Раздел 3 Микропроцессорная техника

Тема 3.1 Арифметические и логические основы эвм

Содержание программы

Позиционные системы счисления. Представление чисел с фиксированной и плавающей запятой. Форматы данных. Выполнение арифметических операций над двоичными числами. Физические формы представления информации. Ос­новные логические элементы ЭВМ.

Методические указания

Под системой счисления (СС) понимают совокупность приемов и правил обозначения и наименование чисел. Различают два типа систем счисления: непо­зиционные и позиционные.

Необходимо ознакомиться со способами перевода чисел из одной СС в другую.

Разнообразные арифметические и логические операции выполняются в устройствах, называемых арифметическо-логическими устройствами (АЛУ). В цифровых ЭВМ обрабатываются данные трех типов: числа могут быть представ­лены в естественной (с фиксированной точкой ) и натуральной (с плавающей точкой) форме; логические значения – имеют фиксированную разрядность и рассматриваются как наборы независимых друг от друга логических перемен­ных; текстовая информация (набор символов) - буквы, цифры, знаки.

При изучении этой темы следует ознакомиться с правилами кодирования чисел (прямой, обратный и дополнительный коды) и правилами двоичной арифметики (основное внимание уделить сложению и вычитанию чисел в кодах).

Основным блоком АЛУ является сумматор, поэтому следует рассмотреть принцип построения одноразрядных полусумматоров и полных сумматоров (их синтез); многоразрядных сумматоров.

Контрольные вопросы

1 Дайте определение АЛУ.

2 В каких формах могут быть представлены данные? Объясните суть этих форм.

3 Для чего двоичные числа представляют в прямом, обратном и дополни­тельных кодах?

4 Перечислите правила двоичной арифметики.

5 Дайте определение одноразрядных полусумматора и полного сумматора. Синтезируйте их схемы.

6 Постройте полный одноразрядный сумматор на полусумматорах. 7 Объясните принцип построения многоразрядных сумматоров.

Тема 3.2 Устройства, входящие в состав эвм, микроЭвм

Содержание программы

Структурная схема ЭВМ, микроЭВМ. Назначение основных блоков, их связь в системе, принцип функционирования. Арифметико-логические устрой­ства процессоров. Устройства управления. Запоминающие устройства микро­процессорных систем (классификация ЗУ, характеристики; типы ЗУ; организа­ция памяти микроЭВМ). Периферийное оборудование микроЭВМ (назначение, основные характеристики, классификация, устройства ввода-вывода информа­ции, система отображения информации, устройства ввода-вывода аналоговой информации, устройства внешней памяти).

Методические указания

Структурная схема ЭВМ состоит из блоков: арифметико-логическое уст­ройство (АЛУ), устройство управления (УУ), память ЭВМ (запоминающие уст­ройства), устройства ввода и вывода информации.

Необходимо рассмотреть схемы ЭВМ для различных поколений ЭВМ и определить основные принципы построения.

АЛУ служат для выполнения арифметических и логических действий над двоичными числами и алфавитно-цифровыми кодами. АЛУ классифицируются:

а) по способу действия над операндами:

- последовательного действия;

- параллельного действия;

- параллельно-последовательного действия;

б) по способу представления чисел:

- для двоичных чисел с фиксированной точкой;

- для двоичных чисел с плавающей точкой;

- для десятичных чисел ( в двоично-десятичном поле);

в) по характеру использования элементов и узлов:

-комбинационного типа;

-блочного типа.

Следует рассмотреть типовую структурную схему АЛУ, определить назна­чение основных блоков. Входящее в МП устройство управления (УУ) выполняет две основных функции: управление выполнением операций и выборку команд программы в необходимой последовательности, их дешифрацию и обработку составляющих их частей. В настоящее время в MП используются два типа УУ выполнением операций: - УУ с микропрограммным' управлением; -УУ с «жест­кой» логикой.

В состав ЭВМ входят различного назначения запоминающие устройства, обеспечивающие хранение и выдачу кодов чисел и команд. Обычно ЭВМ имеет многоступенчатую структуру памяти различного типа и назначения:

- внутренние ЗУ (ОЗУ и ПЗУ);

- внешние ЗУ (накопители различного типа, диски);

ВЗУ предназначены для хранения больших объемов информации. Следует рассмотреть следующие ВЗУ:

- накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

- накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД типа «Винчестер»),

- накопители на оптических дисках (НОД);

- накопители на магнитооптических дисках (НМОД);

Периферийные устройства ЭВМ предназначены для ввода, вывода и хра­нения данных с последующим их вводом в ЭВМ являются средствами коммуни­кации ЭВМ с внешними источниками и потребителями информации и обеспечи­вают согласование сигналов внешних объектов и сигналов, используемых в ЭВМ.

Все периферийные устройства ЭВМ обычно подразделяются на три боль­шие группы:

-устройства связи ЭВМ с человеком пользователем. Это прежде всего кла­виатуры (в которых используются клавишные переключатели различного типа: ); графопостроители; устройства управления курсором дисплея (манипуляторы типа «мышь», «джойстик», трекбол, сетевое перо), видеотерминалы (мониторы различного вида), печатающие устройства (принтеры, плоттеры) сканеры.

-устройства связи с объектами контроля и управления: различные датчики и исполнительные органы; цифроаналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразователи. ЦАП подразделяются па электрические и механические. АЦП можно разбить на четыре основные группы:

-преобразователи перемещений (линейных или угловых);

-преобразователи электрических величин (напряжений, токов или сопро­тивлений); - преобразователи интервалов времени;

-преобразователи следящего типа.

Контрольные вопросы

1 Дайте определение АЛУ и их классификацию.

2 Из каких блоков состоит АЛУ (дайте назначение этих блоков)

3 Дайте определение УУ.

4 Чем отличаются УУ с микропрограммным управлением и жесткой логи­кой?

5 Дайте определение ОЗУ, СОЗУ, ДОЗУ ПЗУ, ППЗУ, РПЗУ, кэш-памяти, флэш-памяти

6 Приведите примеры ВЗУ и дайте их краткую характеристику.

7 Дайте определение периферийным устройствам ЭВМ, их разделение на группы.

8 Объясните назначение ЦАП и их классификация.

9 Объясните назначение АЦП и их классификация.