- •Основы микропроцессорной техники
- •В.И. Енин
- •В.И. Енин
- •Введение
- •После изучения дисциплины необходимо знать
- •После изучения дисциплины необходимо уметь
- •В.1. Роль и место курса “Микропроцессорная техника” в учебном процессе
- •1. Микропрограммные автоматы
- •После изучения главы необходимо знать
- •1.1. Автомат без памяти
- •1.2. Микропрограммный автомат
- •1.2.1. Автомат с памятью
- •1.2.2. Микропрограммный автомат в системе управления
- •1.2.3. Структурный автомат
- •1.3. Схемная реализация микропрограммных автоматов
- •2. МикропрограмМируемые контроллеры и микропроцессоры
- •После изучения главы необходимо знать
- •2.1. Блок микропрограммного управления
- •2.2. Блок обработки цифровых данных.
- •3. Принципы организации эвм
- •После изучения главы необходимо знать
- •3.1. Выполнение команд в эвм
- •Система команд и методы адресации
- •Подпрограммы
- •3.2. Общие принципы организации ввода-вывода
- •3.2.1. Программный режим ввода-вывода
- •3.2.2. Обмен информацией в режиме прерывания программы
- •3.2.3. Прямой доступ к памяти
- •3.2.4. Подключение внешних устройств
- •4. Архитектура однокристального микропроцессора
- •После изучения главы необходимо знать
- •4.1. Архитектура микропроцессора к580ик80а
- •4.1.1. Формат команд микропроцессора к580ик80а
- •4.1.2. Методы адресации микропроцессора к580ик80а
- •4.1.3. Команды безусловной и условной передач управления
- •4.1.4. Примеры команд процессора к580ик80а
- •4.2. Организация обмена в однокристальных микроЭвм
- •4.2.1. Функционирование микропроцессора
- •4.2.2. Подключение озу и регистров внешних устройств
- •5. Системы счисления и арифметические операции над числами
- •После изучения главы необходимо знать
- •5.1. Системы счисления для представления чисел в эвм
- •5.2. Представление в эвм целых двоичных чисел без знака
- •5.3. Представление в эвм целых чисел со знаком
- •5.3.1. Представление чисел со знаком в прямом коде
- •5.3.2. Представление чисел со знаком в дополнительном коде
- •5.3.3. Особенности выполнения сложения двоичных чисел без знака и со знаком
- •1. Примеры сложения чисел без знака.
- •2. Примеры сложения чисел со знаком.
- •5.4. Двоично-десятичная система представления чисел
- •5.5. Представление чисел в формате с плавающей точкой
- •Примеры представления чисел типа single
- •Примеры представления чисел типа real
- •6. Семейство процессоров х86
- •После изучения главы необходимо знать
- •6.1. Архитектура процессора 8086
- •Регистры процессора
- •Инструкции процессора
- •Сегментация памяти
- •Методы адресации
- •Распределение памяти
- •Прерывания
- •Функционирование
- •6.2. Процессоры 80286
- •Реальный режим
- •Защищенный режим
- •Прерывания
- •Регистр состояния задачи
- •Некоторые особенности функционирования
- •Функциональная схема pc at
- •7. Шина isa и интерфейсы сопряжения с устройствами управления
- •После изучения главы необходимо знать
- •7.1. Конструкция шины isa
- •Выводы шины isa
- •Распределение адресов на системной плате ат
- •Циклы магистрали
- •Прямой доступ к памяти
- •Регенерация памяти
- •Основные электрические характеристики линий isa
- •7.2. Проектирование устройств сопряжения для шины isa
- •7.2.1. Селекторы (дешифраторы) адреса
- •7.2.2. Операционная часть интерфейса
- •7.2.3. Микросхемы для построения интерфейсов Условные графические обозначения элементов цифровой техники
- •7.2.4. Микросхемы приемопередатчиков сигналов магистрали
- •Микросхемы селекторов адреса выходных регистров
- •8. Интерфейс centronics
- •После изучения главы необходимо знать
- •8.1. Порядок обмена по интерфейсу Centronics
- •8.2. Программируемый параллельный интерфейс ( ппи)
- •9. Обмен данными по интерфейсу rs-232
- •После изучения главы необходимо знать
- •9.1. Назначение линий связи rs-232
- •9.2. Подключение модема к rs-232
- •9.3. Подключение терминалов к rs-232
- •9.4. Подключение удаленных объектов управления
- •9.5. Назначение портов rs-232
- •10. Отсчёт реального времени в эвм
- •После изучения главы необходимо знать
- •10.1. Программируемый таймер
- •10.1.1. Режимы работы таймера
- •10.1.2. Таймер на системной плате ibm pc
- •10.2. Программируемый контроллер прерываний
- •10.2.1. Режимы работы пкп
- •10.2.2. Программирование пкп
- •10.3. Прерывания в ibm pc
- •10.3.1. Векторы прерывания
- •10.3.2. Прерывания bios и dos
- •10.3.3. Написание собственных прерываний
- •10.4. Отсчёт реального времени в эвм
- •10.5. Процедуры и функции для работы с прерываниями
- •После изучения главы необходимо знать
- •11.1. Архитектура 32-разрядных процессоров
- •11.1.1. Регистры процессора
- •11.1.2. Организация памяти
- •11.1.3. Режимы адресации
- •11.1.4. Ввод и вывод
- •11.1.5. Прерывания и исключения
- •11.1.6. Процессоры Pentium
- •11.2. Страничное управление памятью
- •11.3. Кэширование памяти
- •Кэш прямого отображения
- •Ассоциативный кэш
- •12. Однокристальные микроконтроллеры
- •После изучения главы необходимо знать
- •12.1. Однокристальный микроконтроллер к1816
- •12.2. Avr микроконтроллеры
- •12.3. Процессоры обработки сигналов
- •12.3.1. Однокристальный цифровой процессор обработки
- •12.3.2. Цифровые процессоры обработки сигналов (цпос)
- •13. Промышленное оборудование для цифровых систем управления
- •После изучения главы необходимо знать
- •13.1. Оборудование для централизованных систем управления
- •13.1.1. Персональные компьютеры для целей управления
- •13.1.2. Промышленные рабочие станции
- •13.1.3. Шасси для ibm совместимых промышленных компьютеров
- •13.1.4. Модульные промышленные компьютеры mic-2000
- •13.1.5. Процессорные платы
- •13.1.6. Устройства для сбора данных и управления
- •13.2. Оборудование для распределенных систем сбора данных и управления
- •13.2.1. Модули удаленного сбора данных и управления adam-5000
- •13.2.2. Модули удаленного сбора данных и управления adam-4000
- •13.3. Прикладное программное обеспечение
- •Заключение
- •Список использованных источников
- •Оглавление
- •Системы счисления и арифметические
5.5. Представление чисел в формате с плавающей точкой
В ЭВМ вещественные десятичные числа представляются в формате с плавающей точкой. При этом используется форма записи чисел с порядком основания системы счисления: N=M*2p, где M – двоичная мантисса, а р – порядок. При записи число представляют в нормализованном виде, выделив порядок и мантиссу числа. Обычно результат нормализации представляется в виде правильной дроби, т.е. с единицей после двоичной точки и нулем в целой части числа. Однако, в IBM PC нормализованная мантисса содержит старший бит слева от двоичной точки, т.е. записывается в нормализованном виде 1.n1n2…, где n1n2…- дробная часть числа. Целая часть, всегда равная единице, прямо не представляется в некоторых форматах чисел, а учитывается неявно (представляет скрытый разряд). Следовательно, мантисса должна иметь значения в интервале [1, 2). Ее первая цифра отлична от нуля (равна единице): (1М<2). Нормализованная мантисса представлена в памяти ЭВМ в прямом коде. Старший бит мантиссы, всегда равный 1, обычно в мантиссу не записывается и является скрытым разрядом. Скрытый разряд участвует в арифметических операциях.
Вещественные числа в компьютерах различных типов записываются по-разному, но все компьютеры поддерживают несколько международных стандартных форматов, которые имеют структуру следующего вида:
Старший бит во всех форматах с плавающей точкой является знаковым и несет знак числа: 0 означает положительное число, 1 – отрицательное. Число бит для хранения мантиссы и порядка зависит от типа вещественного числа. Порядок представляется в смещенной форме: если для задания порядка выделено k двоичных разрядов, то к истинному значению порядка, прибавляют смещение, равное (2k-1-1). Однако, IBM для вещественных чисел типа REAL использует смещение равное (2k-1 +1).
Стандартные форматы представления вещественных чисел IBM (single, real, double, extended) представлены в табл. 5.1.
Форматы чисел Табл. 5.1.
Тип |
Размер в байтах |
Число разрядов порядка |
Смещение порядка |
Число разрядов мантиссы |
Первая единица мантиссы |
single |
4 |
8 |
7Fh (127) |
23 |
скрытая |
real |
6 |
8 |
81h (129) |
39 |
скрытая |
double |
8 |
11 |
3FFh (1023) |
52 |
скрытая |
extended |
10 |
15 |
3FFFh (16383) |
64 |
явная |
Для представления чисел в формате с плавающей точкой используется несколько последовательных ячеек памяти, которые образуют 32, 48, 64 или 80-разрядное двоичное слово. Так число типа single занимает 32 бита (четыре байта): 23 бита отводится под мантиссу, 8 бит – под порядок и один бит отводится под знак числа (рис.5.6.). Мантисса имеет 24 разряда с учетом скрытого.
байт |
7 старший 0 |
7 6 0 |
7 0 |
7 0 |
||
бит |
31 |
30…24 23 |
22 0 |
|||
содержимое |
знак |
порядок |
мантисса |
Рис.5.6. Формат числа типа single.
Напомним, что в семействе *86 слова записываются в смежных байтах памяти, начиная с младшего. Адресом числа является адрес его младшего байта.
Так при последовательном выводе числа типа single из памяти, начиная с младшего байта (адреса числа), получим содержимое байтов
байт |
7 младший 0 |
7 0 |
7 0 |
7 старший 0 |
бит числа |
7 ……….. 0 |
15 ….. 8 |
23 22 ….. 16 |
31 30 ….. 24 |
содержимое |
м …… … м |
м …… . .м |
р м ………. м |
Зн р ………р |
Степень разряда |
-16 ………–23 |
-8 ……. –15 |
0 -1 …… .. –7 |
7 ………1 |
где: Зн – знаковый разряд, р – смещенный порядок числа, м – нормализованная мантисса.
Формат машинного представления данных типа REAL в IBM PC имеет вид
байт |
7 … 0 младший |
7 … 0 |
7 … … 0 |
7 ….. 0 |
7 … 0 |
7 … 0 старший |
бит числа |
7 ….. 0 |
15 ……8 |
23 … 16 |
31 … 24 |
39 … 32 |
47 46 …. 40 |
содержимое |
p …… р |
м … м |
м … м |
м … . .м |
м …. м |
Зн м…… м |
степень разряда |
7 … 0 |
-32 … -39 |
-24 … -31 |
-16… –23 |
-8 ... –15 |
-1 … -7 |
Для уточнения внутреннего представления данных сложной структуры необходимо обращаться к технической документации на ЭВМ и программному обеспечению.