Т

Логическая функция f «сумма по модулю 2»

		Номер набора			F
0	0	0	0	0	0
0	1	1	0	1	1
1	0	2	1	0	1
1	1	3	1	1	0

аблица истинности такой функции представлена данными ниже.

Таблица 14.8.2

Анализ данных табл. 14.8.2 показывает, что для выполнения требуемой функции на информационные входы МС достаточно подать логические 1 и 0, а на адресные – аргументы функции. При этом информационные входы объединяются в соответствии с требуемыми значениями функции F(настройка).

УГО такого МС показано на рис. 14.8.3.

В целом применение мультиплексоров за счёт параллельности обработки информации позволило существенно повысить быстродействие цифровой техники, особенно по сравнению с использованием симплексных каналов связи, где реализуется, как правило, лишь последовательная обработка чисел.

О

Рис. 14.8.3. Реализация МС функции«сумма по модулю 2»

тличительными буквами интегральных микросхем мультиплексоров служат символы КП, например, в серии ИМС К155 селектор-мультиплексор данных на 16 каналов обозначен как К155КП1, а на 8 каналов – К155КП5.

В заключение следует отметить, что в цифровой электронике достаточно распространено применение ещё одного вида электронных коммутаторов. Их называют распределителями импульсов или демультиплексорами. Обычно они совмещаются с дешифраторами. Их комбинационная схема, как и у МС, строится на ЛЭИ, однако в противоположностьMС, они имеют только один входхи несколько выходову_i.Выходыу_i, в свою очередь, служат входами разных потребителей обрабатываемой информации, например, канала связи внутри компьютерной сети, узла приёма числа РГ индикатора или РГ принтера и т. д. Вариант функциональной схемы такого распределителя на 4 выхода показан на рис. 14.8.4.

Рис. 14.8.4. Функциональная схема дешифратора-демультиплексора на 4 выхода

Принцип работы схемы (рис. 14.8.4) состоит в передаче импульса, поступившего на вход х,на один из выходов, номер которого заданn-разрядным двоичным кодом. Так, еслих= 1, а управляющая адресная комбинацияa₁ a₀представлена кодом 10, то выходной импульс пройдёт через ЛЭИс номером 2, на который отDCподан разрешающий сигнал (см. жирные линии – код 1).

В стандарте условных обозначений интегральных микросхем демультиплексоры, как правило, маркируются символами ИДсовместно с дешифраторами. Например, дешифратор-демультиплексор из серии ИМС К155, обозначенный кодом К155ИД3, не только преобразует двоично-десятичный код в десятичный, но может работать распределителем на 4 линии16 разрядов.

14.9. Микропроцессоры и микропроцессорные системы

В современной электронике размещение в объёме одного полупроводникового кристалла с миллиметровым линейным размером сотни тысяч активных и пассивных электронных элементов стало обычным явлением для использования принципов и технологии интегральных микросхем. Это позволило, конструктивно объединив в одном кристалле основные устройства обычной ЭВМ: его процессор, состоящий из арифметико-логического устройства (АЛУ) с постоянной и оперативной памятью (ПЗУ и ОЗУ), и устройство управления (УУ) с интерфейсом и устройствами ввода-вывода (УВВ), создать новый эффективный вид цифровой электронно-вычислительной и информационной техники, названный микропроцессорами.

Микропроцессоры(МП) – это программно-управляемые электронные устройства цифровой обработки информации, построенные на основе одной или нескольких БИС. В настоящее время они стали основой любого компьютера, различных многофункциональных систем, в том числе автоматического управления (САУ) процессами и средствами. В МП процесс обработки информации от её ввода до вывода результата осуществляется автоматически выполнением последовательности команд заданной программы. Этим определяется универсальность устройств и систем, использующих МП. Вместе с тем, разнообразие практических ситуаций привело к созданию серий МП, отличающихся друг от друга сложностью, возможностями и стоимостью.

Поскольку, с одной стороны, функционально МП являются сложными программно-управляемыми цифровыми автоматами, т. е. устройствами ЭВМ, а с другой – интегральными схемами с высокой степенью интеграции элементов, то есть электронными приборами, то они характеризуются большим числом параметров и качеств. Например, для выбора и эксплуатации МП важны разрядностьмикропроцессора и возможность её расширения, определяющие точность обработки информации; цикл выполнения команд (микрокоманд), характеризующийбыстродействиеМП и возможность работы устройств в режиме реального времени; уровни сигналов, способы синхронизации, количество источников питания, тип корпуса, нагрузочная способность, надёжность и т. д.

По числусозданных в МП БИС различают микропроцессорыоднокристальные, где все аппаратурные средства реализованы в виде одной БИС, и многокристальные, где логическая структура МП разбита на функционально законченные части, реализованные в виде автономных БИС. Например, в состав современного трёхкристального МП обычно интегрируются БИСоперационного(ОП),управляющего(УП) иинтерфейсного(ИП) процессоров. При этом ОП служит для обработки данных; УП выполняет функции выборки, декодирования и вычисления адресов операндов и генерирует последовательность выполняемых микрокоманд; а ИП обеспечивает подключение требуемых ячеек памяти или периферийных средств к микропроцессору, по существу, являясь контроллером для УВВ информации.

По назначениюразличаютуниверсальные МП, рассчитанные на решение широкого круга задач в различных САУ или микроЭВМ, и специализированные МП, предназначенные для решения только одной или нескольких конкретных задач. Среди специализированных МП важно выделитьмикроконтроллеры, ориентированные на выполнение требуемых последовательностей логических операций при управлении сложными процессами;математическиеМП, служащие для ускорения арифметических операций, например, применением матричных методов их выполнения;конвольверы, позволяющие производитьконволюцию– сложную математическую параллельную обработку сигналов изменяющейся формы в реальном масштабе времени для выявления соответствия её формам эталонных сигналов, что позволяет эффективно выделять полезные сигналы (образы) на фоне помех (шума).

По характеруобрабатываемых входныхсигналовМП делятся нацифровые и аналоговые.

Поскольку сами МП являются цифровыми электронными устройствами, то для обеспечения их работы с входными аналоговыми сигналами они снабжаются узлами АЦП на входе и ЦАП на выходе микропроцессора. Аналоговые МП способны выполнять функции любой электронной аналоговой схемы, например, генерировать колебания, осуществлять их модуляцию, смещение, фильтрацию, кодирование и декодирование сигналов в реальном масштабе времени и т. д. При этом применение аналогового МП существенно повышает точность обработки аналоговых сигналов и, в частности, их воспроизведения, а также расширяет в целом функциональные возможности по их обработке. Напомним, что согласно теореме Котельникова (см. 14.3) частота дискретизации аналогового сигнала должна превышать не менее чем вдвое верхнюю частоту гармоник его спектра.

По принципу временной координацииработы микропроцессоров различаютсинхронныеМП, где начало и конец выполнения каждой операции задаются УУ, иасинхронные, где начало выполнения каждой следующей операции определяется по сигналу фактического окончания предыдущей.

По организации интерфейсаМП классифицируют как одно- и многомагистральные. В одномагистральных МП все устройства имеют одинаковый интерфейс и подключены к единой информационной шине (магистрали), по которой передаются коды данных, адресов и управляющих сигналов. В многомагистральных – устройства МП подключены соответствующими группами,каждая к своей информационной магистрали (шине).

Отечественной промышленностью выпускаются серии различных микропроцессорных средств и комплектов (МПК) от простейших микроконтроллеров до развитых МП, от однокристальных одноплатных до многоплатных высокопроизводительных микроЭВМ, которые строятся, как правило, на основе КМОП-, n-МОП-, ТТЛДШ- и ЭСЛ-технологий.

Например, в состав МПК серии КР580 (тактовая частота 2,5 МГц) входят центральный процессор параллельной обработки данных КР580ИК80, программируемые последовательный КР580ВВ51 и параллельный КР580ВВ55 интерфейсы, программируемый таймер КР580ВИ53, программируемые контроллеры прямого доступа к памяти КР580ВТ57, прерываний КР580ВН59 и ЭЛТ КР580ВГ75.

Началом отсчёта в эволюции МП принято считать создание в 1971 г. фирмой Intel(США) 4-разрядного микропроцессора МП 1-4004.

К настоящему времени в эксплуатацию введено уже 7-е поколение МП, названия и некоторые данные приоритетных серий которых приведены в табл. 14.9.1.

Анализ данных табл. 14.9.1 приводит к выводу о наличии как преемственности в логике и архитектуре МП, так и достаточной стабильности направлений их дальнейшего совершенстования (модернизация системной шины (магистрали), увеличение КЭШ-памяти и числа конвейеров). Поэтому можно и нужно овладеть базовыми знаниями по назначению, структуре и принципу работы основных функциональных узлов и устройств МП, и в первую очередь тем, что по принципу управления работой МП различают МП с аппаратными МП смикропрограммным устройствами управления.

Обычно МПсаппаратнымуправлением создаётся в одном кристалле и служит для решения жёстко фиксированной задачи или группы однотипных задач. Вычислительный процесс и логика работы такого МП определяются характером внутренних соединений элементов и узлов схемы, которые не могут быть изменены в процессе эксплуатации. Обобщённая структураМПсаппаратнымуправлением показана на рис. 14.9.1.