Главные вкладки

    Вычислительная техника

    Плеханова Оксана Анатольевна

    Предварительный просмотр:

    ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ

    по дисциплине ОП.08 «Вычислительная техника»

    Раздел 1. Математические и логические основы вычислительной техники

    Тема 1.1 Основные сведения об электронно-вычислительной технике

    1. Охарактеризовать этапы элементной базы ЭВМ.
    2. Объяснить функциональное назначение элементной базы ЭВМ.
    3. Перечислить основные виды ЭВМ существуют в современном мире.
    4. Объяснить, для чего используются персональные ЭВМ, и чем они отличаются от других машин.
    5. Перечислить принципы построения ЭВМ.
    6. Рассказать о типовой структуре ЭВМ.
    7. Охарактеризовать основные функциональные устройства ЭВМ.

    Тема 1.2 Виды информации и способы представления ее в ЭВМ

    1. Объяснить представление текстовой, графической и звуковой информации в ЭВМ.
    2. Перечислить виды систем счисления.
    3. Объяснить правила перевода чисел из одной системы счисления в другие.
    4. Перечислить правила недесятичной арифметики.
    5. Дать определение бита и слова, объяснить их представление в разрядной сетке ЭВМ.
    6. Дать объяснения понятиям конъюнкция, дизъюнкция и инверсия.
    7. Объяснить, для чего необходима минимизация  логических функций.
    8. Перечислить методы минимизации логических функций.

    Тема 1.3 Математические основы работы ЭВМ

    1. Классифицировать ИМС по функциональному назначению.
    2. Объяснить логическую функцию И, записать ее математическое описание и зарисовать УГО.
    3. Объяснить логическую функцию ИЛИ записать ее математическое описание и зарисовать УГО.
    4. Объяснить логическую функцию НЕ, записать ее математическое описание и зарисовать УГО.

    Раздел 2 Типовые узлы и устройства вычислительной техники

    Тема 2.1 Последовательностные цифровые устройства

    1. Классифицировать сигналы передачи цифровой информации.
    2. Объяснить, чем отличаются низкий и высокий уровни сигналов, для чего необходимо знать частоту повторения сигналов.
    3. Перечислить и охарактеризовать основные параметры импульса.
    4. Объясните понятия «последовательностные ЦУ» и «комбинационные ЦУ».
    5. Классифицировать ЦУ.
    6. Дать определение ЦУ «Триггер», перечислить и охарактеризовать типы триггеров, зарисовать их УГО.
    7. Дать определение ЦУ «Регистр», зарисовать его УГО, перечислить и охарактеризовать типы регистров.
    8. Дать определение ЦУ «Счетчик», перечислить и охарактеризовать типы счетчиков, зарисовать их УГО.

    Тема 2.2 Типовые комбинационные устройства

    1. Дать определения ЦУ «Шифратор» и «Дешифратор», объяснить их назначение, зарисовать таблицы истинности, УГО.
    2. Дать определения ЦУ «Мультиплексор» и «Демультиплексор», объяснить их назначение, зарисовать таблицы истинности, УГО.
    3. Дать определение ЦУ «Сумматор», объяснить его назначение, зарисовать его УГО, перечислить и охарактеризовать типы сумматоров.
    4. Дать определение ЦУ «Компаратор», объяснить его назначение, зарисовать его УГО, перечислить и охарактеризовать типы компараторов.

    Тема 2.3 Устройства памяти

    1. Классифицировать ИМС памяти.
    2. Дать определения ЦУ «Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)», объяснить его назначение, функции и основные характеристики, зарисовать его УГО.
    3. Дать определения ЦУ «Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)», объяснить его функции и основные характеристики, зарисовать его УГО.
    4. Перечислить виды ПЗУ, объяснить их назначение и основные характеристики.

    Раздел 3 Общие принципы построения и работы ЭВМ

    Тема 3.1 Основы микропроцессорных систем

    1. Дать определение устройству «Микропроцессор (МП)», объяснить назначение и перечислить основные характеристики.
    2. Классифицировать и охарактеризовать виды МП.
    3. Зарисовать архитектуру микропроцессора и охарактеризовать ее составляющие.
    4. Дать определение арифметико-логическое устройству «АЛУ», и объяснить принцип работы по его структурной схеме.
    5. Дать определение устройству управления «УУ», объяснить его назначение и перечислить виды.
    6. Перечислить регистры микропроцессора и объяснить их назначение.
    7. Объяснить структуру памяти МП.
    8. Объяснить принцип вычисления адреса.
    9. Охарактеризовать структуру и систему команд МП, объяснить процедуру выполнения команд МП.
    10.  Объяснить процедуру рабочего цикла МП.
    11.  Объяснить работу МП при выполнении прерывания.

    Тема 3.2 Организация интерфейсов в вычислительной технике

    1. Дать определение понятию «Интерфейс», перечислить функции интерфейса.
    2. Объяснить, что такое шина в микроЭВМ, и какую роль она играет в процессе работы.
    3. Объяснить, для чего необходим межблочный и межплатный интерфейс.
    4. Объяснить, для чего необходим интерфейс распределительных устройств.
    5. Объяснить понятие «мультиплексирование» шин.
    6. Дать определение понятию «Адресация» и объяснить, как происходит регистровая, косвенная и непосредственная адресация.
    7. Охарактеризовать машинно-ориентированный язык Ассемблер, его структуру и назначение.
    8. Дать определение понятию «Программа» в микроЭВМ охарактеризовать ее структуру.
    9. Объяснить, что представляет собой программное обеспечение (ПО) микро ЭВМ, системное и функциональное ПО.
    10. Классифицировать устройства ввода-вывода.
    11. Объяснить, какие устройства относят к накопителям информации, как они классифицируются и каковы их основные характеристики.
    12. Объяснить, какие устройства относят к средствам мультимедиа и для чего они предназначены.
    13. Объяснить, какие устройства относят к устройствам отображения информации, как они классифицируются и каковы их основные характеристики.
    14.  Объяснить, какие устройства относят к печатающим устройствам, как они классифицируются и каковы их основные характеристики.

    ЗАДАНИЕ (практическое)

    Задача: перевести числа А и В в двоичную систему счисления и произвести над ними, в двоичной системе, арифметические действия (сложение, умножение).

    № варианта

    А

    В

    № варианта

    А

    В

    1

    61

    2

    16

    30

    1

    2

    63

    4

    17

    32

    3

    3

    65

    6

    18

    34

    5

    4

    67

    8

    19

    36

    7

    5

    69

    10

    20

    38

    9

    6

    71

    12

    21

    40

    11

    7

    73

    14

    22

    42

    13

    8

    75

    16

    23

    46

    15

    9

    77

    18

    24

    48

    17

    10

    79

    20

    25

    50

    19

    11

    81

    22

    26

    52

    21

    12

    83

    24

    27

    54

    23

    13

    85

    26

    28

    56

    25

    14

    87

    28

    29

    58

    27

    15

    89

    30

    30

    60

    29

    ЗАДАНИЕ (практическое)

    Задача: составить по таблице истинности совершенную дизъюнктивную (конъюнктивную) нормальную форму СДНФ (СКНФ) функции, минимизировать ее и построить комбинационное устройство.

    № варианта

    Таблица истинности

    1 (СДНФ);

    2 (СКНФ)

    Х1

    0

    0

    0

    0

    1

    1

    1

    1

    Х2

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    Х3

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    0

    0

    f(Х123)

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    3 (СДНФ);

    4 (СКНФ)

    Х1

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    Х2

    0

    0

    0

    0

    1

    1

    1

    1

    Х3

    1

    0

    0

    1

    1

    1

    0

    0

    f(Х123)

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    5 (СДНФ);

    6 (СКНФ)

    Х1

    1

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    0

    Х2

    0

    0

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    Х3

    0

    0

    0

    0

    1

    1

    1

    1

    f(Х123)

    0

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    0

    7 (СДНФ);

    8 (СКНФ)

    Х1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    Х2

    0

    0

    0

    1

    1

    1

    1

    0

    Х3

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    1

    f(Х123)

    1

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    0

    9 (СДНФ);

    10 (СКНФ)

    Х1

    0

    0

    0

    1

    1

    1

    1

    0

    Х2

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    0

    1

    Х3

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    f(Х123)

    1

    1

    0

    0

    0

    0

    1

    1

    11 (СДНФ);

    12 (СКНФ)

    Х1

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    0

    0

    Х2

    0

    1

    0

    0

    1

    0

    0

    1

    Х3

    1

    1

    0

    0

    0

    1

    0

    0

    f(Х123)

    0

    0

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    13 (СДНФ);

    14 (СКНФ)

    Х1

    0

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    1

    Х2

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    0

    0

    Х3

    1

    0

    1

    1

    1

    1

    0

    0

    f(Х123)

    0

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    0

    15 (СДНФ);

    16 (СКНФ)

    Х1

    0

    1

    0

    0

    1

    0

    0

    1

    Х2

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    1

    Х3

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    f(Х123)

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    17 (СДНФ);

    18 (СКНФ)

    Х1

    1

    1

    0

    0

    0

    1

    0

    0

    Х2

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    Х3

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    0

    1

    f(Х123)

    1

    1

    0

    0

    0

    0

    1

    1

    19 (СДНФ);

    20 (СКНФ)

    Х1

    1

    0

    1

    1

    1

    1

    0

    0

    Х2

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    0

    0

    Х3

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    f(Х123)

    0

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    1

    21 (СДНФ);

    22 (СКНФ)

    Х1

    1

    0

    0

    1

    1

    1

    0

    0

    Х2

    0

    0

    0

    1

    1

    1

    1

    0

    Х3

    0

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    0

    f(Х123)

    1

    0

    1

    1

    0

    1

    0

    0

    23 (СДНФ);

    24 (СКНФ)

    Х1

    1

    1

    0

    0

    0

    1

    0

    0

    Х2

    1

    0

    0

    1

    1

    1

    0

    0

    Х3

    1

    0

    1

    1

    1

    1

    0

    0

    f(Х123)

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    0

    1

    25 (СДНФ);

    26 (СКНФ)

    Х1

    1

    1

    0

    0

    0

    1

    0

    0

    Х2

    0

    0

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    Х3

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    0

    0

    f(Х123)

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    27 (СДНФ);

    28 (СКНФ)

    Х1

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    1

    Х2

    1

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    0

    Х3

    0

    1

    0

    0

    1

    0

    0

    1

    f(Х123)

    1

    1

    0

    0

    0

    0

    1

    1

    29 (СДНФ);

    30 (СКНФ)

    Х1

    0

    0

    0

    1

    1

    1

    1

    0

    Х2

    0

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    1

    Х3

    1

    1

    1

    0

    1

    0

    0

    0

    f(Х123)

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0



    Предварительный просмотр:

    Зачетная ведомость лабораторных и практических работ

    Специальность

    Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)

    Дисциплина

    Вычислительная техника

    Курс

    3

    Группа

    АП-14д

    п/п

    Фамилия Имя Отчество

    Результат

    задолженности

    № лабораторных работ

    № практических работ

    1.

    Агеев Евгений

    зачет

    -

    -

    2.

    Ахмедов Русиф

    не зачет

    5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12

    11, 12, 13, 14

    3.

    Бахтишаев Андрей

    не зачет

    5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12

    11, 12, 13, 14

    4.

    Бессонова Дарья

    зачет

    -

    -

    5.

    Гайданка Евгений

    не зачет

    6, 7, 10, 11, 12

    11, 12, 13, 14

    6.

    Грищенко Иван

    не зачет

    5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12

    11, 12, 13, 14

    7.

    Дунямалиев Алибаба

    зачет

    -

    -

    8.

    Загретдинов Наиль

    зачет

    -

    -

    9.

    Королева Анжелика

    не зачет

    -

    12, 13, 14

    10.

    Королева Вероника

    не зачет

    11, 12

    12, 13, 14

    11.

    Краснов Александр

    не зачет

    11, 12

    12, 13, 14

    12.

    Мамедов Эльтун

    не зачет

    10, 11, 12

    12, 13, 14

    13.

    Оника Роман

    не зачет

    5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12

    11, 12, 13, 14

    14.

    Равилов Айрат

    зачет

    -

    -

    15.

    Рак Назар

    зачет

    -

    -

    16.

    Рзаев Джавид

    зачет

    -

    -

    17.

    Самоследов Максим

    не зачет

    11, 12

    12, 13, 14

    18.

    Харчишин Николай

    не зачет

    5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12

    11, 12, 13, 14

    19.

    Человский Кирилл

    не зачет

    -

    12, 13, 14



    Предварительный просмотр:

    Понятие о микропроцессоре (МП) и микрокомпьютере.

    Микропроцессоры и микрокомпьютеры создаются из больших интегральных схем.

    Большая интегральная схема - это сверхминиатюрная электронная схема (микросхема), оформленная на полупроводниковой пластинке площадью менее 1см2, содержащая сотни и тысячи элементов {транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов) и выполняющая определенные функции.

     Пример, существуют БИС компьютерной памяти, арифметическо-логического устройства, устройства управления вводом и выводом данных и т.д. Конструктивно БИС представляет собой крошечную пластинку размером менее 1 см2 из некоторого материала (например, из кремния), на которой по определенной технологии сформированы все элементы, соединения между ними и внешние выводы. Эта пластина заключена обычно в пластмассовый корпус.

    Микропроцессор — программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки информации, представленной в цифровом виде и построенное на одной или нескольких БИС.

    В данном определении слово "программно-управляемое" означает, что микропроцессор функционирует путем выполнения некоторой программы, хранимой в особой памяти, которая может входить в микропроцессор или быть отдельным компонентом. Микропроцессор образует ядро микрокомпьютера.

    Микрокомпьютер, или (микроЭВМ), - миниатюрная вычислительная машина, состоящая из микропроцессора, запоминающего устройства, устройства ввода-вывода и блоков сопряжения с устройствами ввода-вывода (или интерфейсов ввода-вывода).

    Перечисленные основные компоненты микрокомпьютер связаны друг с другом с помощью системной магистрали, содержащей в общем случае магистрали адресов, данных и управления. В состав микрокомпьютера входит также источник питания.

    Типичные компоненты микрокомпьютера показаны на рис. Здесь представлены плата микропроцессора и внешние устройства: клавиатура с дисплеем, накопитель на гибком магнитном диске (НГМД) и печатающее устройство. На плате располагаются микропроцессор, основная память и другие электронные компоненты. Все внешние устройства связаны с платой микропроцессора.

    Общая структурная схема микрокомпьютера представлен на рис. Для простоты на этой схеме показано лишь одно устройство ввода (УВВ) и одно устройство вывода (УВЫВ). Основная память (ОП) микрокомпьютера состоит из двух частей - оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и постоянного запоминающего    устройства (ПЗУ).

    Микропроцессор. Он является главным компонентов микрокомпьютера. Характеристики микропроцессора - длина разрядной сетки (или разрядность слова), набор выполняемых, команд, быстродействие и другие - в основном определяю характеристики всего микрокомпьютера. Микропроцессор, называемый иногда центральным процессором (ЦП) микрокомпьютера, выполняет следующие функции: управление и координация работы всех других компонентов микрокомпьютера; выборка команд и обрабатываемых данных из основной памяти декодирование команд; выполнение с помощью арифметическо-логического устройства (АЛУ) арифметических, логических других операций, закодированных в командах; передача данных между микропроцессором и основной памятью, а также м микропроцессором и устройствами ввода-вывода; отработка сигналов от устройств ввода-вывода, в том числе обработка сигналов прерывания с этих устройств.

    Микропроцессор - весьма сложное цифровое электронное устройство. Однако программисту не обязательно знать все элементы и тем более разбираться в схемотехнических особенностях построения МП. Приступая к написанию программ, он должен уяснить в основном лишь те его элементы, которые отражены в программах или влияют на временные характеристики выполнения программы. К таким элементам относятся: форматы и системы команд микропроцессора; длительность выполнения разных команд; имена (или номера) программно-доступных регистров (так называются регистры, которые могут использоваться в составляемых программах}; длина разряд сетки (разрядность); правила адресации внешних устройств и особенности выполнения операций ввода-вывода; размер адресного пространства; схема обработки прерываний.

    Перечисленные элементы образуют основу архитектуры микропроцессора и в совокупности представляют собой модель с точки зрения программиста. Для разных типов МП существует своя модель.

    На рис. представлены важнейшие компоненты микропроцессора, а также его связь с основной памятью с помощь; магистралей данных, адресов и управления. В состав МП входят: устройство управления (УУ), арифметическо-логическое устройство (АЛУ) и набор регистров.

    Устройство управления предназначено для управления работой всех компонентов микрокомпьютера обеспечения должного взаимодействия различных компонентов друг с другом. Управление осуществляется с помощью импульсных сигналов, посылаемых УУ на соответствующие управляемых компонентов. Кроме того, УУ может получать ответные сигналы с управляемых компонентов.

    Физически УУ представляет собой цифровую электрон схему, на вход которой поступают коды подлежащих выполнению операций, а выходом являются серии импульсных управляющих сигналов. Таким образом, восприняв код той или иной операции УУ формирует цепочку управляющих сигналов и подает их в нужные точки микрокомпьютера. Работу УУ можно уподобить действиям дирижера в оркестре, который, руководствуясь нотами музыкального произведения, с помощью дирижерской палочки указывает группам музыкантов и отдельным музыкантам моменты начала и окончания частей исполняемого музыкального произведения.

    Число выходов УУ, по которым выдаются управляющие сигналы, обычно довольно велико. Например, УУ, показанное рис., имеет 16 выходов. Надо иметь в виду, что импульсные сигналы на выходах в общем случае появляются не одновременно, а со сдвигом во времени. Так, УУ на рис. может падать импульс сначала на выходе 3, затем на выходе 1, следом одновременно на выходах 2 и 5, потом на выходе 4 и т, д. После выдачи последнего импульса в данной цепочке управляющих сигналов текущая операция считается законченной, и вслед за этим на вход УУ может быть подан код новой операции.

    Арифметическо-логическое устройство предназначено для исполнения арифметических и логических операций. Основу АЛУ составляет операционный блок - цифровое электронное устройство, которое может настраиваться на различные операции и непосредственно осуществлять их. Настройка операционного блока на конкретную операцию и последовательность шагов ее выполнения обеспечиваются с помощью управляющих сигналов от УУ.

    Регистры являются важными элементами микропроцессора. Регистр - это электронное цифровое устройство для временного запоминания информации в форме двоичного числа, или кода. Запоминающим элементом в регистре является триггер, который может находиться в одном из двух состояний. Одно из этих состояний соответствует запоминанию двоичного нуля, а другое - запоминанию двоичной единицы. В общем случае, регистр содержит несколько связанных друг с другом триггеров - по одному триггеру на каждый разряд запоминаемого двоичного числа. Число триггеров в регистре называете рядностью регистра. Например, регистр из восьми триггеров - это 8-разрядный, или 8-битовый, регистр (так как каждый разряд регистра обеспечивает хранение одного бита информации).

    Регистры, используемые не только для хранения информации, но и для ее преобразования, называются управляемыми. Например, управляемый регистр может осуществлять замену всех хранящихся в нем двоичных единиц нулями, а нулей - единицами (операция инвертирования кода), прибавление единицы к числу, хранящемуся в регистре, вычитание единицы и т.д. Операции над числом в регистре реализуются с помощью управляющих сигналов от УУ.

    Многие регистры специализированы по своей функции. Так существуют: регистр-аккумулятор, или просто аккумулятор; программный счетчик; регистр команд; регистр адреса памяти и т.д. Аккумулятор входит в АЛУ и предназначен для хранения одного из операндов перед выполнением операции в АЛУ и для кратковременного запоминания результата операции. Oперанд - это данное, используемое в текущей операции. Например, в операции суммирования операндами являются оба слагаемых.

    Программный счетчик (счетчик команд, регистр адреса команды) служит для формирования и запоминания адреса очередной выполняемой команды. После выполнения каждой команды программный счетчик содержит адрес следующей команды, по которому эта команда хранится в памяти микрокомпьютера.

    Регистр команд используется для хранения кода текущей выполняемой команды. Входящий в состав команды код операции используется для формирования в УУ определенной серии управляющих сигналов, зависящей от конкретного кода операции. Оставшаяся часть кода команды может содержать информацию об адресах операндов, участвующих выполнении данной команды.

    Регистр адреса памяти служит для запоминания адреса команды, операнда или результата операции во время извлечет (чтения) команды или операнда из памяти или записи результата операций в память. Регистр адреса памяти может входить не в состав МП, а в состав элементов памяти микрокомпьютера.

    Изменить роль специализированных регистров или узнать их содержимое программным путем нельзя, т.е. эти peгистры, как говорят, программно-недоступны. Но в состав МП входят и регистры, которые программист может использовать Б своей программе. Такие регистры микропроцессора называются программно-доступными. Состав и назначение их различны в разных типах микропроцессоров. Однако среди них почти всегда имеются регистр слова состояния процессора (РССП) и несколько регистров общего назначения (РОН).

    Регистр слова состояния процессора хранит слово состояния процессора (ССП), отражающее информацию о состоянии МП и выполняемой им программы в каждый данный момент времени. В частности, в РССП обычно запоминаются признаки результата выполнения команды (отрицательного результата, переполнения разрядной сетки и т. п.). Таким образом, хотя РССП и предназначен для особых функций, он программно-доступен, т.е. с помощью соответствующих команд, заложенных в программу, можно читать и даже частично изменять его содержимое.

    Регистры общего назначения обычно не имеют конкретного функционального назначения. Программист может в своей программе задействовать их так, как он считает нужным. Например, результат выполнения некоторой команды можно не посылать в основную память, а временно запомнить в каком-нибудь РОНе с тем, чтобы позднее, в другой команде, использовать этот результат. Чтобы отличать РОНы друг от друга, им присвоены уникальные имена (или номера), которые и записываются в программе. Существуют МП, в которых некоторые РОНы применяются и для специальных целей. Например, один из РОНов может выполнять функции программного счетчика, или счетчика команд, хранящего в каждый момент времени адрес очередной команды программы, другой - функции указателя стека, необходимого при обработке прерываний, и т. д.

    Основная память. Основная память - важный компонент микрокомпьютера. Название "основная" отличает эту память от внешней памяти, которая организуется на некотором внешнем устройстве (например, на НГМД). Это название говорит о том, что микропроцессор может обрабатывать только те данные, которые находятся в основной памяти. Основная память обычно состоит из двух частей - ОЗУ и ПЗУ.

    Оперативное запоминающее устройство(ОЗУ) обеспечивает чтение находящихся в нем данных и запись в него новых данных. В микрокомпьютерах ОЗУ обычно реализуется как энергозависимая память, т.е. такая память, содержимое которой разрушается ("стирается") при выключении микрокомпьютера. Следовательно, по своей функции ОЗУ подобно обычной классной доске, записи на которой не предназначаются длительного хранения и могут многократно изменяться,

    Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) обеспечивает только чтение данных, которые однажды были записаны в ПЗУ. Таким образом, содержимое ПЗУ не может быть изменено микропроцессором, оно постоянно (отсюда и название этого вида памяти). Это устройство создается как неэнергозависимая память: ее содержимое не "стирается" при выключении питания микрокомпьютера. Запись нужных данных в ПЗУ осуществляется на специальных устройствах, вне микрокомпьютера. Таким образом, ПЗУ по своему назначению подобно "быстрому" справочнику, из которого микропроцессор может извлекать информацию, ничего в нем не меняя. В ПЗУ помещают обычно некоторые особо важные или не подлежащие изменению программы и разнообразные константы.

    Интерфейсы для устройств ввода (ИВВ) и вывода (ИВЫВ). Они представляют собой блоки сопряжения с устройствам соответственно ввода и вывода. Не останавливаясь пока на описании устройств ввода-вывода, отметим лишь, что термин "интерфейс" означает приблизительно "сопряжение двух устройств друг с другом с помощью аппаратурных и программных средств". Необходимость интерфейсов, или, как и еще называют, интерфейсных блоков (контроллеров),вызывается тем, что УВВ и УВЫВ (например, дисплей, печатающее устройство, НГМД и т.д.) нельзя непосредственно подключать к микрокомпьютеру. Одной из причин этого является то, что количество и характер сигналов, передаваемых и принимаемых по системной магистрали, с которой связаны все компонент микрокомпьютера, как правило, отличаются от количества типа сигналов, формируемых или воспринимаемых устройство ввода-вывода. Соответствующий интерфейсный блок обеспечивает должное согласование сигналов системной магистрали устройства ввода-вывода.

    Внешние устройства. Они предназначены для ввода обрабатываемых данных, вывода результатов обработки или вычислений и долговременного запоминания программ и данных.

    Системная магистраль (СМ). Обычно она содержит магистрали адресов (МА), данных (МД) и управления (МУ). Каждая из них состоит из набора проводников, по которым МП передает или принимает определенные электрические сигналы. Магистраль адреса предназначена для передачи цифрового адреса ячейки памяти или внешнего устройства, магистраль данных — для передачи и приема данных (например, передача информации из МП в ОЗУ происходит по МД). Магистраль управления используется для передачи сигналов управления, которые сопровождают любую передачу адреса или данных. В некоторых микрокомпьютерах для упрощения СМ вместо двух магистралей МА и МД имеется одна общая магистраль адресов и данных (МАД).

    Источник питания (ИП). Обычно ИП формирует выпрямленные стабилизированные напряжения +12, -5 и +5 В. Этот набор напряжений может изменяться для различных классов микрокомпьютеров.



    Предварительный просмотр:

    ТИПОВАЯ СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА

    Рассмотрим особенности организации процесса обработки информации в цифровых устройствах (цифровых автоматах).

    Задача создания цифрового автомата, выполняющего определенные действия над двоичными сигналами, заключается в выборе элементов и способе их соединения, обеспечивающих заданное функциональное преобразование. Эти задачи решают с помощью математической логики или алгебры логики.

    Устройства, формирующие функции алгебры логики, называют логическими или цифровыми и классифицируют по различным отличительным признакам. По схемному решению и характеру связи между входными и выходными переменными с учетом их изменения по тактам работы различают два типа цифровых устройств - комбинационные и цифровые.

    В комбинационных цифровых устройствах совокупность сигналов на выходах в каждый конкретный момент времени полностью определяется входными сигналами, действующими в этот момент на его входах. Алгоритм функционирования комбинационных устройств может быть представлен в виде таблицы соответствия, содержащей значения выходных сигналов для всех возможных комбинаций значений входных сигналов.

    Цифровые устройства последовательного типа существенно отличаются от комбинационных прежде всего наличием памяти. Их входные сигналы являются функцией не только входных сигналов, но и внутреннего состояния, в котором устройство находилось до поступления входных сигналов.

    На основе цифрового устройства последовательного типа может быть спроектировано устройство, которое в зависимости от последовательности входных сигналов будет выполнять один из многих алгоритмов. Эти входные сигналы могут размещаться и последовательно извлекаться из внешнего блока регистров, называемого управляющей памятью. Некоторые выходные сигналы могут использоваться для синхронизации поступления входных сигналов из управляющей памяти и для их адресации. Такое устройство может быть названо устройством с программируемой логикой или программируемым устройством. К таким устройствам относится и микропроцессор.

    Архитектура микропроцессора представляет собой логическую организацию, определяющую возможности аппаратной или программной реализации функций, необходимых для построения МикроЭВМ.

    Микропроцессоры обладают следующими характеристиками: разрядность адреса и данных, тип корпуса, количество источников питания, мощность рассеяния, температурный диапазон, возможность расширения разрядности, время цикла выполнения команд (микрокоманд), уровни сигналов, помехоустойчивость, нагрузочная способность, объединение сигналов на выходах, надежность и т. д.

    По числу БИС в микропроцессорном комплекте (МПК) различают однокристальные, многокристальные, многокристальные секционные микропроцессоры.

    Однокристальные микропроцессоры получаются при реализации всех аппаратных средств процессора в виде одной БИС. По мере увеличения степени интеграция элементов в кристалле и числа выводов корпуса параметры однокристальных микропроцессоров улучшаются. Однако возможности однокристальных микропроцессоров ограничены аппаратурными ресурсами кристалла и корпуса. Поэтому более распространены многокристальные и многокристальные секционные микропроцессоры.

    Многокристальные микропроцессоры получаются при разбиении его логической структуры на функционально законченные части, которые реализуют в виде БИС. Функциональная законченность БИС многокристального микропроцессора означает, что его части выполняют заранее определенные функции и могут работать автономно, а для построения развитого процессора не требуется организации большого количества новых связей и каких-либо Других интегральных схем (ИС) или БИС.

    Один из возможных вариантов разбиения структуры процессора - это создание трехкристального микропроцессора, содержащего БИС операционного процессора, управляющего процессора и интерфейсного процессора. Операционный процессор (ОП) служит для обработки данных, управляющий процессор (УП) выполняет функции выборки, декодирования и вычисления адресов операндов и также генерирует последовательности микрокоманд. Автономность работы и большое быстродействие БИС позволяют выбирать команды из памяти с большей скоростью, чем БИС ОП. При этом в УП образуется очередь еще не исполненных команд, заранее подготавливаются те данные, которые потребуются ОП в следующих циклах работы. Такая опережающая выборка команд экономит время ОП па ожидание операндов, необходимых для выполнения команд программ. Интерфейсный процессор (ИП) позволяет подключить память и периферийные средства к микропроцессору. Большая интегральная схема ИП выполняет также функции канала прямого доступа к памяти.

    Выбираемые из памяти команды распознаются г. выполняются каждой частью микропроцессора автономно, и поэтому может быть обеспечен режим одновременной работы всех БИС МП, т. е. конвейерный поточный режим исполнения последовательности команд программы (выполнение последовательности с небольшим временным сдвигом). Такой режим работы значительно повышает производительность микропроцессора.

    Многокристальные секционные микропроцессоры получаются в том случае, когда в виде БИС реализуются части (секции) логической структуры процессора. Микропроцессорная секция -  это БИС, предназначенная для обработки нескольких разрядов данных или выполнения определенных управляющих операций. Секционность БИС МП определяет возможность «наращивания» разрядности обрабатываемых данных или усложнения устройств управления микропроцессором при «параллельном» включении большего числа БИС. Многокристальные секционные микропроцессоры имеют разрядность от 2 - 4 до 8 - 16 бит и позволяют создавать высокопроизводительные процессоры ЭВМ.

    По   назначению   различают   универсальные и специализированные   микропроцессоры.   Универсальные микропроцессоры можно применять для решения разнообразных. задач.   Их   эффективная   производительность   мало   зависит   от   проблемной   специфики решаемых задач. Специализация МП, т. е. его проблемная ориентация на ускоренное выполнение определенных функций, позволяет резко увеличить эффективную производительность при решении только определенных задач.      Среди      специализированных       МП можно выделить: микроконтроллеры, ориентированные на выполнение сложных последовательностей логических операций; математические МП, предназначенные для повышения производительности при выполнении арифметических операций за счет, например, матричных методов их выполнения; МП для обработки данных в различных областях применения и т. д. С помощью специализированных МП можно эффективно решать сложные задачи параллельной обработки данных.

    По    виду    обрабатываемых     входных сигналов различают цифровые и аналоговые микропроцессоры. Сами микропроцессоры — это   цифровые устройства, однако могут иметь встроенные аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи. Поэтому входные аналоговые сигналы передаются в МП через преобразователь в цифровой форме, обрабатываются и после обратного преобразования в аналоговую форму поступают на выход. С точки зрения архитектуры   такие, микропроцессоры    представляют собой аналоговые функциональные   преобразователи сигналов и называются аналоговыми микропроцессорами. Они могут выполнять функции любой аналоговой схемы.    Применение    аналогового    микропроцессора значительно повышает точность  обработки   аналоговых   сигналов   и   их   воспроизводимость,   расширяет функциональные возможности за счет программной «настройки» цифровой части микропроцессора на различные алгоритмы обработки сигналов.

    Обычно в состав однокристальных аналоговых МТЛ входят несколько каналов аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования. В аналоговом микропроцессоре разрядность обрабатываемых данных достигает 24 бит и более, большое значение уделяется увеличению скорости выполнения арифметических операций.

    По   характеру     временной    организации   работы   различают синхронные и асинхронные   микропроцессоры.   Синхронные   микропроцессоры— это микропроцессоры, в которых начало и конец   выполнения    операций    задаются    устройством управления (время выполнения операций в этом случае не зависит от вида выполняемых команд   и   величин операндов). Асинхронные микропроцессоры   позволяют начало каждой следующей операции определить по сигналу фактического окончания выполнения предыдущей операции. Для более эффективного использования каждого устройства микропроцессорной системы в состав асинхронно   работающих   устройств   вводят электронные цепи, обеспечивающие автономное функционирование устройств. Закончив работу над какой-либо операцией, устройство вырабатывает сигнал запроса, означающий его готовность к выполнению следующей операции. При этом функции естественного распределителя работ принимает на себя память, которая в соответствии с заранее установленным приоритетом выполняет запросы остальных устройств по обеспечению их командной информацией и данными.

    По     количеству     выполняемых     программ   различают одно- и многопрограммные микропроцессоры.   В   однопрограммных   микропроцессорах выполняется только одна программа. Переход к выполнению другой программы происходит после завершения текущей программы.

    В много- или мультипрограммных микропроцессорах одновременно выполняются несколько (обычно несколько десятков) программ. Организация мультипрограммной работы микропроцессорных управляющих систем позволяет осуществлять контроль за состоянием и управлять   большим   числом источников или приемников информации.



    Предварительный просмотр:

    ПРАКТИЧЕСКАЯ  РАБОТА № 12

    Тема: Изучение структурной схемы и принципа работы микропроцессора.

    Цель работы: изучить схему МП, её элементы и их назначение, работу схемы.

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими положениями.

    2. Зарисовать структурную схему МП и описать его принцип действия.

    3. Составить характеристическую таблицу основных регистров МП.

    4. Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы.

    Основные теоретические сведения

    МП состоит из трёх основных блоков: арифметически – логического устройства (АЛУ), блока внутренних регистров и устройства управления. Для передачи данных между этими блоками используют внутреннюю шину данных.

    АЛУ выполняет логические операции и функции обработки данных (сложение, И, ИЛИ, НЕ, сдвиг по разрядам). Аккумулятор выполняет манипуляцию с данными, то есть расставляет их в той последовательности, в которой они должны поступать в АЛУ согласно алгоритма и программы. Аккумулятор является специальным и универсальным устройством, так как он выполняет ещё операции с данными, прежде чем разместит их внутри себя.

    Регистры выполняют временное хранение информации и делятся на регистры общего назначения (РОНы) и специальные регистры. Счётчик команд формирует очередную команду, из которой состоит программа вычисления, то есть он отвечает за последовательность выполнения команд. Регистр команд содержит команду в процессе её дешифрации и выполнения. Данные в регистр команд поступают с регистра адреса памяти (РАП) (прямой доступ к памяти). РАП. При каждом обращении к этому регистру указывается область памяти, подлежащая использованию МП. Выход с этого регистра называется адресной шиной. Буферные регистры предназначены для временного хранения информации. Сигнал задерживается до тех пор, пока он не будет востребован АЛУ. Регистр состояния предназначен для хранения результатов обработки данных, которые осуществляются в процессе выполнения программы.

    Роль Устройство управления (УУ) в МП заключается в поддержании требуемой последовательности функционирования всех элементов МП. По сигналу с УУ очередная команда извлекается из регистра команд, и определяются действия с данными. УУ обеспечивает последовательность действий для выполнения задачи.

    Главная функция УУ - декодирование команд, находящихся в регистре команд. Специальная функция УУ - управление последовательностью включения питания и управления процессом прерывания. Шина управления обеспечивает внешний интерфейс с внешними устройствами, а внутренняя шина данных обеспечивает интерфейс или связь между операционной и управляющей частью.

    Указатель стека - это элемент памяти, представляющий собой набор регистров или ячеек памяти, выборка данных из которых производится по принципу: «первым уходит тот, кто пришёл последним».

    Контрольные вопросы:

    1. Дайте определение МП.
    2. Назовите основные блоки и устройства МП.
    3. Объясните порядок выполнения операции, дать определение понятию «слово».
    4. Объяснить, от чего зависит производительность МП.


    Предварительный просмотр:

    ПРАКТИЧЕСКАЯ  РАБОТА № 13

    Тема: Изучение структурной схемы и принципа работы АЛУ.

    Цель работы: изучить схему АЛУ, её элементы и их назначение и работу схемы.

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими положениями.

    2. Зарисовать структурную схему АЛУ и описать его принцип действия.

    3. Составить характеристическую таблицу основных блоков АЛУ.

    4. Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы.

    Основные теоретические сведения

    АЛУ предназначено для выполнения арифметических и логических операций, согласно системы микрокоманды (МК). Микросхема АЛУ включает в себя следующие блоки:

    • блок регистров общего назначения (РОН) предназначен для оперативного хранения данных и состоит из шестнадцати 16-разрядных регистров от R0 – R15, восемь из них от R0 до R7 являются программнодоступными;
    • регистр состояния (PC) имеет 16 разрядов, 4 служат для индекации или отображения информации и 12 используются в ряде МК, как РОНы; исполнение регистров базируется на триггерах: триггер, отражающий переполнение, равенство нулю и расширение.
    • аккумулятор (АКК) предназначен для временного хранения слов, знаков;
    • регистр микрокоманд (РМК) предназначен для записи и хранения 12-разрядного кода микрокоманды (МК), который поступает по магистрали команд;
    • регистр режимов (РР) содержит режимы функционирования микросхемы АЛУ;
    • блок расширения (БР) предназначен для согласования операций переноса, сдвига и для включения дополнительных микросхем, которые обеспечивают расширение;
    • буферный регистр (БР) магистрали данных (МД) позволяет увеличить пропускную способность данных, осуществляет обмен данных (приём и выдача информации);
    • буфер МС предназначен для выдачи результатов вычислений.
    • блок управления (БУ) предназначен для дешифрации МК и формирования управляющих сигналов этой микросхемы.
    • блок синхронизации (БС) предназначен для формирования внутренних синхронных сигналов, которые обеспечивают режимы работы микросхемы и внешних сигналов, а также синхронную работу схем, входящих в микропроцессор.

    Контрольные вопросы:

    1.  Дайте определение понятию «АЛУ».
    2.  Какие устройства входят в состав АЛУ?
    3.  Назовите арифметические действия АЛУ.
    4.  Назовите логические операции в АЛУ.
    5.  На какое устройство выводят результаты действий АЛУ?
    6.  С какими устройствами взаимодействует АЛУ?


    Предварительный просмотр:

    ПРАКТИЧЕСКАЯ  РАБОТА № 14

    Тема: Изучение структурной схемы и принципа работы устройства управления.

    Цель работы: изучить схему ЗУ, её элементы и их назначение и работу схемы.

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими положениями.

    2. Зарисовать структурную схему.

    3. Перечислить и охарактеризовать входящие в нее элементы.

    4. Описать путь прохождения сигнала У.

    4. Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы.

    Основные теоретические сведения

    В состав любого управляющей памяти входят следующие элементы:

    • регистр команд (РК) и регистр состояния (PC) - они предназначены для приёма и хранения поступающей из вне информации. Соответственно на РК идут коды команд, на PC - слова состояния процесса;
    • регистр следующего адреса (РСА) предназначен для запоминания следующего адреса микрокоманды;
    • регистр микрокоманд (РМ) предназначен для хранения выбранной микрокоманды;
    • Блок синхронизации (БС) предназначен для выработки внутренних сигналов, формирующие временную диаграмму работы микросхемы.
    • КК, Ф1, В, П (выводы микросхем) - эти выводы обеспечивают обмен сигналов, передачу информации по магистрали и синхронизацию процесса приёма информации;
    • R1, RO - для передачи сигналов в начальную установку;
    • регистр управления (РУ) предназначен для задания режимов работы блока БС;
    • программируемая логическая матрица (ПЛМ) предназначена для хранения системы команд и для преобразования их в микрокоманды (МК).

    Выполнение микрокоманд состоит из следующих комбинаций:

    1. приём и дешифрация МК (фаза приёма);
    2. чтение информации из РОНов, а также с аккумулятора и PC; в этой же фазе параллельно чтению идёт процесс обработки информации в АЛУ и прохождение сигнала по шине данных;
    3. запись - это окончание обработки данных и запись в PC или занесение;
    4. выдача результатов операций в магистраль данных (МД).

    По наличию тех или иных фаз в МК их условно делят на: МК без обмена данных с МД; с выдачей результатов в МД; приём данных по МД.

    Структурная схема управляющей памяти связана со схемой АЛУ через 12-разрядную шину МК.

    Контрольные вопросы:

    1. Дайте определение понятию «Запоминающее устройство».
    2. Какие основные виды ЗУ вы знаете?
    3. Для чего используются ОЗУ и ПЗУ?
    4. Чем отличается структурные схемы ОЗУ и ПЗУ и почему?
    5. Какие виды логической матрицы используются при построении ЗУ?