1. Двоичная арифметика.

Системы счисления:

1. Непозиционная.

Римская, пример: IV, VI.

Каждая цифра не меняет своего веса в зависимости от по­ложения в числе. Вес всего числа определяется с помощью арифметических действий.

2. Позиционная.

Арабская, например 753, 357.

Число определяется сложением отдельных весов цифр, но цифра меняет свой вес в зависимости от позиции в числе.

S – основание системы счисления;

A – весовой коэффициент цифры;

n - номер

Пример: 999=900+90+9

К позиционным системам счисления относятся также: дво­ичная, четверичная, восьмеричная, шестнадцатеричная. По формулам можно перевести из одной системы счисления в другую:

101101110(2) = 1*2⁸ + 0*2⁷ + 2⁶ + 2⁵ + 2³ + 2² + 2¹ =

= 256 + 64 + 32 + 8 + 4 + 2 = 366₍₁₀₎

или:

3 66 2

-

366 183 2

0 1 91 2

1 45 2

1 22 2

0 11 2

1 5 2

1 2 2

0 1

366(10) = 101101110(2)

В восьмеричной системе используются цифры 0 - 7. В шестнадцатеричной системе используют цифры 0 - 9, A, B, C, D, E, F.

Десятичная	Двоичная	Восьмеричная	Шестнадцатеричная
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16	0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 10000	0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 20	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 10

Перевод из восьмеричной или шестнадцатеричной системы в двоичную и обратно осуществляется просто:

101 | 101 | 110₍₂₎ 1 | 0110 | 1110₍₂₎

5| 5| 6₍₈₎ 1 | 6| С₍₁₆₎

Для обозначения системы счисления после цифры ставят одну из букв:

H - шестнадцатеричная

D - десятичная

B - двоичная.

Таблица сложения Таблица умножения

0+0 = 0 0*0 = 0

0+1 = 1 0*1 = 0

1+0 = 1 1*0 = 0

1+1 = 10 1*1 = 1

Примеры: 10101101 10101111

+1011101 - 1011100

100001010 01010011

1 0110110 101011110 1010

х 10101 - 1010

100011

10110110 01111

10110110 - 1010

1 0110110

1 11011101110 01010

101011110B = 350D

100011B = 35D;

350 / 10 = 35

При вычитании из меньшего числа большего, например:

3 - 4 = 011 - 100, проводятся следующие преобразования:

Инвертируем второе число: 4 = 011

Прибавляем 1 = 100

Складываем первое и второе числа:

0.011

+ 1.100

1.111

Затем проводим те же преобразования: 000 + 1 = 001

2. Булевая алгебра.

Булева алгебра оперирует двоичными переменными, которые подчиняются условию: Х=1, если Х0 и Х=0, если Х1.

Переключательная, или булева, функция вида Y= f(х₁,х₂,....,х_n) относительно аргументов х₁,х₂,....,х_n, как и ее аргументы, может принимать только два значения - 0 и 1.

Все аксиомы и законы булевой алгебры могут быть представлены в двух видах, что следует из принципа дуальности (двойственности) логических операций, согласно которому операции конъюнкции и дизъюнкции допускают взаимную замену, если одновременно поменять логический 0 на логическую 1, а 1 на 0.

Аксиомы (тождества) алгебры логики

а) аксиомы операции отрицания:

_ _

0 = 1 или дуальное отношение 1 = 0;

б) аксиомы операций с константами 0 и 1:

0  0 = 0 или 1  1 = 1;

1  0 = 0 1 = 0 или 0  1 = 1  0 = 1;

1  1 = 1 или 0  0 = 0.

Из аксиом вытекают законы булевой алгебры.

а) Переместительный закон (закон коммутативности):

Х1  Х2 = Х2  Х1 или Х1  Х2 = Х2  Х1.

б) Сочетательный закон (закон ассоциативности):

Х1  Х2  Х3 = Х1  (Х2  Х3) = (Х1  Х2)  Х3 или

Х1  Х2  Х3 = Х1  (Х2  Х3) = (Х1  Х2)  Х3.

в) Распределительный закон ( закон дистрибутивности):

Х1  (Х2  Х3) = Х1  Х2  Х1  Х3 или

Х1  (Х2  Х3) = Х1  Х2  Х1 Х3.

г) Закон повторения (тавтологии, идемпотентности):

Х1  Х1  Х1= Х1 или Х1  Х1  Х1 = Х1.

д) Законы операций с константами:

Х1  0 = 0 или Х1  1 = 1;

Х1  1 = Х1 или Х1  0 = Х1.

е) Закон двойной инверсии:

Х = Х.

ж) Закон обращения:

__ __

если Х1 = Х2 , то Х1 = Х2.

з) Закон дополнительности:

__ __

Х1  Х1 =0 или Х1  Х1 = 1.

и) Законы дуальности (законы де Моргана):

_______________ ___ __ __

Х1  Х2  ....  Хn = Х1  Х2  .....  Хn.

Инверсия конъюнкции (логического произведения) двух и более переменных равна дизъюнкции (логической сумме) инверсий этих переменных.

_______________ __ __ ___

Х1  Х2  ....  Хn = Х1  Х2  ....  Хn.

Инверсия дизъюнкции (логической суммы) двух и более переменных равна конъюнкции (логическому произведению) инверсий этих переменных.

к) Закон (правило) поглощения:

Х1  (Х1  Х2) = Х1 или Х1  ( Х1  Х2) = Х1.

Поглощается переменная Х2.

л) Закон (правило) склеивания:

__

( Х1  Х2 )  ( Х1  Х2 ) = Х1 или дуальная форма

__

( Х1  Х2 )  ( Х1  X2 ) = Х1.

м) Правило вычеркивания:

__ __

(Х1  Х2 )  Х1 = Х2  Х1 или дуальная форма

___ ___

(Х1  Х2 )  Х1 = Х2  Х1.

ЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ДВУХ ПЕРЕМЕННЫХ

Областью определения логической функции n переменных является совокупность комбинаций этих переменных. Так как для n-разрядного двоичного числа имеется всего 2n различных комбинаций, то область определения логической функции n переменных состоит из m=2n точек. Поскольку в каждой позиции (точке) функция может принимать значение 0 или 1, то, следовательно, для n переменных может быть составлено 2m логических функций. Например, при двух переменных Х1,Х2 область определения функции состоит из 22 = 4 точек (00, 01, 10, 11), и мы имеем 24 = 16 логических функций. Некоторые из этих функций зависят не от всех аргументов. Такие функции называются вырожденными.

Если определенным числовым комбинациям элементов, кото­рые могут принимать значения 0 и 1 можно поставить в соот­ветствие функцию числа, принимающего те же значения, то та­кую функцию можно назвать логической.

N функции	X1 0 0 1 1 X2 0 1 0 1	Обозначение	Наименование
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15	0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1	0 Х1 ^ Х2 Х1 Х2 Х1 Х2 ^ Х1 Х2 Х1  Х2 Х1 v Х2 Х1 ^ Х2 Х1  Х2 Х2 Х2 Х1 Х1 Х1  Х2 Х1 / Х2 1	Константа 0 Конъюнкция, лог. "И" Запрет по Х2 Тождество Х1 Запрет по Х1 Тождество Х2 Сумма по мод. Х2 Дизъюнкция, лог. "ИЛИ" Стрелка Пирса Эквивалентность Инверсия Х2 Импликация от Х2 к Х1 Инверсия Х1 Импликация от Х1 к Х2 Штрих Шеффера Константа 1

3. Понятия о комбинационных схемах.

4. Понятия о конечном автомате (последовательные схемы).

5. Организация производственного процесса. Принцип хранения программ.

Вычислительный процесс может быть реализован:

1. Можно сконструировать устройства, логическая схема которых соответствует действиям алгоритма вычисления, или одно устройство, соответствующее программе вычислений. Такой

способ организации вычислительного процесса называется ком­мутационным программированием.

К

АЛБ

ДП

Данные результата

Данные

2. Можно сконструировать схему, которая выполняет алго­ритмические и логические действия, на вход которого можно подавать переменные и управляющие сигналы, а на выходе полу­чить результат.

3. Принцип хранимой программы, сущность заключается в том, что можно закодировать определенным образом каждое из указаний АЛБ так, что оно может быть расшифровано устройс­твом управления, и записать эти указания в специальное запо­минающее устройство, причем так, что УУ считывает и дешифри­рует их в определенной последовательности.

ОЧ

Кдп Данные

Адрес Ячейки зу

АЛБ

УУ

Программа и данные находятся в одном ЗУ и могут обраба­тываться одинаково.

6. Обобщенная структурная схема ЭВМ.

Микропроцессор - это сравнимое по структуре и возможностям с процессором функционально-законченное структурное изделие, ре­ализованное на БИС и предназначенное для преобразования и об­работки информации с помощью арифметического устройства, внут­ренних регистров и устройства управления. Микропроцессорный элемент - это схемотехнически ЭВМ с программируемыми функция­ми.

Упрощенная схема вычислительного процесса по рис.1.

В результате работы УУ осуществляется считывание нужной ин­формации из памяти машины и её обработка в арифметическом уст­ройстве. Результаты отправляются обратно. Для того, чтобы счи­тать нужную информацию и записать её обратно, нужна определен­ная организация памяти. Эта организация обычно заключается в кодировании, т.е. в нумеровании отдельных частей памяти. По заданному коду УУ находит участок памяти, содержащий нужную информацию. Для того, чтобы осуществить какое-либо преобразо­вание информации, хранящейся в памяти, необходимо указать её адрес и последовательность операций над ней.

Обобщенная структурная схема ЭВМ

Процессор

ЗУ

Пульт

Упр. ЭВМ

Интерфейс

Пульт

Упр. тех

УСО

КСУ

Процессор предназначен для управления операциями.

ЗУ - для хранения данных и команд.

Пульт управления ЭВМ - для управления вводом \ выводом данных

Пульт управления технологический - для управления техпроцес­сом, ради которого создана машина.

Комплект согласующих устройств - для подключения стан­дартных внешних устройств, дополнительных устройств в\в, до­полнительных устройств хранения информации и т.п.

Устройство связи с объектом - предназначено для управ­ления объектом, для связи с внешним объектом

Интерфейс - комплекс программных и аппаратных средств, предназначенных для связи объектов между собой.

Управляющая ЭВМ отличается наличием УСО.

7. УСО.

Устройство связи с объектом (УСО)

УСО предназначено для связи систем управления с электроавто­матикой объекта, физическими величинами и т.д.

Датчики Исполнительные устройства

Ан.

Ан.

Объект

Ц

Ц

Ввод

Вывод

ЭВМ

Ан.

Ан.

Ц

Ц

Объект описывается физическими характеристиками. Объект дол­жен иметь ДОС для преобразования физических величин в унифи­цированные электрические сигналы. Датчики подразделяются на аналоговые и цифровые.

Аналоговые:

1) генераторные (термопара);

2) параметрические (терморезистор);

Цифровые датчики выдают коды электрических сигналов. Цифро­выми называют часто бинарные датчики - выдают два сигнала (есть, нет). Выходное напряжение бинарного датчика должно быть 12 В или 24 В. Пример бинарного датчика: геркон. Аналого­вая цифровая системы ввода УСО предназначены для преобразова­ния аналоговых и цифровых физических величин, напряжений и токов, и их характеристик, форму, приемлемую для использования в ЭВМ. Форма, пригодная для использования в ЭВМ - это сигналы ТТЛ логики. Подсистема аналогового ввода осуществляет преоб­разование аналоговых напряжений и токов в цифровой код. Функции, выполняемые подсистемой аналогового ввода:

1) нормирование - усиление или ослабление сигналов усиление фильтрация - ограничение спектра преобразуемого сигнала сме­щение уровня преобразование тока в напряжение

2) коммутация сигналов, т.е. мультиплексирование аналоговых сигналов

3) аналого-цифровое преобразование

Подсистема аналогового вывода.

Существует три конфигурации:

1) с ЦАП в каждом выходном канале

2) с одним ЦАП, работающем в режиме разделения во времени и

с выходным запоминающим усилителем в каждом выходном канале.

3) комбинированный.

Первый вариант обладает высоким быстродействием и высокой ценой. Второй вариант обладает низкой ценой и низким быстродействием.

Подсистема цифрового ввода осуществляет:

1) ввод дискретных сигналов

2) подсчет повторяющихся сигналов.

Устройства: счетчики, регистры, блоки согласования.

Подсистема цифрового вывода осуществляет:

1) выработка цифровых (бинарных) управляющих сигналов для управления коммутирующими элементами (ключи, контакторы). Стандартное напряжение в коммутирующих цепях 110,220 В.

В цифровых подсистемах ввода и вывода применяются элементы гальванической развязки. Гальваническая развязка нужна для

отделения силовых и управляющих цепей.

8. Архитектурные и структурные особенности управляющих ЭВМ. Принципы проектирования.

Архитектурные и структурные особенности ЭВМ определяют­ся принципом проектирования:

1. Магистральность

2. Модульность

3. Микропрограммируемость

Магистраль1 – Данные

Магистраль2 – Адрес

Магистраль3 – Управление

..................

1. Магистральность предполагает канальный характер свя­зи блоков ЭВМ, все блоки системы подключаются к общей систе­ме управляющих шин. Магистральность позволяет создавать схемотехнически на­ращиваемые системы, легко изменять архитектуру системы и её характеристики.

2. Модульность предполагает унифицированный ограничен­ный набор микромодулей, отличающихся конструктивной особен­ностью, функциональной автономностью и структурной универ­сальностью. Модульность определяет набор команд, логическую организацию и конструктивные особенности. Каждый модуль дол­жен отличаться структурной законченностью. Каждый модуль должен выполнять свою функцию автономно, самостоятельно, не перегружая другие модули. Идентичен только характер связи между блоками, остальное можно менять, что позволяет менять характеристики, объем и структуру ЭВМ.

3. Микропрограммирование.

УУ

Запоминающее устройство

микропрограмм

Блок

микропрограммного

управления

устройства

процессора

Методы проектирования:

1) Структурный.

2) Программируемый - позволяет в процессе проектирова­ния менять набор команд, позволяет создать несколько модифи­каций СУ.

Каждая команда ЭВМ является совокупностью элементарных действий, в зависимости от условий применения желательно применять набор элементарных действий. Схемное устройство управления не дает возможности изменять совокупность элемен­тарных действий. Программируемое устройство управления осу­ществляет подобные изменения за счет особой структуры систе­мы управления. Эта структура предполагает в составе СУ:

- блока программного управления, который состоит из схемы определения следующего адреса, регистров и флагов, а также

- СУ микрокоманд, определяющего последовательность микроопераций и формирование управляющих сигналов процессо­ра для реализации команд.

Системы и набор команд меняют путем изменения значения содержимого ЗУ микропрограмм.

В настоящее время разработчики ЭВМ сталкиваются с микро программируемыми ЭВМ очень редко, в основном они использу­ются в микросхемотехнике для разработки БИС.

9. Классификация УЭВМ по назначению.

10. Назначение и область применения. Структура АСУ с ЭВМ в различных областях применения.

Назначение и область применения управляющих ЭВМ.

По применению управляющие ЭВМ делятся на:

1) узкоспециализированные

2) общепромышленного назначения

1. Целесообразно использовать в следующем случае:

- алгоритм управления не сложен и не велик по объему

- управляющее устройство характеризуется повышенной на­дежностью

- алгоритм управления не изменяется существенно в про­цессе разработки и эксплуатации системы

- на потребляемую мощность, габариты и массу и другие эксплуатационные характеристики наложены жесткие ограничения

- потребность в устройствах данного типа довольно вели­ка.

2. Целесообразно использовать когда:

- вышеперечисленные 5 факторов не важны;

- разработка системы должна быть выполнена в сжатые сроки;

- система должна иметь разветвленную структуру прог­раммных средств;

• не используются большими париями, т.к. цена высока.

Отличия 1 от 2 состоит в том, что 1 оптимизируется на конкретно выполняемые функции для конкретной задачи.

Назначение:

в СУ ЭВМ предназначены для реализации устройства управ­ления, при этом они выполняют следующие функции:

1) прием информации от измерительных устройств, локаль­ных автоматических систем управления, устройств защиты и блокировки и других источников информации.

2) преобразование информации по заданному алгоритму уп­равления

3) выдача результатов на исполнительное устройство, оператору и другим потребителям

При этом ЭВМ подразделяются по решаемым задачам:

1) сбор данных и их обработка

2) управление в режиме разомкнутого контура (через опе­ратора)

3) программное управление пуском и остановом агрегата

4) прямое или непрямое цифровое управление процессом или агрегатом в режиме замкнутого контура.

В режиме разомкнутого контура.

ЭВМ собирает и обрабатывает данные, моделирует процессы в ОУ и на основе этой модели выдает советы. Применяют когда машине нельзя доверить принятие решения.

ЭВМ

Д

ОУ

ИМ

У ВВ

Человек

Пульт

управления

Режим непосредственного цифрового управления

ЭВМ выполняет те же задачи, но вместо выдачи советов выдаёт управляющий сигнал на ИМ.

ЭВМ

Д

ОУ

ИМ

У

Человек

ВВ

Режим непрямого цифрового управления.

ЭВМ воздействует на ОУ не прямо, а через локальный ре­гулятор (ЛР), который является локальной системой управления. Кроме сбора информации и формирования управляющих воз­действий ЭВМ решает задачу вычисления оптимальных установок для локальной системы управления.

ЭВМ

Д

ОУ

ИМ

У ВВ

Локальный

регулятор

S

Иерархическая структура систем управления

ЭВМ

УЭВМ

Управляющая ЭВМ

УМЭВМ

УМЭВМ

УМЭВМ

ЛСУ ........ .....

ИУ

Понятие СУ

Д

УУ

ОУ

ИМ

СУ - совокупность некоторых элементов, предназначенных для реализации задачи управления и решающая следующие задачи:

1) сбор данных, т.е. преобразование физических величин, характеризующих состояние объекта управления в унифицирован­ные сигналы

2) обработка информации с целью преобразования в вид удобный для принятия решения

3) моделирование поведения объекта

4) принятие решений на основе собранной информации и модели

5) формирование управляющих воздействий

6) выдача управляющих воздействий

Когда не требуется реакция системы в течение заданного вре­мени, применяется пакетный метод выполнения программ.

1. Пакетный режим предполагает, что система не требует мгно­венной реакции системы. Режим ЭВМ - советчик. Принятие реше­ния осуществляется в ручную.

2. Для режима реального масштаба времени система должна от­реагировать за время, не превышающее минимально заданного или расчетного. Полоса пропускания управляющей ЭВМ очень влияет на устойчивость. Один из основных расчетов, который проводи при проектировании систем.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ЭВМ

Точность

Адресность

Набор команд

Быстродействие

Режимы обмена

11. Точность ЭВМ.

Точность. определяется разрядностью системы

Общая погрешность системы

Dобщ= Dм + Dвх + Dинстр +Dобр

Dм - методическая погрешность, отражает степень совершенс­тва математической модели реального объекта. (Работа СД опи­сывается с помощью дифференциального уравнения разного поряд­ка, решение уравнений будет различно).

Dвх - погрешность, возникающая в результате трансформации входных переменных. Пока физическая величина преобразуется в цифровой код, она приобретает погрешность.

Dобр - (обработки) - методическая погрешность, определяется погрешностью численных методов, используемых при решении ма­тематической задачи.

Dинстр - обусловлена конечным числом разрядов, используемых для представления чисел в ЭВМ. Ошибка возникает из необходи­мости округления и накопления погрешностей.

Увеличение разрядности приводит к увеличению стоимости маши­ны и уменьшению надежности.

ЭВМ характеризуется набором выполняемых инструкций.

12. Быстродействие.

Быстродействие.

- косвенно определяется числом операций в секунду, такая ха­рактеристика характеризует технические возможности процессора без учета параллельности отдельных блоков ЭВМ и особенностей решаемой задачи и не отражает полностью характеристику быст­родействия. Существует такая характеристика - производитель­ность ЭВМ, определенная на основе статистических методов по функции Гибсона. Производительность зависит от времени выпол­нения и частоты исполнения операции

k k

Р = S k дi / [ S k ci ti ] i=1 i=1

kд - динамическая частность

kс - статистическая частность

ti - время выполнения i-ой операции

k - общее число типов операции

kc оценивается статистическим распределением операции

взамен программы.

kд - динамическим распределением при реализации программы.

Пример для одноадресной управляющей ЭВМ:

Операции	Kс	kд
основные над кодами управления связи с внешним устр. специальные	23,5 49,5 18 3 6	24,3 44,2 20,5 2,8 7,7

13. Адресность и способы адресации.

Адресность

Характеристика, которая определяет число адресов инструкции или команды, способы связи отдельных элементов между собой (способы адресации)

ЭВМ бывают:

-одноадресные

-двухадресные

-многоадресные

-с переменной адресносностью

Инструкция одноадресная содержит инструкцию и один адрес операнда.

Чем больше адресов, тем удобней программировать.

Способы адресации:

1) Адресные команды:

-непосредственная адресация

-непрямая адресация ( косвенная и относительная )

-прямая адресация

2) Безадресные команды:

-счетчик команд

-указатель стека

-останов

прерывание

При непосредственной адресации информация, участвующая в вы­полнении операции помещается в адресной части команды:

MVI A(регистр), В (число)

Прямая адресация: адрес операнда непосредственно указывает­ся в адресной части команды.

Непрямая адресация: адресная часть используется для опреде­ления адреса операнда.

При косвенной адресации указывается адрес ячейки, в которой содержится адрес операнда. Косвенная адресация используется, если заранее не известен адрес расположения операнда.

При выполнении программы адрес будет вычислен.

Процессор содержит базовый регистр.

При относительной адресации адрес указанный в адресной части команды например прибавляется к содержимому базового регистра и таким образом получается фактический адрес операнда. Факти­ческий адрес операнда получается путем канкотенции прираще­ния, заданного в адресной части команды с содержимым одного из регистров процессора.

Безадресные команды используются для организации работы специальных блоков процессора, таких как счетчик команд, указатель стека, блок управления прерываниями и др.

14. Набор команд.

Набор команд определяется количеством разновидностей выпол­няемых машинных операций.

Операции делят на 5 категорий:

- основные

- операции над кодами

- операции управления

- операции, связанные с внешними устройствами

- специальные

Основные операции:

- арифметические,

- связанные с обработкой мат. моделей

- логические

Операции над кодами:

- сдвиг

- ссылка

- специальные (десятичная коррекция)

Операции управления:

- условные, безусловные переходы

- операции управления прерываниями, пуском, остановом

- управление циклами

- вызовы подпрограмм

Операции с внешними устройствами:

- передача во внешнее устройство

- прием из внешнего устройства

Специальные операции:

- управление внутренней структурой процессора (работа с регистрами)

Микропрограммность позволяет изменять набор команд.

15. Режимы обмена.

Режимы обмена информации

1. Пакетный режим

2. Режим реального масштаба времени

1. Обмен между процессором и периферийными устройствами

2. Обмен между процессором и памятью

3. Обмен между периферийными устройствами и памятью

Режимы ввода \ вывода предполагают обмен между процессором и периферийными устройствами и процессором и памятью. Особен­ность ввода \ вывода состоит в значительном отличии в быстро­действии процессора и внешних устройств и способности выпол­нять функции.

Режимы обмена:

1. Программно-управляемый синхронный

2. - " - асинхронный

3. С использованием прерывания

4. Внепрограммный, с помощью канала ПДП

1. Режим программно-асинхронный.

Применяется тогда, когда периферийное устройство всегда го­тово к обмену. Предполагаем, что быстродействие внешнего уст­ройства сравнимо с быстродействием процессора, а скорость об­мена сравнима с операциями ввода \ вывода.

ЭВМ

ВУ

Т1

Т2

Синхр.

Если начало операции ВУ синхронизировалось с началом опера­ции ЭВМ, то данные, которые будут передаваться, могут быть при­няты без искажений и потерь.

2. Предполагаем, что процессы несинхронизированны. Для орга­низации достоверного приема информации от ВУ процессор ожида­ет готовности ВУ, анализируя специальный сигнал, называемый флагом.

ЭВМ

ВУ

данные

флаг

Недостаток: ЭВМ простаивает, ожидая флага готовности ВУ.

Достоинство: ВУ с любым быстродействием могут быть обслужены.

3. Обмен по прерыванию.

Достоинства: сокращаются затраты машинного времени на обмен с медленно действующими ВУ, из-за отсутствия повторения цикла опроса.

Недостаток: требуются дополнительные аппаратные затраты не­обходим контроллер прерываний.

Можно выделить 5 основных этапов механизма прерывания:

1) Фиксация прерывания. Предполагается, что ЭВМ сигнал от внешнего устройства может принимать, а может не принимать. Фиксация нужна для того, чтобы не потерять информацию от ВУ. Существуют процессы, запрещающие их прерывание. Процесс запроса прерывания это программно-аппаратная функция.

2) Анализ прерывания. Так как в ЭВМ может существовать нес­колько устройств, требующих обмена с прерыванием, то может поступить несколько запросов прерывания одновременно. Поэтому каждому типу прерываний присваивается определенный приоритет.

3) Фиксация состояния процессора. Для фиксации состояния процессора необходимо зафиксировать состояния: Счетчика адреса, аккумулятора и указателя стека.

Для полного сохранения необходимо еще сохранить состояние регистров.

Эта операция выполняется аппаратным путем.

4) Выполнение программы обслуживающей прерывание. Для каждо­го уровня прерывания назначен некоторый адрес в адресной час­ти памяти, который будет содержать адрес подпрограммы обра­ботки прерывания. Этот адрес называется адрес-вектор.

5) Восстановление прерванного процесса. Необходимо восстано­вить состояние регистров, указателя стека, аккумулятора и счетчика адреса.

4. Обмен через канал ПДП.

Процессор не принимает в этом обмене участия. Это не прог­раммный обмен. ВУ считывает или записывает информацию из\в память напрямую. Этот режим еще больше сокращает затраты ма­шинного времени, но требует специальной аппаратуры в перифе­рийных устройствах: нужен контроллер ПДП.

Существует 3 режима ПДП:

1) Режим с захватом самый простой и медленный. ВУ осущест­вляет захват шин памяти на все время обмена.

2) Приостановка работы процессора на 1 машинный цикл для пе­редачи слова через канал ПДП. Существуют аппаратные усложне­ния, но быстродействие выше.

3) Одновременная работа процессора и канала ПДП. В процессе выполнения команд процессор не всегда обращается к памяти. На это время канал ПДП может захватить шину. Если возникнет ситуация обращения процессора к памяти, то обращение задержи­вает до конца передачи слова по каналу ПДП. Это самый дорогой и быстрый способ обмена.

РЕЖИМ ОБМЕНА ПРОЦЕССОР-ПАМЯТЬ

Различают 2 вида обмена: изолированный и совмещенный.

При 1-м режиме существует отдельный канал памяти и ВУ.

При 2-м режиме канал общий.

Для изолированного режима обмена применяют 2 формата адреса: для ЗУ и для ВУ. Формирование форматов адреса осуществляется микропрограммно, или схемным устройством управления.

Для 2-го вида один формат адреса. Обращение к регистрам ВУ как к ячейкам памяти ЗУ.

Изолированная шина: Совмещенная шина:

Память

ШАД

ЧТ пам.

ЗП пам. Пер. Адр.

ВУ

ЧТ ВУ

ЗП ВУ Пер. Дан.

При совмещенной шине часть адресов, выделенных под ВУ ис­пользуется для стандартных устройств в\в. По ШАД адрес и дан­ные передаются в два такта. Существует управляющая шина, кот синхронизирует передачу адреса и данных.

16. Структура МП КР 580ВМ80.

На Рис. 0- представлена структурная схема МП КР580, а на показано назначение выводов корпуса процессора.

МП имеет 3 шины: 8-разрядную двунаправленную внутреннюю шину данных (ШД), 16-разрядную адресную шину (ША) и шину управления (ШУ).

Рис. 0- . Структурная схема МП КР580.

Внутренняя ШД является магистралью, по которой могут обмениваться данными все подключенные к ней блоки (узлы) МП. Одновременно по ШД осуществляется обмен только между двумя узлами МП, т. е. все узлы, подсоединенные к ШД, разделяют ее во времени.

ШУ содержит линии для передачи управляющих сигналов, признаков состояния процессора и периферийных устройств, в том числе линии: синхронизации передачи и идентификации информации, передаваемой по ШД; сигналов, информирующих МП о готовности периферийных устройств; сигнала запроса прерывания от периферийных устройств и сигнала разрешения прерывания и др.

Выводы микропроцессора имеют следующее назначение:

• Выводы C₁ и C₂ используются для ввода в микропроцессор синхросигналов от тактового генератора.

• Выводы ШД0 … ШД7 образуют двунаправленную шину данных для обмена данными между процессором и внешней памятью или внешними устройствами.

• Выводы ША0 … ША15 образуют шину адреса, которая используется процессором для вывода адреса ячейки памяти или адреса внешнего устройства, с которой(ым) будет проводиться обмен данными.

• Вывод СНХР (СИНХР) используется для синхронизации процессором внешних устройств.

• Вывод СБР – это аппаратный сброс микропроцессорной системы.

• Вывод ГТ используется процессором для приема сигналов от внешнего устройства или памяти о готовности его (ее) к обмену данными.

• Вывод ОЖ используется МП для формирования им сигналов внешнему устройству или памяти об ожидании готовности устройства (памяти) к обмену информацией между ним и процессором.

• Выводы ЧТ и ЗП используются процессором для формирования им сигналов чтения и записи для внешней памяти и устройств ввода/вывода.

• Выводы ЗПР и РПР – выводы для сигналов запроса и разрешения прерывания.

• Выводы ЗПДП и РПДП – выводы для сигналов запроса и разрешения прямого доступа к памяти.

Для нормального функционирования микропроцессорной системы недостаточно управляющих сигналов, генерируемых на выводах МП. МП-система в каждом машинном цикле должна получать более полную информацию о состоянии процессора. Из-за недостаточного количества выводов на корпусе МП процессор на первом такте каждого машинного цикла (МЦ) выдает через шину данных дополнительную информацию о своем состоянии, которая представляет собой 8-разрядное слово состояния процессора (ССП). Т. к. сигнал СИНХР вырабатывается в МП в начале каждого МЦ, то он используется в качестве сигнала, идентифицирующего информацию, представленную в ШД, как слово состояния. По сигналу СИНХР внешний по отношению к процессору регистр (регистр слова состояния РСС) должен читать данные с ШД и сохранять их в виде ССП на своих выходных выводах. Сигналы с выхода РСС используются в качестве сигналов управления периферией МП-системы [Error: Reference source not found, Error: Reference source not found].

При рассмотрении структуры МП можно выделить следующие ее основные части: блок регистров, арифметическо-логическое устройство (АЛУ), буферные схемы, устройство управления (УУ).