Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Конспект лекции по курсу - Цифровой техники и микропроцессоры - файл Cifrovaia_tehnica_microprocessori_2.doc


Конспект лекции по курсу - Цифровой техники и микропроцессоры
скачать (274 kb.)

Доступные файлы (1):

Cifrovaia_tehnica_microprocessori_2.doc680kb.17.04.2002 23:03скачать

содержание
Загрузка...

Cifrovaia_tehnica_microprocessori_2.doc

  1   2   3   4   5   6   7
Реклама MarketGid:
Загрузка...
Узбекское агентство почты и телекоммуникаций

Ташкентский Электротехнический институт связи


Кафедра: ЦТ и УСЭ


КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ


Авторы: Юнусов. Д. Ю. Абрамова. Г. Н.


Ташкент - 2000.

ОГЛАВЛЕНИЕ

  1. АРХИТЕКТУРА ЭВМ


ЛЕКЦИЯ 1-2. МЕЖРЕГИСТРОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ И МИКРООПЕРАЦИИ

ЛЕКЦИЯ 3-4. ОПИСАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ С ЗАПОМИНАЕМОЙ ПРОГРАММОЙ

ЛЕКЦИЯ 5. ДИАГРАММА УПРАВЛЯЮЩИХ ПОСПЕЛОВАТЕЛЬНОСТЕЙ

ЛЕКЦИЯ 6-7. ФОРМИРОВАНИЕ УПРАВЛЯЮЩИХ СИГНАЛОВ В ЦЕНТРАЛЬНОМ БЛОКЕ УПРАВЛЕНИЯ МАШИНЫ

^ ЛЕКЦИЯ 8-9. АДРЕСАЦИЯ ПАМЯТИ

2. ОДНОКРИСТАЛЬНЫЙ МИКРОПРОЦЕССОР С ФИКСИРОВАННЫМ НАБОРОМ КОМАНД КР 580 ИК 80 А


ЛЕКЦИЯ 10-11. ЦИКЛ РАБОТЫ МИКРОПРОЦЕССОРА

^ ЛЕКЦИЯ 12. УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМОЙ

ЛЕКЦИЯ 13-14. СИСТЕМА КОМАНД МП КР580 ИК 80 А

ЛЕКЦИЯ 15-16. ОРГАНИЗАЦИЯ ИНТЕРФЕЙСА В ЭВМ

ЛЕКЦИЯ 17. СОГЛАСОВАНИЕ ВНЕШНИХ УСТРОЙСТВ

^ ЛЕКЦИЯ 18-19. КОМПОНЕНТЫ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ ИНТЕРФЕЙСОВ И ОСОБЕННОСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Предисловие

Широкая автоматизация процессов в сферах производства, научных исследований, эксплуатации оборудования с использованием средств вычислительной техники является основным направлением интенсификации физического и интеллектуального труда человека, повышения производительности труда. Решение этой задачи требует подготовки бакалавров в области автоматизации проектирования (устройств, систем, сетей), научных исследований (при моделировании эксперимента, постановке машинного эксперимента и т.д.) и управления (управления технологическими процессами, административно-организационного управления).

Основной технической базой автоматизации управления технологическими процессами являются специализированные микропроцессорные устройства (МПУ). Они являются предметом изучения на этапе базовой подготовки, предшествующей рассмотрению в специальных дисциплинах различных применений МПУ.

При изучении специализированных МПУ рассматриваются приемы проектирования как аппаратных, так и программных средств МПУ. Проектирование аппаратных средств требует знания особенностей микропроцессорных комплектов микросхем различных серий и функциональных возможностей микросхем, входящих в состав используемого комплекта, умения правильно выбрать серию. Проектирование программных средств требует знаний, необходимых для выбора метода и алгоритма решения задач, входящих в функции МПУ. для составления программы (часто с использованием языков низкого уровня - языка кодовых комбинаций, языка Ассемблера), а также умения использовать средства отладки программ. Всем эти вопросам и посвящено данный конспект лекций.

^ 1.АРХИТЕКТУРА ЭВМ

ЛЕКЦИЯ 1-2. МЕЖРЕГИСТРОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ И МИКРООПЕРАЦИИ

Всякая цифровая система, ЭВМ в том числе, представляет собой соединенные определенным образом функциональные узлы, которые выполняют определенные задачи по обработке информации. Отдельными функциональными узлами могут быть регистры, дешифраторы-сумматоры и т.д. В процессе обработки информации эти узлы должны получать данные и управляющие сигналы. Обычно для передачи данных выделяются, внутри цифровой системы, специальные шины данных. регистры и комбинационные схемы обычно объединяются в функциональные модули, например, арифметико-логическое устройство (АДУ). Для определения такого модуля необходимо указать число регистров, входящих в него и выполняемые функции обработки данных. Каждое элементарное действие над данными называется микрооперацией. Обычно на выполнение микрооперации отводится время, равное длительности импульса синхронизатора цифровой системы. Таким образом, для описания ЭВМ и любой цифровой системы необходимо указать следующее:

1) набор регистров, которые она содержит и их функции;

2) последовательность выполняемых микроопераций над двоичной информацией, хранящейся в регистрах;

3) сигналы управления, которые задают последовательности микроопераций, приводящие к определенной обработке данных.

Для задания необходимых последовательностей микрооперации можно пользоваться обычным языком, но это создает ряд трудностей. Первая из них многословность и неточность. Более удобно принять соответствующую символику. Обычно выполнение обработки информации производится при передаче данных из одного регистра в другой. Если на пути этой передачи есть комбинационные схемы, то будет производиться переработка по установленным правилам, если же нет, то это будет простая передача информации. Таким образом, описание функционирования машины сводится к описанию потоков данных циркулирующих между регистрами. Система обозначений и npaвил позволяющих описывать межрегистровые передачи и преобразование информации носит название языка межрегистровых передач. Согласно принятых в этом языке правил, регистры ЭВМ обозначаются заглавными буквами (за ними иногда следуют цифры). Обычно буквы выбирают так, чтобы было понятно назначение регистра. Например. регистр, который содержит адрес ячейки памяти ЭВМ называют

регистром адреса памяти и обозначают MAR (Memory Address Register).

Для указания числа разрядов регистра рядом с его буквенно-цифровым

обозначением в скобках указывается нумерация и число разрядов.

Например, R (0-23) - регистр R крайний левый разряд имеет номер О, а

крайний правый разряд 23, общее число разрядов равно 24.

Регистры специфицируются посредством описаний так как это показано

ниже регистры; R (0-23); MAR (0-23), F (0-5), G (0).

Для удобства чтения в описание регистров можно включить

комментарии, например, приведенное описание регистров можно

представить в следующем виде:

Регистры;

R (0-23)

; Буферный регистр




MAR ( 0 - 23)

; Регистр адреса памяти




F (0-5)

; Управляющий регистр




G ( 0)

; Старт стопный регистр управления


При выполнении межрегистровых передач часто производится передача только содержимого определенной части регистра, которая имеет свое функциональное назначение. Например, команда ЭВМ содержит два поля. Первoe - код операции, второе поле -адреса операндов. Естественно, код операции необходим для управления, а адреса для чтения данных из ЗУ. Для обозначения отдельных частей регистров, вплоть до отдельных его разрядов, служит понятие субрегистра. Так описание субрегистра Регистр- R (0-23),

Субрегистр, R (ОР) = R (0-5), R (ADD R) = R (9-23) означает, что левым шести битам регистра R присвоено символическое имя R (OP), а его правым 15 битам символическое имя R (ADD R). Определение таким образом субрегистра содержит соответственно код операции и адресную часть некоторой команды.

Передача данных между регистрами осуществляется посредством микроопераций межрегистровой передачи. Эти микрооперации осуществляют непосредственную передачу двоичной информации от одного регистра к другому. Содержимое регистра - источника не изменяется в процессе передачи.

Передача информации от одного регистра к другому может осуществляться параллельно или последовательно. Параллельная передача является одновременной передачей всех разрядов от исходного регистра к регистру назначения и выполняется за время одного синхроимпульса. Эта микрооперация обозначается в символической форме следующим образом:

АВ,

оно означает передачу содержимого регистра В в регистр А- Желательно, чтобы такая передача происходила не только с приходом каждого синхроимпульса, а только при определенном условии. Двоичное условие,

которое определяет когда должна произойти передача, называется

управляющей функцией. Это означает, что она может быть равна 0 или 1

Управляющая функция включается в микрооперацию следующим образом:

Р: АВ

Такая запись означает, что управляющая функция Р, за которой следует

двоеточие, символизирует тот факт, что сформулированная микрооперация выполняется аппаратными средствами, если Р = I. Управляющие функции формируются специальными схемами, которые могут содержать регистры, счетчики, дешифраторы и т.д. Управляющая функция в этих условиях представляет собой булеву функцию -произведение синхросигнала на управляющий сигнал. Например, управляющая функция Р равна I в любой момент равенства единицы синхросигнала Т1, и управляющего сигнала SJ:

T1.SJ: А—В





А) Общая щина


Б) шд

Общая щина

Рис. 1.1. система шин для четырёх регистров.Детализированная (а) и упрощенная (б) схемы


Обычно в составе ЭВМ имеется несколько регистров и для передачи информации из одного регистра в другой используется шинная организация. Для параллельной передачи число проводов в шине равно

числу триггеров в регистрах. Система шин образуется схемами с мультиплексорами. На рис. 1.1., а показано, как четыре регистра связаны посредством мультиплексоров с линиями связи общей шип. Каждый регистр имеет три триггера. Каждый мультиплексор 4х1 имеет четыре входных информационных линий, две селекторные линии и одну входную линию. Первый триггер каждого регистра связи с одним из входов самого левого на рисунке мультиплексора. Остальные триггеры подключаются аналогично.

Селекторные шины мультиплексоров запараллельны. Если на этих шинах код 00, то выбирается во всех мультиплексорах Iо, т.е. с обшей шиной соединен первый регистр А. Если на этих линиях код II, то четвертый регистр D

На рис. 1.1.6 показана упрощенная блок-схема шины. Предполагается, что мультиплексоры входят в состав шинной системы, хотя они не показаны на рисунке.

Шинная система может быть построена и без мультиплексоров, если выходы регистров имеют три устойчивых состояния. Выбор регистра в этом случае производится разблокировкой уп­равляющего входа, связанного с выходным каскадом, с тремя




ШД


R0 R1


Адрес регистра

Рис. 1.2.. Передача информации с шины в один из регистров


^ УСТОЙЧИВЫМИ СОСТОЯНИЯМИ.

Передача информации с шины в один из многих регистров может быть выполнена путем соединения линий шины со входами всех регистров, при наличии у каждого триггера регистра входа стробировання, по которому производится запись в него информации. Как показано на рис. 1, 2. линии шины связаны с информационными входами регистров. Активизация входа стробирования - записи конкретного регистра вызовет запись информации с шины в триггеры регистра. Для сокращения числа управляющих входов входы записи информации я регистры могут декодироваться с помощью дешифратора.

И каждый данный момент времени через шину может передаваться только одно сообщение. Если в одно и тоже время требуется осуществить две передачи, необходимо организовать две независимые шины. Большая цифровая система обычно использует несколько шин, причем каждый из ее регистров соединен с одной или несколькими шинами для образования различных путей, необходимых для передачи ннформации. Оператор шинной передачи может обозначать шину и управляющие функции, или же их присутствие в операторе подразумевается. Когда шина и управляющие функции включены в оператор, символика межрегистровой передачи может быть следующей : X.SO.S1: ШД— С;

УRo.R1: А* ШД

где So и Si - управляющие селекторные линии выбора для передающего регистра;

Rо и R1 - управляющие селекторные шины для приемного регистра;

x и у - сигналы управления,

В тех случаях, когда указывать шину данных не нужно и передача может быть выполнена за один такт можно записывать так ;x-^So-Sl, yRo^R1:

А С

Одним из основных блоков ЭВМ является ЗУ, которое можно считать состоящим из большого числа регистров, причем каждый регистр ЗУ -ячейка предназначен для хранения одного слова, функционально ЗУ состоит из следующих основных узлов (рис.):

накопителя (М), который представляет собой совокупность регистров;

регистра адреса ( МАК), который служит для записи и хранения адреса регистра -ячейки ЗУ, к которой производится обращение для записи или считывания; буферного регистра (R), служащего для временного хранения считываемой или записываемой в ЗУ информации. Микрооперация считывания информации является передачей из накопителя М, выбранного по адресу, записанному в MAR слова в регистр R. Символически это обозначается следующим образом:

О: R  М (MAR).

При выполнении процедуры записи информация из буферного регистра R записывается в регистр накопителя М по адресу указанному регистром MAR. Символически это обозначается следующим образом:

Р: M(MAR ) - R.

Очевидно перед записью или чтением ц регистр MAR должен быть помещен адрес (номер) регистра накопителя. В процессе выполнения рассмотренных в ЭВМ микроопераций производилась передача различной информации из одного регистра в другой. Однако в процессе выполнения различных операций в ЭВМ могут возникать события, которые влияют на то, в какой из регистров должна быть произведена пересылка информации или запрещена совсем. Когда микрооперация реализуется при выполнении некоторых условий, она записывается посредством условного микрооператора. Существует две конструкции условных микроопераций, IF... THE № и IF ... THE № ...ELSE, например:

Регистры G, F (0-5), C (0-14), D (0-14),

IF (G=0) THE №^ (F<-lO),

IF (G=1) THE №(С<-0,D<-0) EL.S-E (F-<-II).

Условие G=0 или G=1 в условном микрооператоре записывается посредством символа = (равно) или ^ (не равно). Если условие выполняется, то микрооператоры, стоящие между словами THE № и Е/„? Е, выполняются одновременно. Поэтому порядок, в котором

записаны части этого микрооператора, не играет роли при его опенке. Когда условие не удовлетворяется, выполняется тот микрооператор, который стоит всегда за Е/.5Е.


^ ЛЕКЦИЯ 3-4. ОПИСАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ С ЗАПОМИНАЕМОЙ ПРОГРАММОЙ


Теперь, когда рассмотрены отдельные конструктивные элементы и микрооперации приведем описание простейшей ЭШ. Это описание будет состоять из следующих основных частей:

- описание структуры,

- описание форматов данных и команд,

- описание списка команд,

- диаграмма управляющих последовательностей. Структура

Структура ЭВМ изображена в виде блок схемы на рис. 7.3- Эта схема

содержит:

Регистры: R (0-23); Буферный регистр

А (0-23); Регистры блока обработки информации

С (0-23)

MAR ( 0-15); Адресный регистр памяти

PC (0-! 5); Счетчик команд

PC (0 - 7); Управляющий регистр;

G Регистр пуска-останова

Субрегистры: R (ОР) =~ R (0-7); Поле кода операции R (ADDR) =R (0-23); Поле адреса операнда

Память М (МАК)-(0-64К. 0-23)

Дешифратор К (0 - 9) = F

Выключатели PW (ON); выключатель питания

START (ON); пуска машины

STOP (ON); останов машины

Описание вывода дешифратора команд

ADD=K (i); сигналы управления последовательностью сложении.

SUB= K (2); сигнал управления последовательностью вычитания

JMP= K (3); сигнал управления последовательностью безусловного перехода

SHR= K (4); сигнал управления последовательностью сдвига вправо один бит

JОМ=К (5); Сигнал управления последовательностью перехода по нулю

STO=K (6); Сигнал управления последовательностью записи информации ; вЗУ

LDА=К (7); Сигнал управления последовательностью чтения информации

из ЗУ

SТР=К (8); Сигнал управления последова­тельностью останова ЭВМ

СIL=К (9); Сигнал управления последовательностью циклического сдвига FЕТСН=К (0); Сигиал управления последовательностью выборки команды из памяти

Синхрогенератор Р (1-3); Трехфазный синхрогенератор

Описываемая ЭВМ содержит следующие основные узлы, представленные на рис.





Рис!.3 Функциональные схемы простой ЭВМ

Запоминающее устройство, блок обработки информации и центральный блок управления. Запоминающее устройство, в свою очередь, состоит из накопителя М, адресного регистра памяти МАК и буферного регистра-Блок обработки содержит три регистра: А и В - для хранения операндов, С - для хранения результата операции. В регистре С производится сдвиг информации -арифметический SHR и циклический Cil . Выполнение операций производится при передаче информации из регистров А и В в С. через комбинационные схемы.

В блоке обработки информации имеется флаговый регистр, который содержит один триггер - триггер переноса. Старший разряд регистра С при сдвигах переносится в триггер переноса и фиксируется там. Его значение учитывается при выполнении команд условной передачи управления. Центральный блок управления ЭВМ состоит из управляющего регистра F, дешифратора команд К, синхрогенератора Р и комбинационной схемы КС. Число выходов дешифратора К определяется числом команд ЭВМ. На выходах КС под действием сигналов с дешифратора, К и синкрогенератора Р формируются управляющие сигналы, которые собственно и вызывают перемещение информации в ЭВМ. Регистра G пуска-останова управляет запуском ЭВМ. Если G=0, то машина находится в режиме ожидания, при G=1 разрешается выборка и исполнение команд.

Слова в рассматриваемой ЭВМ имеют длину 24 бита. Слово используемое в качестве команды, содержит два поля: восьмибитовое поле кода операции и 16 битовое поле адреса операнда- Поле кода операции указывает содержание операции, а адресное поле определяет место размещения операнда в ЗУ. Команды одноадресные, т.е. в поле адреса указывается адрес одного операнда. Поэтому если в операции участвует два операнда для их извлечения из памяти необходимо две команды. Форматы команд и чисел-данных приведены на рис. 1.4.



0 23


OP ADDR


0 (а) 23


(б)




Рис. 1.4. Форматы команд (а) и данных (б).

При чтении команд из памяти они прежде всего попадают в буферный регистр памяти R. Поле кода операции ОР направляется в центральный блок управления, а адрес операнда в адресный регистр памяти MAR.

Машина может выполнять девять команд, которые условно обозначаются следующим образом: ADD, SUB, JOM, JMP, STO, SHR, CIL- LDA, STP. Содержание каждой команды и соответствующий ей код приведены в таблице 7.1., где <М> обозначает адрес памяти, указываемый в поле адреса команды. Этот адрес может являться либо адресом операнда, либо адресом команды при выполнении условной, безусловной передачи управления с помощью команды JOM и JMP.

Команда ADD производит сложение чисел, размещенных в регистрах А и В и помещает результат в регистр С. Перед выполнением команды операнд извлекается из памяти и помещается в регистр В. первый операнд был предварительно размещен в регистре А. На завершающем этапе выполнения команды из регистра С рзеультат переписывается в регистр А. и может служить первым операндом при выполнении следующей команды. Команда вычитания SUB выполняется аналогично ADD, только в С записывается разность операндов находившихся в регистрах А и В.

Команда условной передачи, управления JOM позволяет организовать разветвления в вычислительном процессе. Не выполнение состоит в определении значения триггера переноса, который имеется в блоке обработки информации и связан со старшим разрядом регистра С. В этот триггер информация записывается при выполнении арифметических операций и сдвигах. Если в триггере I, то в счетчик команд PC


Записывается содержимое адресного поля команды R (ADDR) и тем самым в счетчике команд оказывается адрес команды к которой следует произвести переход. В противном случае производится приращения счетчика команд PC-PC+1 и машина переходит к выполнению следующей команды.
  1   2   3   4   5   6   7



Скачать файл (274 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru