Материал: МИУС

30. Коды называются модифицированными, если …

• знак «+» кодируется как 0, а «-» как 1

• Знак «+» кодируется как 00, а «-» как 11

• Знак «+» кодируется как 11, а «-» как 00

31. В каком случае возникает переполнение

• Результат операции превышает максимальное представимое число

• Результат операции оказывается меньше минимального представимого числа

• Оба высказывания верны

Варианты заданий для самостоятельной работы приводятся в Приложениях 1,2,3.

Библиографический список

1. Савельев А.Я. Арифметические и логические основы цифровых автоматов. М., Высшая школа, 1980.

1. В.В Григорьев . Системы счисления. Определение. Ковертация. Учебное пособие, Спб, ПГУПС,2007.

2. В.В Григорьев. Сложение чисел в ЭВМ. Методические указания. 2007 Спб, ПГУПС.

2. Микропроцессоры

2.1. Особенности архитектуры

Микропроцессором (МП) называется функционально законченное устройство, представляющее собой вариант процессора современной ЭВМ и реализованное в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС).

Микропроцессорный комплект (МПК) – это совокупность микропроцессорных и других интегральных микросхем, совместимых по архитектуре, конструктивному исполнению и электрическим параметрам и обеспечивающих возможность совместного применения.

Микроконтроллер – устройство логического управления, выполненное на основе одной или нескольких МП-БИС. Он может быть программируемым и непрограммируемым и обычно имеет специальный интерфейс, обеспечивающий связь с конкретным управляемым устройством.

Микро-ЭВМ – ЭВМ в состав которой входит МП, память, средства связи с пультом управления (ПУ), при необходимости – ПУ и источник питания, объединенные общей конструкцией.

Микропроцессорная система (МПС) – это любая вычислительная, контрольно-измерительная или управляющая система, в которой для обработки информации используется МП.

Архитектура МП – это общая логическая организация МП, определяющая процесс обработки данных в нем и включающая:

• методы кодирования данных;

• состав;

• назначение;

• принципы взаимодействия аппаратных средств и ПО.

Основные отличия МП от процессоров определяются интегральным исполнением:

• ограниченное число выводов микросхемы;

• ограниченное число элементов на кристалле;

• трудность организации большого числа внутрикристальных связей.

Существуют два основных подхода к интегральной реализации процессора – вертикальное и горизонтальное разделение схемы на отдельные блоки, которые по числу элементов и количеству выводов могут быть реализованы в виде интегральной схемы.

При вертикальном разделении схема процессора делится на функционально законченные блоки, которые могут быть реализованы в виде БИС.

При горизонтальном разделении схема процессора представляется в виде n одинаковых слоев (slice), включающих отдельные фрагменты всех функциональных устройств.

Такое разделение породило два типа архитектуры МП:

1) МП имеет фиксированную разрядность, фиксированный список команд, жесткое (аппаратное) управление (однокристальные МП).

2) МП имеет наращиваемую разрядность и микропрограммное управление (секционированные или слайсовые МП).

МП могут классифицироваться по различным признакам:

• по технологии;

• по способу управления;

• по числу шин;

• по числу команд,

• по способам адресации команд;

• по разрядности и т.д.

Но, несмотря на все различия, МП, как любое устройство обработки цифровой информации, можно разделить на операционный и управляющий блоки (операционный и управляющий автоматы). В теории автоматов такое деление называется декомпозицией.

Операционный блок

(ОБ)

Операнды результаты

Управляющий блок

(УБ)

сигналы

оповещательные

к од операции сигналы

Рис.6. Декомпозиция автоматов

Функции ОБ:

• прием и хранение операндов;

• преобразование операндов;

• выдача результатов и оповещательных сигналов о знаках, особых значениях операндов, особых значениях промежуточных и конечных результатов.

УБ вырабатывает последовательность управляющих сигналов, обеспечивающих выполнение в ОБ нужной последовательности микроопераций (микрокоманд).

Управляющий блок может быть организован двумя способами:

1.УБ аппаратного типа (с жесткой или схемной логикой). В этом случае организуется набор комбинационных схем, которые в нужный момент времени вырабатывают соответствующие управляющие сигналы.

2. УБ с микропрограммным управлением. В этом случае в памяти УБ (в ПЗУ) хранятся микрокоманды, каждая из которых содержит информацию о микрооперациях, подлежащих выполнению в течение одного машинного такта и адрес следующей микрокоманды.

Программные единицы связаны следующей иерархией:

Программа

Команда

(операция;

микропрограмма)

микропрограмма

(микрооперация)

На рис.7 приведена типовая архитектура микропроцессорной системы.

шина адреса (AB)

шина данных (DB)

RAM

RAM

ROM

ROM

CPU

ROM

RAM

In/Out

_ __ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ __

КПр

ППИ

КПД

УСАПП

ПрТ

_ __ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ __

Внешние устройства

рис.7. Типовая архитектура микропроцессорной системы

Разрядность двунаправленной шины данных – от 8 разрядов.

Разрядность шины адреса – от 16 разрядов.

CPU – центральное процессорное устройство. Обеспечивает выполнение всех операций в соответствии с заданным алгоритмом. Практически обеспечивает выполнение всего процесса функционирования системы.

ROM (ПЗУ) – постоянное запоминающее устройство.

RAM (ОЗУ) – оперативное запоминающее устройство.

In/Out - интерфейсы ввода-вывода (порты ввода-вывода). Обеспечивают связь системы с внешними устройствами.

КПр - программируемый контроллер прерываний.

ППИ- программируемый параллельный интерфейс.

КПД- контроллер прямого доступа к памяти для управления внешними запоминающими устройствами.

УСАПП – программируемый последовательный интерфейс (универсальный синхронно-асинхронный приемо-передатчик).

ПрТ – программируемый таймер.

Однокристальные МП с малой разрядность шин данных и адреса ориентированы на применение в устройствах цифровой автоматики, в управляющих блоках периферийных устройств ЭВМ.

МП с большой разрядностью шин обладают следующими достоинствами:

• большой объем адресуемой памяти;

• развитая система команд;

• разнообразные способы адресации:

• встроенные векторные системы прерываний;

• автоматическое обнаружение отказов питания.

Ниже на рис. 8 представлена архитектура микропроцессора КР1821ВМ85А.

ШД – 8-разрядная шина данных.

Внутренняя шина данных связывает между собой все блоки МП. Ее разрядность равна разрядности информационного слова.

ША – 16-разрядная шина адреса.

ШУ – шина управления.

МЕМ – память.

PORT – устройства ввода-вывода (порты).

Шина – группа проводов передачи информации, объединенных одним общим функциональным признаком. МП имеет три шины. Совокупность шин образует магистраль.

РОН – регистры общего назначения. Служат для хранения операндов, промежуточных результатов, могут использоваться для хранения адресов памяти. РОН могут объединяться в пары для работы с 16-разрядными данными – BC, DE, HL. Все РОН программно доступны. Разрядность каждого РОН равна разрядности шины данных.

MX/DX- мультиплексор-демультиплексор. Обеспечивает передачу данных с внутренней шины данных в блок РОН.

W,Z – регистры временного хранения. Служат для временного хранения второго и третьего байта кода команды. Регистры программно недоступны.

SP – 16-разрядный указатель стека. В нем хранится адрес последней занятой ячейки стека (вершины стека). При записи данных содержимое регистра увеличивается на 1, а при чтении – уменьшается на 1. Стек реализуется в основной памяти с дисциплиной LIFО.

РС – 16- разрядный счетчик команд (программный счетчик). Используется для приема и хранения текущего адреса команды. При выборке каждого байта команды содержимое программного счетчика автоматически увеличивается на 1, при этом первый байт всегда передается в регистр команд RI.

I/D – схема инкремена-декремента. Позволяет автоматически увеличить или уменьшить на 1 содержимое регистра адреса и совместить во времени модификацию адреса и выполнение операции в АЛУ.

RGA – буферный регистр адреса. Служит для приема и хранения адресной части команды. Разрядность регистра равна разрядности шины адреса.

BD – буферный регистр данных. Используется для временного хранения выбранного из памяти слова перед его передачей на внутреннюю шину данных или для временного хранения результата перед его выдачей во внешнюю шину данных.

IR – регистр команд. Принимает и хранит код очередной команды, адрес которой хранится в программном счетчике.

DCкоманд – дешифратор кода команды.

ALU – 8-разрядное арифметико-логическое устройство. Предназначено для выполнения арифметических и логических операций.

АСС – регистр-аккумулятор или просто аккумулятор. Предназначен для временного хранения операнда или промежуточного результата. При выполнении операции с двумя операндами в А хранится один из операндов, а после выполнения операции – результат. Разрядность А равна разрядности информационного слова.

TR – регистр временного хранения. Предназначен для временного хранения одного из операндов перед выполнением операции в АЛУ.

CU – устройство управления. Вырабатывает последовательность управляющих сигналов, обеспечивающих выполнение микрооперации, расшифрованной по коду операции.

RF – регистр признаков или регистр флагов. В нем формируются признаки результата операции, выполненной в АЛУ. Регистр 8-разрядный, формирует 5 признаков (флагов).

7 6 5 4 3 2 1 0

S

Z

AC AAC

P

C

0 0 1

S - знак результата.

S = 1 – результат отрицательный; S = 0 – результат положительный.

Z – признак нулевого результата.

Z = 1 – результат равен нулю; Z =0 – результат ненулевой.