доступом (parallel mode или random access): такое ПЗУ может быть доступно в системе в адресном пространстве ОЗУ. Например, К573РФ5;
  20.  С последовательным доступом: такие ПЗУ часто используются для однократной загрузки констант или прошивки в процессор или ПЛИС, используются для хранения настроек каналов телевизора, и др. Например, 93С46, AT17LV512A.
  21.  По способу программирования микросхем (записи в них прошивки):
  22.  Непрограммируемые ПЗУ;
  23.  ПЗУ, программируемые только с помощью специального устройства — программатора ПЗУ (как однократно, так и многократно прошиваемые). Использование программатора необходимо, в частности, для подачи нестандартных и относительно высоких напряжений (до +/- 27 В) на специальные выводы.
  24.  Внутрисхемно (пере)программируемые ПЗУ (ISP, in-system programming) — такие микросхемы имеют внутри генератор всех необходимых высоких напряжений, и могут быть перепрошиты без программатора и даже без выпайки из печатной платы, программным способом.

Раздел 8 Обмен информацией в микропроцессорной системе

  1.  Понятие интерфейса.

Интерфе́йс (от англ. interface — поверхность раздела, перегородка) — совокупность средств, методов и правил взаимодействия (управления, контроля и т. д.) между элементами системы. Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных информационных систем. Если интерфейс какого-либо объекта (персонального компьютера, программы, функции) не изменяется (стабилен, стандартизирован), это даёт возможность модифицировать сам объект, не перестраивая принципы его взаимодействия с другими объектами (например, научившись работать с одной программой под Windows, пользователь с легкостью освоит и другие — потому, что они имеют одинаковый интерфейс). В вычислительной системе взаимодействие может осуществляться на пользовательском, программном и аппаратном уровнях. Соответственно, согласно этому, интерфейсы могут существовать как:

  1.  Способ взаимодействия физических устройств («Железный» интерфейс, чаще всего речь идёт о компьютерных портах)
  2.  Сетевой интерфейс
  3.  Сетевой шлюз — устройство, соединяющее локальную сеть с более крупной, например, Интернетом
  4.  Шина (компьютер)
  5.  Способ взаимодействия виртуальных устройств (Программный интерфейс)
  6.  Интерфейс функции
  7.  Интерфейс программирования приложений (API): набор стандартных библиотечных методов, которые программист может использовать для доступа к функциональности другой программы.
  8.  Вызов удалённых процедур
  9.  COM-интерфейс
  10.  Интерфейс (ООП)
  11.  Способ взаимодействия человек-машина (Интерфейс пользователя)

  1.  Понятие трех-шинной организации связей. Шины адресов и данных.

Шинная система – физическая группа линий передачи сигналов, имеющих схожие функции в рамках системы. В ЭВМ с трёхшинной организацией присутствуют 3 шины:

  1.  Шина адреса (ША) – предназначена для выполнения адресации элементов МПС
  2.  Шина данных (ШД) – предназначена для обмена информацией (данными) между элементами МПС;
  3.  Шина управления (ШУ) – предназначена для управления элементами МПС

Посредством трёхшинной организации ЭВМ можно: 1) Записывать данные в память системы; 2) Читать данные из памяти системы; 3) Записывать данные в устройства ввода-вывода; 4) Читать данные из устройства ввода-вывода; 5) Выполнять обмен с внутренними элементами ЦП.

Шина адреса — компьютерная шина, используемая центральным процессором или устройствами, способными инициировать сеансы DMA (произвольный доступ к памяти), для указания физического адреса слова ОЗУ (или начала блока слов), к которому устройство может обратиться для проведения операции чтения или записи.

Основной характеристикой шины адреса является её ширина в битах. Ширина шины адреса определяет объём адресуемой памяти. Например, если ширина адресной шины составляет 20 бит, и размер слова памяти равен одному байту (минимальный адресуемый объём данных), то объём памяти, который можно адресовать, составляет 220 = 1 048 576 байтов (1 МБайт). С точки зрения архитектуры микропроцессорной системы, если не применять мультиплексирование, каждый бит в адресе определяется одним проводником (линией) в магистрали, по которой передаётся адрес. Если рассматривать структурную схему микро-ЭВМ, то адресная шина активизирует работу всех внешних устройств по команде, которая поступает с микропроцессора.

Шина данных — шина, предназначенная для передачи информации. В компьютерной технике принято различать выводы устройств по назначению: одни для передачи информации (например, в виде сигналов низкого или высокого уровня), другие для сообщения всем устройствам (шина адреса) — кому эти данные предназначены. На материнской плате шина может также состоять из множества параллельно идущих через всех потребителей данных проводников (например, в архитектуре IBM PC). Основной характеристикой шины данных является её ширина в битах. Ширина шины данных определяет количество информации, которое можно передать за один такт.


  1.  Шина управления.

Шина управления  — компьютерная шина, по которой передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию (считывание или запись информации из памяти) нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т. д. Эта шина не имеет такой же четкой структуры, как шина данных или шина адреса. В шину управления условно объединяют набор линий, передающих различные управляющие сигналы от процессора на все периферийные устройства и обратно.

В шине управления присутствуют линии, передающие следующие сигналы:

  1.  RD — сигнал чтения;
  2.  WR — сигнал записи;
  3.  MREQ — сигнал, инициализации устройств памяти (ОЗУ или ПЗУ);
  4.  IORQ -сигнал инициализации портов ввода/вывода.
  5.  READY — сигнал готовности, RESET — сигнал сброса.


  1.  Синхронная и асинхронная передача данных.

Передача данных по каналу связи осуществляется либо байтами, либо массивом байтов, называемым кадром. Передача данных осуществляется последовательно, бит за битом. Для того чтобы приемник устанавливал приходящие биты на временные позиции, соответствующие их отправке из передатчика, он должен "знать" моменты их прихода, т.е. синхронизоваться с приходящими битами данных. Для исключения этого явления средства, передающие биты на уровне канала, всегда поддерживают побитовую синхронизацию между приемником и передатчиком, а при передаче более длинных сообщений необходимо поддерживать также и синхронизацию по кадрам.

Асинхронная передача.

При плохом качестве линии связи (обычно это относится к телефонным коммутируемым каналам) для удешевления аппаратуры и повышения надежности передачи данных вводят средства синхронизации на уровне байт. При передаче данных отдельными байтами осуществляется только побитовая синхронизация, синхронизация по кадрам не ведется. Такой режим работы называется асинхронным или старт-стопным (клавиатура дисплея или другого терминального устройства). В асинхронном режиме каждый байт данных сопровождается специальными сигналами "старт" и "стоп". Назначение этих сигналов состоит в том, чтобы известить приемник о приходе данных и чтобы дать приемнику достаточно времени для выполнения некоторых функций, связанных с синхронизацией, до поступления следующего байта. Сигнал "старт" имеет продолжительность в один тактовый интервал, а сигнал "стоп" может длиться один, полтора или два такта. Асинхронным описанный режим называется потому, что каждый принятый байт может быть смещен во времени относительно переданного байта на случайный промежуток времени.

Синхронная передача.

При синхронном режиме передачи пользовательские данные собираются в кадр, который предваряется байтами синхронизации. Байт синхронизации - это байт, содержащий заранее известный код, например 0111110, который оповещает приемник о приходе кадра данных (флаг). При его получении приемник должен войти в байтовый синхронизм с передатчиком. Иногда применяется несколько синхробайт для обеспечения более надежной синхронизации приемника и передатчика. Так как при передаче длинного кадра у приемника могут появиться проблемы с синхронизацией бит, то в этом случае используются самосинхронизирующие коды.

Асинхронная передача является более простой, но заставляет сопровождать каждый байт сигналами "Старт - Стоп ", что снижает эффективность использования канала и, в конечном итоге, скорость передачи по каналу информационных битов.

Синхронная передача позволяет более эффективно использовать пропускную способность канала, но требует более сложной аппаратуры. Обычно она используется на хороших каналах для передачи данных с высокой скоростью - 64 кбит/с до 8192кбит/с и выше.

  1.  Передача данных с прерыванием программы.

В этом случае обмен может осуществляться в произвольных точках программы, определяемых внешним устройством. При поступлении от внешнего устройства запроса на обмен, микропроцессор прерывает выполняемую программу и переходит на реализацию специальной программы, предназначенной для обработки этого события. Конечно, микропроцессор предварительно должен выполнить операции, обеспечивающие возможность продолжения реализации прерванной программы после завершения, осуществления программы обработки запроса прерывания. Выполняемая по запросу прерывания программа должна завершаться командой возврата к прерванной программе. МП обладает возможностью запрещать прерывание, когда это необходимо.

Для повышения производительности системы необходимо освободить процессор от опроса готовности ВУ к обмену. Эта функция возлагается на контроллер ВУ. Получив команду ввода-вывода, контроллер передает ее ВУ и следит за временем ее выполнения. По окончании действий в ВУ (печати, перфорации и т.п.) контроллер посылает в процессор сигнал требования прерывания, получает очередную команду ввода-вывода, и действия повторяются. Процессор в этом случае, передав в контроллер очередную команду ввода-вывода, может выполнять другие операции основной программы до получения сигнала требования прерывания. ЦП, закончив выполнение текущей, считанной из памяти команды, определяет адрес ВУ, выставившего запрос на прерывание, гасит этот запрос сигналом подтверждения прерывания, сохраняет в стеке содержимое своих основных регистров, соответствующее текущему состоянию программы, и передает управление подпрограмме обработки прерывания данного ВУ. По завершению подпрограммы ЦП восстанавливает контекст прерванной программы из стека и возобновляет ее выполнение.

В программе вывода текста в этом случае отсутствует ожидание готовности ВУ. Как только устройство печати готово принять очередной символ, контроллер вырабатывает требование прерывания, а затем продолжает ее выполнение. Простои процессора сокращаются, так как, пока ВУ не готово, процессор выполняет другие команды основной программы, т.е. процессор и ВУ в это время работают параллельно.

Ввод-вывод по прерываниям, однако, требует усложнения аппаратных средств – создания системы прерываний.

  1.  

6 Режим прямого доступа в память.

Для пересылки больших объемов данных и с большой скоростью используется прямой доступ к памяти (ПДП, DMA). ПДП предполагает наличие на системной шине дополнительного модуля — контроллера прямого доступа к памяти (КПДП), способного брать на себя функции ЦП по управлению системной шиной и обеспечивать прямую пересылку информации между ОЗУ и ВУ, без участия центрального процессора. Если ЦП желает прочитать или записать блок данных, он должен поместить в КПДП информацию, характеризующую предстоящее действие. Этот процесс называется инициализацией КПДП и включает в себя занесение в контроллер следующих четырех параметров:

  1.  вид запроса (чтение или запись);
  2.  адрес устройства ввода/вывода;
  3.  адрес начальной ячейки блока памяти, откуда будет извлекаться или куда будет вводиться информация;
  4.  количество слов, подлежащих чтению или записи.

За исходную точку обычно принимается память, поэтому под чтением понимают считывание данных из ОЗУ и выдачу их на устройство вывода, а под записью — прием данных из устройства ввода и запись в ОЗУ.

Адрес начальной ячейки записывается в регистр адреса (РА) контроллера. После передачи каждого слова содержимое РА автоматически увеличивается на единицу, то есть в нем формируется адрес следующей ячейки ОЗУ.

Размер блока в словах заносится в счетчик данных (СД) контроллера. После передачи каждого слова содержимое СД автоматически уменьшается на единицу. Нулевое состояние СД свидетельствует о том, что пересылка блока данных завершена.

После инициализации КПДП выдает в ЦП сигнал «Запрос ПДП». В ответ ЦП освобождает шины адреса и данных, а также те линии шины управления, по которым передаются сигналы, управляющие операциями на шине адреса (ША) и шине данных (ШД). Далее ЦП отвечает контроллеру сигналом «Подтверждение ПДП». Этот сигнал делегирует контроллеру права на управление системной шиной. Теперь можно приступать к пересылке данных.

Процесс пересылки каждого слова блока состоит из двух этапов.

При выполнении операции чтения (ОЗУ —>ВУ) на первом этапе КПДП выставляет на шину адреса содержимое РА (адрес текущей ячейки ОЗУ) и формирует сигнал чтения. Считанное из ячейки ОЗУ слово помещается на шину данных. На втором этапе КПДП выставляет сигнал записи для выбранного при инициализации устройства вывода, обеспечивая передачу слова с шины данных в ВУ.

При записи (ВУ —> ОЗУ) КПДП сначала выдает сигнал чтения для выбранного при инициализации ВУ, по которому введенные данные поступают на шину данных. На втором этапе КПДП помещает на ША адрес ячейки ОЗУ, куда должны быть занесены данные, и выдает сигнал ЗпЗУ. Этим сигналом информация с ШД записывается в ячейку ОЗУ. Как при чтении, так и при записи происходит буферизация пересылаемого слова в регистре данных (РД) контроллера. Это необходимо для компенсации различий в скорости работы ОЗУ и ВУ.

Когда пересылка завершена (СД=0), КПДП снимает сигнал «Запрос ПДП». ЦП снимает сигнал «Подтверждение ПДП» и вновь берет на себя управление системной шиной.


Раздел 9 ПО МПСиС

  1.  Классификация команд микропроцессора.

Команды передачи данных обеспечивают простую пересылку информации без выполнения каких-либо операций обработки. Команды этой группы делятся на команды связанные с обращением к памяти, команды обращения к регистрам и команды ввода вывода.

Команды управления, часто называемые командами перехода, позволяют выполнять различные действия в соответствии со значением внешних сигналов или выработанных внутри системы условий. Все команды управления делятся на команды безусловного и условного перехода.

Команды обработки данных  делятся на арифметические и логические.

  1.  Краткий обзор команд передачи данных.

Повинуясь этим командам, процессор копирует содержимое одной ячейки памяти в другую, копирует информацию из ячейки памяти в один из внутренних регистров либо, наоборот, копирует содержимое регистра в одну из ячеек памяти. Кроме того, данные могут копироваться из одного внутреннего регистра в другой.

Следует заметить, что так называемые команды перемещения, по сути, не перемещают данные из ячейки в ячейку, а копируют эти данные. Операция перемещения в цифровой технике бессмысленна. В общепринятом понимании переместить означает убрать из одного места и поместить в другое. Но убрать данные из ячейки памяти невозможно!

Примеры команд:

- передача операнда из одного регистра в другой (оператор MOV);

- загрузка регистра или косвенно адресованной ячейки памяти вторым байтом команды (оператор MVI);

- загрузка регистровой пары вторым и третьим байтами команды (оператор LXI);

- пересылка данных из регистровой пары в стек и обратно (операторы PUSH, POP);

  1.  Краткий обзор команд управления.

Для того, чтобы программа имела возможность менять алгоритм своей работы в зависимости от какого-либо условия, в системе команд любого процессора обязательно имеются команды передачи управления. К командам передачи управления относятся следующие виды команд:

-  команды условного перехода;

-  команды безусловного перехода;

-  команды перехода к подпрограмме;

- команды организации цикла.

  1.  Краткий обзор команд обработки данных.

Именно в эту группу входят команды сложения, вычитания, логических преобразований, сдвига разрядов и т. д.

Арифметические:

-сложение содержимое двух регистров или регистра и ячейки памяти;

-вычитание из содержимого ячейки памяти или регистра содержимое регистра;

-инкремент содержимого ячейки памяти или регистра (указателя стека, индексного регистра, аккумулятора);

-декремент содержимое ячейки памяти или регистра;

-сдвиг содержимого ячейки памяти или регистра (обычно на один разряд).

В подгруппу логических команд входят команды:

И (ЛОГИЧЕСКОЕ УМНОЖИТЬ), по которой выполняется операция конъюнкции между содержимым двух регистров или ячейки памяти и регистра;

ИЛИ (ЛОГИЧЕСКИ СЛОЖИТЬ), по которой выполняется операция дизъюнкции между содержимым двух регистров или ячейки памяти и регистра;

НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, по которой производится поразрядное сравнение содержимого двух регистров или ячейки памяти и регистра;

ИНВЕРСИЯ содержимого ячейки памяти или регистра.


  1.  Понятие машинного языка, языка высокого уровня и ассемблера.

МАШИННЫЙ ЯЗЫК, язык программирования для представления программ в форме, допускающей их непосредственную реализацию аппаратными средствами конкретной ЭВМ. Программа на машинном языке представляет собой последовательность машинных команд, поэтому иногда машинным языком называют систему команд ЭВМ. Перевод исходной программы, подлежащей выполнению на ЭВМ, осуществляется автоматически самой ЭВМ с помощью ассемблера.

Высокоуровневый язык программирования — язык программирования, разработанный для быстроты и удобства использования программистом. Основная черта высокоуровневых языков — это абстракция, то есть введение смысловых конструкций, кратко описывающих такие структуры данных и операции над ними, описания которых на машинном коде (или другом низкоуровневом языке программирования) очень длинны и сложны для понимания.

Ассе́мблер (от англ. assembler — сборщик) — компьютерная программа, компилятор исходного текста программы, написанной на языке ассемблера, в программу на машинном языке.

6 Средства разработки программ для микропроцессоров. Виды программ.

AVR Studio, visual DSP и другие?


Раздел 10 Этапы проектирования микропроцессорных устройств

Основные этапы проектирования микропроцессорных устройств.

При проектировании многопроцессорных микропроцессорных систем, содержащих несколько типов микропроцессорных наборов, необходимо решать вопросы организации памяти, взаимодействия с процессорами, организации обмена между устройствами системы и внешней средой, согласования функционирования устройств, имеющих различную скорость работы, и т. д. Ниже приведена примерная последовательность этапов, типичных для создания микропроцессорной системы:

1. Формализация требований к системе.

2. Разработка структуры и архитектуры системы.

3. Разработка и изготовление аппаратных средств и программного обеспечения системы.

4. Комплексная отладка и приемосдаточные испытания.

Этап 1. На этом этапе составляются внешние спецификации, перечисляются функции системы, формализуется техническое задание (ТЗ) на систему, формально излагаются замыслы разработчика в официальной документации.

Этап 2. На данном этапе определяются функции отдельных устройств и программных средств, выбираются микропроцессорные наборы, на базе которых будет реализована система, определяются взаимодействие между аппаратными и программными средствами, временные характеристики отдельных устройств и программ.

Этап 3. После определения функций, реализуемых аппаратурой, и функций, реализуемых программами, схемотехники и программисты одновременно приступают к разработке и изготовлению соответственно опытного образца и программных средств. Разработка и изготовление аппаратуры состоят из разработки структурных и принципиальных схем, изготовления прототипа, автономной отладки.

Разработка программ состоит из разработки алгоритмов; написания текста исходных программ; трансляции исходных программ в объектные программы; автономной отладки.

Этап 4. Комплексная отладка.

На каждом этапе проектирования МПС людьми могут быть внесены неисправности и приняты неверные проектные решения. Кроме того, в аппаратуре могут возникнуть дефекты.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57933. За О. Цегельською. Пригода на ковзанці. Безпечний відпочинок взимку 75.5 KB
  Мета: познайомити з оповіданням О. Цегельської; формувати вміння читати, зв’язно розповідати; розширювати знання учнів про зимові розваги; закріпити знання правил про поведінку на льоду, показати, яку небезпеку може приховувати вода; розвивати пам’ять, увагу, мислення, пізнавальний інтерес...
57934. Графічні можливості текстового процесора MS WORD 1.94 MB
  Мета: навчальна: систематизувати і узагальнити знання учнів за даною темою; розвивальна: розвинути практичні навички опрацювання графічної інформації під час роботи з текстовими документами, творчі здібності і естетичний смак, сприяти профорієнтації...
57935. Опрацювання табличних даних за допомогою будованих функцій 19.78 MB
  Учбова: Навчити дітей на практиці застосовувати набуті знання та навички з використання вбудованих функцій та формул в електронних таблицях. Виховна: Виховати у дітей естетичне оформлення файлу, створеному у середовищі табличного процесора...
57936. Виконання обчислень в середовищі табличного процесора 105.09 KB
  Мета уроку: Учбова: Навчити дітей виконувати обчислення в середовищі табличного процесора. Обладнання до уроку: проектор підставка під проектор ноутбук проекційний екран лазерний вказівник затемненн...
57937. Розвиток Архітектури Харкова у XVIII столітті 112.5 KB
  Дидактична мета: В ході уроку забезпечити засвоєння та усвідомлення учнями знань щодо розвитку архітектури Харкова у XVIII столітті історичних пам’яток нашого міста сучасного стану споруд того часу.
57938. Подорож у світ пірамід 28.5 KB
  Мета уроку: Сформувати поняття піраміди правильної та зрізаної піраміди та їх елементів. Засвоїти властивості правильних пірамід формули для обчислення площі повної та бічної поверхні піраміди.
57939. Поняття презентації та комп’ютерної презентації, їх призначення 75.5 KB
  Мета: навчальна: ознайомити учнів з поняттям презентації та комп’ютерної презентації їх призначенням зі слайдовими та потоковими презентаціями; оглянути програмні та технічні засоби призначених для створення і демонстрації презентацій...
57940. Повторення та закріплення вивченого матеріалу з теорії бухгалтерського обліку 201.5 KB
  Мета уроку: навчальна: повторити, закріпити та підсумувати навчальний матеріал з теорії бухгалтерського обліку, навчити учнів застосовувати здобуті знання на практиці та в житті...
57941. Створення звітів та макросів у Microsoft Access 2007 60.5 KB
  Мета: навчальна: ввести визначення понять звіт заголовок звіту область даних макрос; пояснити учням основні принципи створення звітів та макросів; розвивальна: формувати навички аналітикосинтетичного мислення просторову уяву науковий світогляд щодо вирішення різних задач прикладного спрямування...