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

75296. Византийское общество и государство в IV-VI вв. Византия при Юстиниане I 41.5 KB
  Наивысшего расцвета Византийская империя достигла в правление императора Юстиниана I 527 565. Его дядя император Юстин I 518 527 возведенный на престол солдатами сделал Юстиниана своим соправителем. Историограф Юстиниана Прокопий Кесарийский в своих официальных трудах и в Тайной истории создал двойственный образ императора: жестокий тиран и властный честолюбец уживался в нем с мудрым политиком и неутомимым реформатором. Танцовщица и куртизанка Феодора благодаря своей редкой красоте уму и твердой воле покорила Юстиниана стала его...
75297. Заключительный период в истории позднеантичного мира 30.5 KB
  Дигесты выдержки из сочинений римских юристов и наконец Новеллы законы самого Юстиниана. Правление Юстиниана ознаменовано обострением социальной напряженности в обществе. Наиболее крупными были неудачи внешней политики Юстиниана на севере Балканского полуострова набеги варваров.
75298. Социально-экономическое и политическое развитие Византии в VII-VIII веках 36.5 KB
  Социальноэкономическое и политическое развитие Византии в VII-VIII вв. Из них а также из свободных византийских крестьян создавалось в VIII в. В византийской деревне в VIII первой половине IX в. Это засвидетельствовано кодифицированным в VIII в.
75300. Особенности социально-экономического и политического развития Византии в IX-XII веков 36 KB
  Золотой век Византийской империи длился примерно с 850 по 1050 гг. В эти столетия ее владения простирались от Южной Италии и Далмации до Армении Сирии и Месопотамии давняя проблема безопасности северных границ империи была решена присоединением Болгарии 1018 и восстановлением прежней римской границы по Дунаю. Были ассимилированы и подчинены империи заселившие в предшествующий период Грецию славяне. Захват Константинополя крестоносцами в 1204 и последующий раздел империи подвел черту под тысячелетним существованием Византии как великой...
75301. Византия в ХIII-ХV вв. (от Латинской империи до падения Константинополя) 63 KB
  На развалинах Византии в 1204 г. возникло новое искусственно созданное государство Латинская империя названная так в отличие от греческой империи Византии во главе с избранным крестоносцами императором Балдуином Фландрским 1204 1205. Овладев Константинополем победители мечтали о создании огромного государства включавшего не только все владения Византии но также и земли балканских славян. В результате завоевания Византии западноевропейскими феодалами складывавшиеся здесь феодальные институты получили более законченную форму.
75302. Культура Византии в IV-XV веков 51 KB
  Культура Византии в IVXV вв. В ранний период в Византии еще сохранялись старые центры античной образованности Афины Александрия Бейрут Газа. в Византии начинают применять индийские цифры в арабском написании. Однако античные космогонические представления сохраняются в Византии и в IX в.
75303. Немарксистские теории происхождения средневековых городов 33 KB
  Немарксистские теории происхождения средневековых городов. Вопрос о причинах и обстоятельствах возникновения средневековых городов представляет большой интерес. При таком подходе невозможно объяснить коренные причины происхождения городов. Романистическая теория Савиньи Тьерри Гизо Ренуар которая строилась главным образом на материале романизированных областей Европы считала средневековые города и их учреждения прямым продолжением поздних античных городов.
75304. Отечественная историография о происхождении средневекового города 42.5 KB
  Отечественная историография о происхождении средневекового города. Впервые проблема происхождения городского строя в Западной Европе была поставлена в отечественной медиевистике в начале XX в.Впервые в России обращение к городской истории произошло именно в историографическом аспекте. Интересуясь прежде всего проблемами аграрного развития Европы эпохи Средневековья и формируя общую концепцию генезиса феодализма Петрушевский не мог пройти мимо такого интересного сюжета европейской истории как возникновение городов.