Задовільно

1. Поняття “Електронна система” . Типи представлення даних для обробки ЕС.

Електронна система - в даному випадку це будь-який електронний вузол, блок, прилад або комплекс, що проводить обробку інформації. Задача - це набір функцій, виконання яких вимагаються від електронної системи. Швидкодія - це показник швидкості виконання електронною системою її функцій. Гнучкість - це здатність системи підстроюватися під різні задачі (або здатність МП системи переналагоджуватися на виконання іншої задачі). Надмірність - це показник ступеня відповідності можливостей системи вирішуваною даною системою задачі. Інтерфейс - угода про обмін інформацією, правила обміну інформацією, мається на увазі електрична, логічна і конструктивна сумісність пристроїв, що беруть участь в обміні. Мікропроцесорна система може розглядатися як окремий випадок електронної системи, призначеної для обробки вхідних сигналів і видачі вихідних сигналів. Як вхідні і вихідні сигнали при цьому можуть використовуватися аналогові сигнали, одиночні цифрові сигнали, цифрові коди, послідовності цифрових кодів. Усередині системи може проводитися зберігання, накопичення сигналів (або інформації), але суть від цього не міняється. Якщо система цифрова, то вхідні аналогові сигнали перетворяться в послідовності кодів вибірок за допомогою АЦП, а вихідні аналогові сигнали формуються з послідовності кодів вибірок за допомогою ЦАП. Обробка і зберігання інформації проводяться в цифровому вигляді. Характерна особливість традиційної цифрової системи полягає в тому, що алгоритми обробки і зберігання інформації в ній жорстко пов'язані з схемотехнікою системи. Тобто зміна цих алгоритмів можлива тільки шляхом зміни структури системи, заміни електронних вузлів, що входять в систему, або зв'язків між ними. Якщо нам потрібна додаткова операція сумування, то необхідно додати в структуру системи зайвий суматор. Або якщо потрібна додаткова функція зберігання коду протягом одного такту, то ми повинні додати в структуру ще один регістр. Природно, це практично неможливо зробити в процесі експлуатації, обов'язково потрібен новий виробничий цикл проектування, виготовлення, відладки всієї системи. Саме тому традиційна цифрова система часто називається системою на «жорсткій логіці».

2. Особливості універсальних електронних систем та систем на “жорсткій” логіці.

Будь-яка система на «жорсткій логіці» обов'язково є спеціалізованою системою, створеною винятково на одну задачу або на декілька близьких, наперед відомих задач. По-перше, спеціалізована система (на відміну від універсальної) ніколи не має апаратурної надмірності, тобто кожний її елемент обов'язково працює в повну силу. По-друге, саме спеціалізована система може забезпечити максимально високу швидкодію, оскільки швидкість виконання алгоритмів обробки інформації визначається в ній тільки швидкодією окремих логічних елементів і вибраною схемою шляхів проходження інформації. А саме логічні елементи завжди володіють максимальною на даний момент швидкодією. Але в той же час великим недоліком цифрової системи на «жорсткій логіці» є те, що для кожної нової задачі її треба проектувати і виготовляти заново. Це процес тривалий, дорогий, вимагає високої кваліфікації виконавців. А якщо вирішувана задача раптом змінюється, то вся апаратура повинна бути повністю замінена. В нашому швидко змінному світі це досить марнотратно. Шлях подолання цього недоліку досить очевидний: треба побудувати таку систему, яка могла б легко адаптуватися під будь-яку задачу, перебудовуватися з одного алгоритму роботи на іншій без зміни апаратури. І задавати той або інший алгоритм ми тоді могли б шляхом введення в систему якоїсь додаткової управляючої інформації, програми роботи системи. Тоді система стане універсальною, або програмованою, не жорсткою, а гнучкою. Саме це і забезпечує мікропроцесорна система.

Але будь-яка універсальність обов'язково призводить до надмірності. Адже рішення максимально важкої задачі вимагає набагато більше засобів, ніж рішення максимально простої задачі. Тому складність універсальної системи повинна бути такою, щоб забезпечувати рішення найважчої задачі, а при рішенні простої задачі система працюватиме далеко не в повну силу, використовуватиме не всі свої ресурси. І чим простіше вирішувана задача, тим більша надмірність, і тим меншою виправданою стає універсальність. Надмірність веде до збільшення вартості системи, зниження її надійності, збільшення споживаної потужності і т.д. Крім того, універсальність приводить до істотного зниження швидкодії. Оптимізувати універсальну систему так, щоб кожна нова задача розв'язувалася максимально швидко, просто неможливо. Загальне правило таке: чим більша універсальність, гнучкість, тим менша швидкодія. Більш того, для універсальних систем не існує таких задач які б вони вирішували з максимально можливою швидкодією. Системи на «жорсткій логіці» хороші там, де вирішувана задача не міняється тривалий час, де потрібна найвища швидкодія, де алгоритми обробки інформації гранично прості. А універсальні, програмовані системи хороші там, де часто міняються вирішувані задачі, де висока швидкодія не дуже важлива, де алгоритми обробки інформації складні. Проте за останні десятиріччя швидкодія універсальних систем сильно виросла. До того ж великий об'єм випуску мікросхем для цих систем привів до різкого зниження їх вартості. В результаті область використання систем на «жорсткій логіці» різко звузилася. Більш того, високими темпами розвиваються зараз програмовані системи, призначені для вирішення однієї задачі або декількох близьких задач. Вони вдало суміщають в собі достоїнства систем на «жорсткій логіці» і програмованих систем, забезпечуючи поєднання достатньо високої швидкодії і необхідної гнучкості.

3. +-Поняття “Мікропроцесор”. Типова структура мікропроцесор.

Ядром будь-якої мікропроцесорної системи є мікропроцесор або просто процесор.«Обробник» - це цифровий пристрій, який проводить всю обробку інформації усередині мікропроцесорної системи, відповідно до команд, записаних в пам’яті програм. Решта вузлів виконує всього лише допоміжні функції: зберігання інформації), зв'язки із зовнішніми пристроями, зв'язки з користувачем і т.д. Він виконує арифметичні функції (додавання, множення), логічні функції (зсув, порівняння, маскування кодів), тимчасове зберігання кодів (у внутрішніх регістрах), пересилку кодів між вузлами МП системи і інше. Кількість таких елементарних операцій, виконуваних процесором, може досягати декількох сотень. Всі свої операції процесор виконує послідовно, тобто одну операцію за іншою, по черзі. Звичайно, існують процесори з паралельним виконанням деяких операцій, зустрічаються також МП системи, в яких декілька процесорів працюють над однією задачею паралельно, але це не часто. З одного боку, послідовне виконання операцій - безперечна перевага, оскільки дозволяє за допомогою всього лише одного процесора виконувати будь-які найскладніші алгоритми обробки інформації. Але, з другого боку, послідовне виконання операцій призводить до того, що час виконання алгоритму залежить від його складності. Прості алгоритми виконуються швидше складних. Тобто мікропроцесорна система здатна зробити все, але працює вона не дуже швидко, адже всі інформаційні потоки доводиться пропускати через один-єдиний вузол - мікропроцесор. Саме це визначається управляючою інформацією, програмою. Програма є набором команд тобто цифрових кодів, розшифрувавши які, процесор знає, що йому треба робити. Програма від початку і до кінця складається людиною, програмістом, а процесор виступає в ролі слухняного виконавця цієї програми, ніякої ініціативи він не проявляє. Він всього лише виконавець того алгоритму, який наперед склала для нього людина. Будь-яке відхилення від цього алгоритму може бути викликано тільки несправністю процесора або яких-небудь інших вузлів мікропроцесорної системи.

4. Поняття “команда”. Типи команд. Особливості програмування МП.

Всі команди, виконувані процесором, утворюють систему команд процесора. Структура і об'єм системи команд процесора визначають його швидкодію, гнучкість, зручність використання. Всього команд у процесора може бути від декількох десятків до декількох сотень. Система команд може бути розрахована на вузький круг вирішуваних задач (у спеціалізованих процесорів) або на максимально широкий круг задач (в універсальних процесорів). Коди команд можуть мати різну кількість розрядів (займати від одного до декількох байт). Кожна команда має свій час виконання, тому час виконання всієї програми залежить не тільки від кількості команд в програмі, але і від того, які саме команди використовуються. Для виконання команд в структуру процесора входять внутрішні регістри, арифметико-логічний пристрій (АЛП), мультиплексори, буфери, регістри і інші вузли. Мікрокоманда – набір «1» і «0», в якому кожен розряд керує певним блоком МП. Команда – двійковий код, який є порядковим номером групи мікрокоманд. В МП їз жорстким управлінням (вбудована с-ма команд) мікрокоманди, які виконують певну функцію зведені в групи, кожній групі присвоєно 2-код і занесено в ПУ, який відповідно до коду команди по сигналах тактового генератора видає керуючі сигнали(мікрокоманди) на блоки МП.

Розробник повинен розглядати процесор як «чорний ящик», який у відповідь на вхідні і управляючі коди проводить ту або іншу операцію і видає вихідні сигнали. Розробнику необхідно знати систему команд, режими роботи процесора, а також правила взаємодії процесора із зовнішнім світом або, як їх ще називають, протоколи обміну інформацією. Про внутрішню структуру процесора треба знати тільки те, що необхідне для вибору тієї або іншої команди, того або іншого режиму роботи. Система команд процесора:1)Команди пересилки даних не вимагають виконання ніяких операцій над операндами. Вони виконують наступні найважливіші функції:1)завантаження (запис) вмісту у внутрішні регістри процесора; 2)збереження в пам'яті вмісту внутрішніх регістрів процесора; 3)копіювання вмісту з однієї області пам'яті в іншу; 4)запис в пристрої вводу/виводу і читання з пристроїв вводу/виводу. Операнди просто пересилаються (копіюються): MOV(А, Rn),(A(Rn),#d),(A,ad)(xch A,Rn). 2)Арифметичні команди виконують операції додавання (ADD), віднімання(SUB), множення(MUL), ділення(DIV), збільшення на одиницю (інкрементування) (INC), зменшення на одиницю (декрементування) (DEC). Цим командам потрібні один або два вхідні операнди. Формують команди один вихідний операнд. 3)Логічні команди проводять над операндами логічні операції, наприклад, логічне І множення(ANL), логічне АБО додавання (ORL), виключаюче АБО(XRL), очищення(CLR), інверсію(CPL), зсуви вправо(RR), вліво(RL), обмін тетрод(SWAP). Цим командам, як і арифметичним, потрібні один або два вхідні операнди, і формують вони один вихідний операнд. 4) Команди передачі керування призначені для зміни звичайного порядку послідовного виконання команд. З їх допомогою організовуються переходи на підпрограми і повернення з них. JMP(add)- перехід по адресу; JZ(add)- перехід, якщо в А нуль; JNZ(add)-перехід, якщо в А не нуль; JC(add)-перехід, якщо перенос=1; JNC(add)-перехід, якщо перенос=0; JB(add)-перехід, якщо bit=1; JNB(add)-перехід, якщо bit=0; DJNZ(Rn(ad),add)-декремент Rn (прямо адресованого байту) і перехід, якщо не 0; CJNE(A(Rn),#d,add)-порівняння значення в А(Rn) з числом і перехід якщо не рівно; CALL(add)-виклик підпрограми по адресі add; RET-повернення з підпрограми; RETI- повернення з підпрограми переривання; MOP-холоста команда. 5) Команди операцій з бітами: SETB(bit)-встановлення біту в «1»; CLR(bit)-очистка «0»; CPL(bit)-інверсія біту.