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

2580. Муравьиные системы: Оптимизация при помощи колонии взаимодействуюих агентов. 106 KB
  Муравьиные системы: Оптимизация при помощи колонии взаимодействующих агентов Marco Dorigo, Member, IEEE,Vittorio Maniezzo and Alberto Colorni Введение В этой статье описан новый эвристический алгоритм общего назначения, который может быть использован...
2581. ТУРИСТСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ, КАК СРЕДСТВО РАЗВИТИЯ ТУРИЗМА В ГЕРМАНИИ 2.1 MB
  Изучить определение туризма его виды, формы и классификацию. Выяснить сущность туристского потенциала. Определить особенности туристского потенциала Германии. Провести сегментирование рынка и выделить фокус – группу. Составить программу пребывания для группы туристов.
2582. Статика и кинематика твердого тела 397.78 KB
  На схеме показаны три способа закрепления бруса, ось которого – ломаная линия. Задаваемая нагрузка и размеры во всех случаях одинаковы. Определить реакции опор для того способа закрепления бруса, при котором реакция YA имеет наименьший модуль. ...
2583. Документооборот на предприятии 520 KB
  Понятие документа, виды документов и их классификация. Состав и структура документов. Атрибуты документов. Документ (документированная информация) - зафиксированная на материальном носителе информация с реквизитами, позволяющими ее идентиф...
2584. Эвтаназия. Право выбора. Урок 167.43 KB
  Тема: Эвтаназия. Тип урока: урок - проблема. Вид урока: урок - диспут. Цель: обсудить с учащимися понятие Эвтаназия, историю возникновения; обсудить эвтаназию как проблему легкой смерти. Задачи:  Раскрыть содержание понятие...