Теоретична частина основи математичного забезпечення

Як описано в попередньому розділі, система мікро-ЕОМ складається з апаратної частини й матзабезпечення. Програма пишеться спочатку в такому виді, що зручний для програміста, а потім вона повинна бути переписана й зберігатися в кодах, "зрозумілих" МП. МП потім зчитує ці коди з пам'яті й виконує зазначені операції. Важливо зрозуміти, що може робити мікро-ЕОМ і чого вона робити не може.

Чого не "розуміє" мікро-еом

При складанні програми програміст повинен дати мікро-ЕОМ детальний опис її дій. Мікро-ЕОМ може діяти з великою точністю й швидкістю протягом тривалого періоду часу, але їй необхідно дати чітке завдання. Вона може реагувати на зміну умов, але тільки в тому випадку, якщо введено програму, повідомляючи її: "У даних умовах потрібно зробити наступне". Комп'ютери діють логічно, але не мають творчі здібності. Гадана розумність мікрокомп'ютерів є всього лише результатом великої кількості програм, закладених у них.

Мікро-еом як логічний пристрій

Мікропроцесорні системи часто використовуються для заміни схем, що складаються зі стандартних логічних пристроїв. Щоб проілюструвати різницю між "запрограмованими" і традиційними логічними пристроями, розглянемо використання МП як просту схему "І". Схема "І", заснована на МП, вимагає вхідного порту для входів схеми та вихідного порту для виходів схеми /мал.1/. МП, використовуючи команди, що зберігаються в пам'яті, виконує функцію "І". Оскільки схема "І" має тільки один вихід, потрібно тільки один розряд у вихідному порту. Для схеми "І", заснованої на МП, потрібна відповідна програма. Далі приводиться список команд, що виконують функцію "І";

вхід вихід

ШИНА ДАНИХ

Рисунок 1. Схема мікропроцесора, що виконує функції схеми І.

1. Зчитати дані із вхідного порту.

2. Перейти на крок 5, якщо всі входи мають високий рівень, у противному випадку - продовжувати.

3. Установити низький рівень на виході.

4. Перейти на крок 1.

5. Установити високий рівень на виході.

6. Перейти на крок 1.

Спочатку зчитуються дані з порту входу. Потім дані перевіряються на високий рівень. Якщо на всіх входах рівень високий, на виході встановлюється теж високий рівень, у противному випадку встановлюється низький рівень. Коли програма завершена, відбувається перехід на крок 1 і повторення. При цьому зміни на входах постійно відбиваються на виході.

НІ ТАК

Рисунок 2. Основні типи блоків

Графічно програма представлена структурною схемою, що складається із блоків різних типів, з'єднаних лініями /мал.2/: прямокутний блок позначає будь-які дії програми, ромбічний - ухвалення рішення. Овальний блок ставиться на початку схеми, у ньому записується назва програми, а також наприкінці схеми.

На мал. 3, показана структурна схема програми для схеми "І". Стрілки показують напрямок виконання програми. Хоча структурна схема містить ту ж інформацію, що й лістинг /роздруківка/ програми, вона більш наочна. Якщо складати програму важко, структурна схема допоможе продумати, як вона повинна бути написана. Використовуючи структурну схему, можна перевірити логіку міркувань, повернутися до раніш написаної програми й швидко відновити її функції.

НІ

ТАК

Проведемо експеримент, у якому "Микролаб" виступає в ролі схеми "І", а ПЗУ мікро-ЕОМ містить програму для виконання функції "І". Експеримент дозволить спостерігати за виконанням даної програми. Для цього необхідно:

1. Нажати кнопку СКИДАННЯ.

2. Нажати кнопки 0, 3, Е, О и УСТ.АД., тим самим установити початковий адрес програми.

3. Нажати кнопку ПУСК - програма "І" почне виконуватися.

4. Знайти три тумблери, поміщені внизу панелі. Ці тумблери пов'язані з портом введення і є входами схеми "І" /розташовані поруч вісім світлодіодів пов'язані з портом виводу. Самий правий використовується як вихід схеми "І"/.

5. Установити всі три вхідних перемикачі у верхнє положення, тим самим подати високий рівень на розряди вхідного порту. Крайній праворуч світлодіод буде світитися, тому що на всіх входах високий рівень. Цей індикатор пов'язаний з нульовим бітом порту виводу, що використовується як вихід схеми "І",

6. Змінити положення кожного із вхідних перемикачів. Індикатор перестане світитися, оскільки не на всіх входах буде високий рівень.

7. Нажати кнопку СКИДАННЯ. Установити вхідні перемикачі у верхнє положення. На виході /світлодіоде/ не буде ніякого відгуку. Це значить, що виконання програми припинилося.

Мікропроцесорна система може виконувати функцію звичайної схеми "І" з одним недоліком - вона менш швидкодіюча. Програма схеми "І" складається із чотирьох команд, а "Микролаб" вимагає близько 3 мкс для виконання однієї команди. Тому схема "І" має час затримки /час між змінами на вході й на виході/, рівне приблизно 3 мкс 4 = 12 мкс. Звичайна ТТЛ схема має час затримки приблизно 10 нс - більш ніж в 1000 разів менше. Цей приклад ілюструє швидкодія МП у порівнянні зі звичайною логікою. Різниця тим більше, ніж складніше система. Однак часто це не настільки істотно, тому що швидкість звичайної логіки в дійсності набагато більше, ніж потрібно. Для чого використовувати таку складну систему, якщо досить звичайної мікросхеми "І"? Дійсно, якщо це єдина функція, що система повинна виконувати, потрібно використовувати схему "І". Однак МП забезпечує більшу гнучкість. На його основі можна побудувати різні схеми за допомогою зміни програми, можна додати значно більше входів, і функції схеми набагато ускладняться. Розглянемо, наприклад, 8-входовий логічний пристрій, що діє як електронний замок. Вихід активізується, якщо входи розташовані в спеціальному порядку. Це можна здійснити, використовуючи традиційну логіку, а також мікропроцесорну систему, як для простої схеми "І". Звичайно, потрібна нова програма, більше складна, чим програма схеми "І", але апаратна частина, крім пристроїв введення/виводу, не зміниться. Крім того, "код" електронного замка може бути змінений за рахунок зміни програми.