Микропроцессорная система (стр. 2 из 6)
.Назовите известные Вам типовые комбинационные цифровые устройства и охарактеризуйте их работу.
Шифраторы, а)дешифраторы, мультиплексоры, сумматоры.
ПодКЦУ мы будем понимать цифровое устройство (ЦУ), которое обеспечивает преобразование совокупности цифровых сигналов Х в выходные сигналы Y. Для формирования цифровых выходных сигналов используются ЦУ двух классов:
ЦУ, выходные сигналы у которых в некоторый момент времени tn зависят только от совокупности (комбинации) сигналов Х, присутствующих на их входах в тот же момент времени tn, и не зависят от входных сигналов, поступивших в предшествующие моменты времени. Иными словами, ЦУ этого класса “не помнит” предыстории поступления сигналов на его входы. Такие ЦУ принято называть комбинационными (КЦУ);
ЦУ, выходные сигналы у которых в момент tn определяются не только комбинациями входных сигналов Х, воздействующих в тот же момент tn, но и сигналами, поступающими на входы в предшествующие моменты времени. В состава таких ЦУ обязательно присутствуют элементы памяти, внутреннее состояние которых отражает предысторию поступления последовательности входных сигналов. Подобные ЦУ принято называть последовательностными (ПЦУ) или конечными автоматами.
Дешифратор (рис А) – это устройство, предназначенное для преобразования двоичного кода в напряжение логической единицы (логического нуля) на том выходе, номер которого совпадает со значением двоичного кода на входе. При n входах в полном дешифраторе имеется 2n выходов, т.е. для каждой комбинации входных сигналов имеется соответствующий выход. Дешифратор, у которого при n входах число выходов меньше 2n, называется неполным. Другое название дешифратора - декодер. Принцип работы полного трехразрядного дешифратора рассмотрим на примере его таблицы истинности.
| Входы | Выходы | |||||||||
| X3 | X2 | X1 | Y7 | Y6 | Y5 | Y4 | Y3 | Y2 | Y1 | Y0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| и т. д. | ||||||||||
Шифраторы(рисБ) выполняют задачу обратную той, которую выполняют дешифраторы: появление логической единицы (логического нуля) на определенном входе приводит к появлению соответствующей кодовой комбинации на выходе. Также как и дешифраторы, шифраторы бывают полными и неполными. Работа восьмивходового полного шифратора задается следующей таблицей истинности:
| Входы | Выходы | |||||||||
| X7 | X6 | X5 | X4 | X3 | X2 | X1 | X0 | Y3 | Y2 | Y1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| и т. д. | ||||||||||
Мультиплексор – (рис В) комбинационное цифровое устройство, которое обеспечивает передачу на единственный выход F одного из нескольких входных сигналов Dj в соответствии с поступающим адресным кодом Ai. При наличии n адресных входов можно реализовать M=2n комбинаций адресных сигналов, каждая из которых обеспечивает выбор одного из M входов. Чаще всего используются мультиплексоры «из 4 в 1» (n=2, M=4), «из 8 в 1» (n=3, M=8), «из 16 в 1» (n=4, M=16). Правило работы мультиплексора «из 4 в 1» можно задать таблицей истинности:
 |
| Входы |  Выход | |
| A1 | A0 | F |
| 0 | 0 | D0 |
| 0 | 1 | D1 |
| 1 | 0 | D2 |
| 1 | 1 | D3 |
 |
 |
Демультиплексор выполняет функцию, обратную мультиплексору, т.е. в соответствии с принятой адресацией Ai направляет информацию с единственного входа D на один из M выходов Fj. При этом на остальных выходах будут логические нули (единицы). Принцип работы демультиплексора «из 1 в 4» иллюстрируется таблицей истинности:
| Входы | Выходы | ||||
| A1 | A0 | F3 | F2 | F1 | F0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | D |
| 0 | 1 | 0 | 0 | D | 0 |
| 1 | 0 | 0 | D | 0 | 0 |
| 1 | 1 | D | 0 | 0 | 0 |
Сумматоры – это класс КЦУ, выполняющих операцию арифметического сложения двух двоичных n-разрядных чисел. Сумматоры бывают полными и неполными. Неполный сумматор или полусумматор - это комбинационное устройство с двумя входами и двумя выходами, выполняющее операцию сложения двух одноразрядных чисел в соответствии с таблицей истинности, где А и В – входные одноразрядные числа, Sп/см. – выход суммы, а Pп/см. – выход переноса в старший разряд:
 |
| Входы | Выходы | ||
| А | В | Sп/см. | Pп/см. |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
Аппаратные средства микропроцессорной системы. Командный и микропрограммный уровни программного управления микропроцессором
В общем случае в состав МП входят арифметико-логическое устройство, устройство управления, а также связанные с ними вспомогательные регистры. Арифметико-логическое устройство микропроцессора служит для выполнения арифметических и логических операций над данными, поступающими из памяти или из устройств ввода. Устройство управления управляет потоком данных и команд. Это устройство выбирает из памяти команды, дешифрирует и выполняет их, посылает результаты на устройства вывода. Принципы управления микропроцессорами.
Каждая операция, задаваемая командой, обычно требует для своей реализации выполнения определенной последовательности элементарных, неразложимых на более простые, преобразований, которые называются микрооперациями. К ним относятся пересылки информации между частями системы, логические поразрядные операции, сдвиги информации и другие. Каждая микрооперация выполняется в течение одного периода (такта) сигналов синхронизации. Эти сигналы имеют вид импульсов, последовательность которых вырабатывается специальным генератором синхроимпульсов.
Команды, определяющие выполнение микроопераций, называются микрокомандами. Таким образом, для каждой команды можно составить последовательность микрокоманд, определяющих ее реализацию. Для реализации команды требуется в среднем 5-10 микрокоманд.
В соответствии с разбивкой команды на микрокоманды различают два уровня программного управления: командный и микропрограммный. В зависимости от реализации того или другого уровня программного управления МП делят на два класса. Рассмотрим основные особенности каждого из них.
МП с управлением на уровне команд требует, чтобы программа была составлена с использованием строго определенного набора (списка) команд. Перевод команд в последовательность микрокоманд обеспечивается "жесткой" логикой устройства управления (УУ) МП, т.е. за счет постоянных, заранее предусмотренных логических связей УУ, с помощью которых для данной конкретной команды в каждом такте формируется определенная совокупность управляющих сигналов, обеспечивающая выполнение очередной микрокоманды. УУ проектируется на свой список команд, поэтому дальнейшее наращивание и изменение списка команд не допускается. При необходимости выполнить операции, для которых нет соответствующих команд в списке, составляются подпрограммы. Каждая подпрограмма состоит из группы разрешенных для данного МП команд и приводит к выполнению требуемой операции. Очевидно, что решение задач с использованием подпрограмм значительно снижает скорость обработки и, следовательно, эффективность применения МП. Поэтому стремятся к тому, чтобы МП с управлением на командном уровне имели развитую систему команд.
В МП с управлением на уровне микропрограмм преобразование команд в соответствующую последовательность микрокоманд отсутствует и программа работы МП задается в микропрограммном виде, т.е. непосредственно в микрокомандах. Поскольку, как уже говорилось, для реализации одной команды в среднем требуется выполнение 5-10 микрокоманд, то объем микропрограмм значительно превышает объем соответствующих программ. Поэтому составление и отладка микропрограмм требуют больших затрат времени. Из-за громоздкости микропрограмм и трудностей по их составлению и контролю для таких МП обычно вводят второй уровень программного управления - командный. Для этого разрабатывается система команд. Можно, например, использовать систему команд какой-нибудь большой ЭВМ с хорошо развитым программным обеспечением и приспособить ее для данного МП. С этой целью для каждой команды составляется микропрограмма, т.е. каждая команда представляется последовательностью микрокоманд. При работе МП преобразование команды в соответствующую последовательность микрокоманд происходит с помощью микропрограммного устройства управления, которое реализуется в виде отдельной специализированной БИС.