Лекции

5.9.8. Регистры

Регистрами называют устройства для приёма, хранения, передачи и преобразования информации. Различают в зависимости от способа записи информации параллельные, последовательные и параллельно-последовательные регистры.

Параллельный регистр отличается тем, что запись двоичного числа осуществляется в нём параллельным кодом, т.е. во все разряды регистра одновременно. Они принимают, хранят и передают информацию в виде двоичного числа, в связи с чем называются регистрами памяти. N-разрядный регистр содержит N-триггеров. Пример выполнения 3-разрядного регистра на D-триггерах приведён на рисунке 5.47, где X, Y и Z – информационные входы, С – тактовый вход.

C

Т

Рис. 5.47

Во время фронта импульса Т срабатывают сразу все триггеры: Q(n 1)1 X , Q(n 1)2 Y , Q(n 1)3 Z . Информация считывается с выходов Q1, Q2, Q3. Здесь изображён один канал поступления информации. В общем случае их может быть несколько, при этом ка-

(у нас это число 101, причем читать начинаем со старшего разряда, т.е. с Q3). С поступлением каждого тактового импульса Т информация сдвигается в регистре на один разряд, что равносильно умножению кода на 2 (действительно, 010 – это 2, а 100 – это 4).

Считывание информации возможно последовательное с выхода старшего разряда при дальнейшем поступлении тактовых импульсов (т.е. в виде последовательного кода). Для параллельного считывания используются выходы всех разрядов регистра.

Способность регистра сдвигать информацию по мере поступления тактовых импульсов широко используется в устройствах управления.

Помимо рассмотренных существуют параллельно-последо- вательные регистры, совмещающие свойства обоих, т.е. записывать информацию как в последовательном, так и в параллельном кодах и считывать информацию последовательным или параллельным кодом.

Реверсивные регистры служат для обеспечения возможности сдвига числа в сторону как старшего, так и младшего разрядов благодаря специально заложенным связям. С помощью управляющего сигнала вводится в действие либо прямая, либо обратная связь между разрядами.

5.10.ПОНЯТИЕ О МИКРОПРОЦЕССОРЕ

Создание БИС, состоящих из тысяч и десятков тысяч компонентов, позволяет изготовить весьма сложные электронные устройства. Однако весьма сложные электронные устройства в силу их узкой специализации не требуются в больших количествах. Это приводит к экономической невыгодности производства таких устройств.

Это противоречие возможностей технологии и узкой специализации снимается созданием программируемых цифровых и логических устройств, т.е. устройств многофункциональных. В основе таких устройств лежит использование так называемых арифметикологических устройств (АЛУ), выполняемых в виде отдельных БИС либо входящих в состав более сложных БИС. АЛУ (рис. 5.50) вы-

няться, определяется комбинацией сигналов S0...S3. При М = 1 АЛУ выполняет логические операции над числами А и В (причем сразу во всех разрядах одна и та же операция). Очевидна ограниченность операций и недостатки АЛУ, к примеру, нет операций умножения и деления на произвольный коэффициент; работа только с двумя переменными А и В; ограниченность разрядности n. Причем ограничение разрядности n – число технологическое, нельзя в ИМС обеспечить более 40–60 выводов. Преодоление этих ограничений достигнуто в микропроцессорах.

Микропроцессоры МП – это устройства цифровой обработки информации, осуществляемой по программе, задаваемой управляющими сигналами, включая ввод и вывод. Его работа основана на последовательном выполнении в АЛУ ряда операций в соответствии с программой. Упрощенная структурная схема МП приведена на рисунке 5.51, где помимо АЛУ и буферных регистров данных А и В показано сверхоперативное запоминающее устройство (СОЗУ) – РОН, хранящее m чисел, каждое из n разрядов.

Магистраль данных (МД)

Магистраль управления (МУ)

Команды

Рис. 5.52

В качестве УВв используются: считыватель с магнитных дисков или магнитных лент, считыватель с перфолент и перфокарт, телетайп, различного рода датчики с АЦП и т.д. В качестве УВыв используются: дисплей (устройство для визуального отображения), печатающие и перфорирующие устройства, ЦАП и т.д. Порты ввода и вывода служат для кратковременного хранения информации в процессе ввода и вывода и переключения каналов. Запоминающие устройства делятся на постоянные – ПЗУ и оперативные – ОЗУ (последние на параллельных регистрах).

Система с МП оперирует информацией в двоичной системе счисления. Каждый разряд двоичного числа называется битом. Крайний левый бит двоичного числа называется старшим, а крайний правый – младшим. Информация, с которой работает МП, образуется группой битов, составляющих слово. Группа, состоящая из 8 битов, называется байтом. Байт – т.е. 8 разрядов – распространенная длина слова, хотя бывают и длиннее, и короче. Вся информация делится на данные, т.е. числа, над которыми выполняются операции, и программу, т.е. последовательность команд для выполнения действий, которая также записывается в виде двоичных слов.

это командный цикл, который занимает обычно несколько машинных циклов и содержит две фазы выборки и исполнения.

Задание программы может быть записано в двоичном коде, но это оказалось неудобным на практике, поэтому применяют шестнадцатиричную систему счисления, содержащую 16 символов, каждому из которых соответствует 4-разрядное число в двоичном коде. Еще более удобной оказалась запись программы на языке Ассемблер, который допускает запись команд в форме, отражающей их смысл. Возможно применение и других языков более высокого уровня.

6. ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

6.1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Измерение – это определение значения физической величины с помощью средств измерения, т.е. это способ количественного познания свойств физических объектов.

Физическая величина – это свойство общее в качественном отношении у ряда объектов, но разное в количественном отношении у каждого из них.

Значение физической величины – это её количественная оценка, выраженная в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Истинное значение физической величины – это такое её значение, которое идеально отражает как в качественном, так и в количественном отношении свойства исследуемого объекта. Практически определить истинное значение величины не представляется возможным. Поэтому для практического пользования вводится понятие действительного значения физической величины, под которым понимают значение, полученное экспериментально с помощью средств измерений и настолько близкое к истинному, что может быть принято для практического использования вместо него.

Средства измерений – это фактически технические средства, используемые при измерении и имеющие нормированные метрологические характеристики (прежде всего это точность). По своему функциональному назначению все средства измерений разделяют на следующие группы: меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки и измерительные информационные системы. Поскольку речь идет об электрических измерениях, то перед перечисленными терминами групп можно ставить слово «электрические» или «электро».

Меры – это средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Мера отличается от эталона тем, что последний воспроизводит единицу физической величины (пример – магазины сопротивлений, набор гирь и т.д.).