Основы микропроцессорной техники

Микропроцессор (МП) представляет собой функционально завершенное универсальное программно-управляемое устройство цифровой обработки данных, выполненное в виде одной или нескольких микропроцессорных БИС.

Микропроцессорные БИС относятся к новому классу микросхем, одной из особенностей которого является возможность программного управления работой БИС с помощью определенного набора команд. Эта особенность нашла отражение в программно-аппаратном принципе построения микропроцессорных систем (МС) - цифровых устройств или систем обработки данных, контроля и управления, построенных на базе одного или нескольких МП. Программно-аппаратный принцип построения МС является одним из основных принципов их организации и заключается в том, что реализация целевого назначения МС достигается не только аппаратными средствами, но и с помощью программного обеспечения - организованного набора программ и данных /9/.

Микросистема общего назначения, содержащая кроме одного или нескольких МП память для хранения управляющих программ и данных, а также средства обмена информацией с периферийными устройствами ввода-вывода, называется микропроцессорной ЭВМ (микро-ЭВМ). Микро-ЭВМ, совмещенная с периферийными устройствами, называется микро­вычислительным комплексом.

7.1 Общая характеристика эвм

Микро-ЭВМ — это конструктивно законченное вычислительное устройство, имеющее свой источник питания, пульт управления, узлы ввода-вывода информации, что позволяет использовать его в качестве автономного, независимо работающего устройства со своим программным обеспечением.

На практике нередко применяют функциональный блок, содержащий микропроцессорный комплект и оформленный конструктивно в виде платы. Он может выполнять роль микро-ЭВМ, встраиваемой в измерительный прибор или другую аппаратуру (без источника питания, корпуса, пульта управления, пе­риферийных узлов), но не способной работать как самостоятельное, автономное устройство. Такой блок, выполняющий функции управления, называют микроконтроллером. Иногда для сокращения его называют просто контроллером. Он может быть программируемым и непрограммируемым. Контроллеры для измерительных систем выпускают и в виде автономных устройств.

7.1.1 Основные узлы эвм

Образно говоря, ЭВМ - это «фабрика» по переработке информации, в которую вводится исходная, а выводится обработанная информация, представленная в виде последовательности чисел, таблиц, графиков, текста. Но это - внешняя сторона. Если же окинуть ЭВМ взглядом «изнутри», поинтересоваться ее устройством, то выяснится, что структура ЭВМ может быть представлена основными узлами, изображенными на рисунке 7.1.

Арифметическо-логическое устройство (АЛУ) предназначено для вы­полнения арифметических и логических операций. K арифметическим операциям относятся операции сложения, вычитания, умножения и деления чисел.

Рисунок 7.1

Основные логические операции, используемые в ЭВМ: - логическое умножение (иначе называемое конъюнкцией, операцией И), обозначаемое знаком « ^л » (рисунок 7.2):

Логическая схема «НЕ» действует как инвертор.

Перечисленные выше операции «И», «ИЛИ», «НЕ» позволяют реализовать любую переключательную функцию. Такая система называется базисом. В настоящее время в вычислительной технике, как правило, используется либо элементы «И-НЕ», либо «ИЛИ-НЕ». Эти элементы обладают замечательным свойством. Оно заключается в том, что каждый из них образует функционально полную систему, состоящую из одного элемента. Указанное обстоятельство приводит к сокращению номенклатуры элементов, то есть вместо трех элементов «И», «ИЛИ», «НЕ» можно использовать один элемент «И-НЕ», либо элемент «ИЛИ-НЕ». Обозначения элементов «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ», «И-ИЛИ-НЕ» приведены на рисунках 7.5 а, б, в соответственно.

Управляющее устройство (УУ) осуществляет управление работой всех

остальных узлов, а также потоками информации внутри ЭВМ. Действия УУ определяются командами. Совокупность команд, которые должны быть выполнены для решения данной задачи, называется программой.

Запоминающее устройство (ЗУ), или память ЭВМ служит для хранения программ и обрабатываемой информации—данных. Память состоит из блоков одинакового размера, называемых ячейками. Каждая ячейка, в свою очередь, состоит из элементов памяти. Один элемент может хранить только одну двоичную цифру: 1 или 0. Совокупность единиц и нулей, заполняющих ячейку, называют содержимым ячейки памяти. Чтобы ввести число в ячейку или из­влечь ее содержимое, необходимо указать адрес этой ячейки.

Периферийные устройства—это устройства ввода и вывода (УВВ) информации, которые выполняют функции считывания данных с перфоленты ила другого носителя, преобразования их к форме, требуемой для ввода в ЭВМ (форме, «понятной» машине), а также фиксации результатов обработки инфор­мации, т. е. отображения их в виде чисел, текста или графика на экране дис­плея, печатания с помощью телетайпа, запоминания и т. п. Напомним, что дисплей - это устройство отображения информации, выполняемое на основе электронно-лучевой трубки, газоразрядых панелей, жидких кристаллов и т. п. /7, 9/.

Тесная связь между АЛУ и УУ позволяет рассматривать их как единое целое, называемое центральным процессором, или сокращенно, просто процессором (от англ. to рrосеcc—обрабатывать). Таким образом, процессор— это устройство ЭВМ, осуществляющее автоматическую обработку информации в соответствии с заданной программой.