7418

Микропроцессоры (МП) и их характеристика

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Тема: Микропроцессоры (МП) Микропроцессорами называются цифровые устройства, осуществляющие вычисления в соответствии с заданным законом функционирования, которые выполнены в виде интегральной схемы. Микропроцессоры (МП) по применимости класси...

Русский

2014-11-15

83.5 KB

9 чел.

Тема: Микропроцессоры (МП)

Микропроцессорами называются цифровые устройства, осуществляющие вычисления в соответствии с заданным законом функционирования, которые выполнены в виде интегральной схемы.

 Микропроцессоры (МП) по применимости классифицируются на:

  1.  универсальные, в которых закон функционирования можно менять и выполнять любой закон функционирования;
  2.  специализированные, в которых закон функционирования определен в соответствии со значением или в составе оборудования объекта (например, микроконтроллер).

  МП состоят из двух основных блоков:

         

   Первым блоком является УА – управляющий автомат (называемый также устройством управления(УУ)), выполняющий роль выдачи управляющих сигналов yi в определенной временной последовательности, где yi – микрооперации. Последовательность микроопераций может быть изменена значениями хi логических условий или признаками (флагами), которые вырабатываются в операционном блоке (ОБ) или операционном автомате (ОА или  АЛУ). По словам фон Неймана, ОБ представляет собой «мельницу», которая перерабатывает числа (операнды), участвующие в вычислении.  

У, А – числа, операнды

  В итоге, ОБ выдает на выходе z - результаты  выполнения операции.

Работа УА микропроцессора   начинается путем формирования стартового сигнала Bi, называемого «ПУСК», в результате которого запускается необходимый закон преобразования информации, находящегося в памяти управляющего устройства (УУ). Часто Bi  называют командами или основными операциями.

  Закон функционирования управляющего автомата (УА) может быть задан двумя способами:

  1.  в виде жесткой логики (автомат Мили и автомат Мура);
    1.  в виде микропрограмм, закодированных определенным образом в виде микрокоманд.

  Автоматы с жесткой логикой обычно задаются схемно  и не могут быть изменены.

  Автоматы с программируемой логикой (ПЛ) могут быть перепрограммированы и изменены.

Основные микрооперации ОБ

     ОБ выполняет действия над многоразрядными числами 0,1,2,3,4, … , n (RG(n,0), RG(0,n))

   ОБ преобразует числа, для чего выполняет следующие микрооперации:

  1.  y1- микрооперация начальной  установки, которая устанавливает устройство в   

   конкретное значение

Пример:   RG(0,n) = 0

                 СТ(0,n)= 710=1112

  1.  y 2- микрооперация передачи или загрузки осуществляет обмен данными между устройствами ОБ и ШД.

Пример:    СТ(0,n) = ШД(0,n)

                  СТ1(0,n)= RG1(0,n)

  1.  y 3- микрооперация счёта. Это действие выполняется в счетчиках и

   представляет собой прибавление или вычитание какого-либо числа.

Пример:   СТ(0,n) = СТ(0,n) 2i ,   i=0,1,…

4)  y 4 - микрооперация суммирования выполняет действия, связанные со  

   сложением или вычитанием чисел:

Пример:  SM(0,n) =  RG1(0,n)+ RG2(0,n)+ RG3(0,n)= SM(0,n)

  1.  y 5- микрооперация инверсии осуществляет преобразование некоторых

разрядов числа из любых значений в инверсию.

          Пример:  RG1(0,n) =  или RG1(0,n) =  RG1(0,n)

  1.  y 6- микрооперация сдвига используется в микрооперациях умножения и

   деления. Бывает правого и левого сдвига, циклический.

          Пример:   RG1(0,n) = R1(RG1(0,n))

  1.  y 7 микрооперация дизъюнкции, конъюнкции и сложения по модулю 2 () выполняется над одноименными разрядами регистров или других устройств. Результат микрооперации остается в одном из регистров.   

       Пример:  RG1(0,5) = RG2(0,n)  СТ(0,5)

  1.  y 8 - микрооперация комбинирования представляет собой совместное

   использование вышеуказанных микроопераций.

          Пример:  SM(0,5) = RG1(0,5) + ┐ СТ(0,5)

     Перечисленные выше микрооперации позволяют построить любой универсальный микропроцессор.

                  

    

   Минимальный базис  микроопераций: y2, y7, y5. 

  Минимальный базис может состоять из двух или трех элементов. Учитывая, что микроразрядность ОБ может достигать нескольких десятков разрядов, а число устройств - 8-16 автоматов, то число состояний такого автомата может достигать астрономических цифр и описать их в виде графа автоматов Мили или Мура не представляется возможным. Поэтому существуют  структурные методы синтеза.

Представление закона функционирования микропроцессора в виде микропрограммы

  Микропрограмма представляет собой направленный граф и бывает трех типов:

  1.  содержательная граф-схема алгоритма (ГСА);
  2.  закодированная ГСА;
  3.  отмеченная ГСА.

    Содержательная ГСА содержит описания микроопераций в терминах устройств ОБ. В каждом ОБ указывается непосредственно содержание выполняемой микрооперации.

                               

             

        Для построения микропрограммы используется следующие вершины:

                               

    Содержательные алгоритмы строятся на начальном этапе проектирования, имеет хорошую наглядность, однако имеет громоздкое описание и занимают значительное место, поэтому в дальнейшем она преобразуется в закодированную схему алгоритма. Переход от содержательной ГСА к закодированной весьма прост. Каждой операции присваивается свой символ по порядку, в виде   y1, y2,

Одинаковые микрооперации имеют одинаковые символы, хотя могут находиться в разных операторных вершинах. Аналогичным образом могут закодироваться в виде символов  x1, x2,…

Конечная вершина кодируется Yк , начальные Yн..

      Закодированная ГСА. Закодированная  ГСА позволяет в дальнейшем осуществить минимизацию числа вершин логических условий и позволяет переходить к автоматам Мили или Мура путем соответственной отметки графа.

     Синтез микропрограммных автоматов можно найти в книге Баранова «Синтез МПА».

       Пример закодированный МПА можно представить в следующем виде:

    При построении графа необходимо проверить условие корректности: из начальной вершины всегда должен существовать путь в конечную, который должен проходить через все вершины графа.

   Содержательная  ГСА позволяет синтезировать УУ в виде автомата Мили, автомата Мура и всегда автомата с программируемой логикой (ПЛ).

Рассмотрим синтез УУ как автомат Мили (т.е. автомата с жесткой логикой). Для синтеза осуществляется разметка графа или переход к отмеченной ГСА.

   Для разметки используются следующие правила:

- начальные, конечные вершины кодируются одним символом, например q1;

- следующая дуга за операторной вершиной кодируется следующим символом;

-ждущая вершина кодируется своим символом.

  Символы q1, q2 определяют последующие состояния автомата и позволяет перейти к автоматному графу.

  Автоматный граф содержит число вершин, соответствующих отмеченной ГСА.

 

  Используется переход из конечной вершины в начальную – микрооперация y0, с  установкой.

  Автоматный граф позволяет перейти к структурной таблице переходов/выходов автомата, а от нее синтезирует комбинационную часть УУ.


УА

ОА

xi

yi

Bi

Y

z

(УУ)

(АЛУ, ОБ)

y 2, y 7, y 5

СТ(0,5) = СТ(0,5)+1

RG1(0,4) = L1

(RG1(0,4))

Операторная вершина

СТ(0,5)=0

да

1

0

нет

Условная вершина

    Yн

- начальные, имеющие один выход и ни одного входа;

    Yк

- конечные, не имеющие ни одного выхода,  имеющий массу входов;

- ждущие условные, имеющие один выход, замкнутый  на вход

- операторные вершины, вершины которые описывают выполняемые  действия в ОБ. Имеют 1 или несколько входов и имеет только 1 выход.

0

1

- обычные условные, имеющий 1 или несколько входов и 2 ,выхода. Один отмечен “0”, а другой “1”.

     Yн

В

х1

y2,y3

y1

x2

y3

y4

y3,y5

x3

y2

   Yк

1

0

1

0

0

1

N3

1

(y0)

q1

q2

q4

q3

x3/y2,y3

x2/y3,y5

3/y2,y0

2/y3

1/y4

Bx/y2,y3

/-

1/y1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40095. Ортогональное частотное мультиплексирование 32.57 KB
  Кроме того несущие в системе OFDM накладываются чтобы увеличить спектральную эффективность. Однако несущие в системе OFDM точно ортогональны к друг другу поэтому они накладываются без интерференции. В результате системы OFDM позволяют увеличить спектральную эффективность не вызывая интерференции в соседних каналах.
40096. Принципы построения модели открытой системы связи (ОSI) 30.44 KB
  1 ПП Например программа WEB формирует запрос на удаленный WEBсервер в виде сообщение стандартного формата. Сообщение состоит из заголовка и поля данных. Webсервер формирует сообщениеответ и направляет его на транспортный уровень. Наконец сообщение достигает нижнего физического уровня который собственно и передаёт его по линиям связи машинеадресату в виде последовательности битов.
40098. Волоконно-оптические системы передачи и перспективы их развития 31.86 KB
  Подавляющее большинство ВОСП использует одно ОВ для передачи излучения одной рабочей длины волны. При введении излучения с длиной волны 980 нм в легированный эрбием отрезок волокна фотоны меняют состояние и генерируется излучение с длиной волны 155 мкм. Это излучение взаимодействует с рабочим излучением на той же длине волны усиливая его. Высокомощный лазер с длиной волны 980 нм называется лазером накачки.
40100. Обеспечение стабильной работы ftp и http сервера 4.11 MB
  Спецификация защищаемого объекта В сети Internet имеется закрытый ftpсервер доступ к которому предоставляется через открытую http страницу в глобальной сети Интернет. ftpсервер предоставляет доступ к файлам различных музыкальных форматов. Сервер функционирует на базе операционной системы Windows Xp. Сервер территориально располагается в пределах одной комнаты имеет выход в глобальную сеть Интернет через сторонний сервер компании предоставляющей услуги доступа.
40101. Разработка системы защиты выбранного объекта 98.5 KB
  Объект представляет собой локальную сеть с выделенным сервером и 4 рабочих станции. Сеть находится в одном адресном пространстве с корпоративной сетью другого учреждения в дальнейшем СЕТЬ построенной по принципу internet. Кроме того имеется подключение к сети интернет через модемное соединение и через локальную сеть. Подключение к internet через локальную сеть происходит через проксисервер расположенный в СЕТИ.
40102. Математическая модель маятника на каретке 1.46 MB
  В качестве обобщенных координат для рассматриваемой системы с двумя степенями свободы выберем t угол отклонения маятника и xt положение каретки. Для записи уравнений динамики механической системы воспользуемся уравнениями Лагранжа второго рода 1.1 получим математическую модель рассматриваемого объекта в виде системы двух дифференциальных уравнений второго порядка 1. Дифференциальные уравнения в форме Коши Для записи системы дифференциальных уравнений в форме...
40103. СИНТЕЗ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА 13.61 MB
  Построение компьютерной модели с целью имитации движений, а также применение методов теории управления упрощается, если исходные уравнения привести к форме Коши. Для этого разрешим исходные уравнения относительно старших производных. Заметим, что старшие производные входят в уравнение линейно, что позволяет представить уравнения в матричной форме