31. Микропроцессоры

Тема: Микропроцессоры (МП)

Микропроцессорами называются цифровые устройства, осуществляющие вычисления в соответствии с заданным законом функционирования, которые выполнены в виде интегральной схемы.

Микропроцессоры (МП) по применимости классифицируются на:

1. универсальные, в которых закон функционирования можно менять и выполнять любой закон функционирования;

2. специализированные, в которых закон функционирования определен в соответствии со значением или в составе оборудования объекта (например, микроконтроллер).

МП состоят из двух основных блоков:

Первым блоком является УА – управляющий автомат (называемый также устройством управления(УУ)), выполняющий роль выдачи управляющих сигналов y_i в определенной временной последовательности, где y_i – микрооперации. Последовательность микроопераций может быть изменена значениями х_i логических условий или признаками (флагами), которые вырабатываются в операционном блоке (ОБ) или операционном автомате (ОА или АЛУ). По словам фон Неймана, ОБ представляет собой «мельницу», которая перерабатывает числа (операнды), участвующие в вычислении.

У, А – числа, операнды

В итоге, ОБ выдает на выходе z - результаты выполнения операции.

Работа УА микропроцессора начинается путем формирования стартового сигнала B_i, называемого «ПУСК», в результате которого запускается необходимый закон преобразования информации, находящегося в памяти управляющего устройства (УУ). Часто B_i называют командами или основными операциями.

Закон функционирования управляющего автомата (УА) может быть задан двумя способами:

1. в виде жесткой логики (автомат Мили и автомат Мура);

2. в виде микропрограмм, закодированных определенным образом в виде микрокоманд.

Автоматы с жесткой логикой обычно задаются схемно и не могут быть изменены.

Автоматы с программируемой логикой (ПЛ) могут быть перепрограммированы и изменены.

32. Основные микрооперации операционного блока

Тема: Основные микрооперации ОБ

ОБ выполняет действия над многоразрядными числами 0,1,2,3,4, … , n (RG(n,0), RG(0,n))

ОБ преобразует числа, для чего выполняет следующие микрооперации:

1. y₁- микрооперация начальной установки, которая устанавливает устройство в

конкретное значение

Пример: RG(0,n) = 0

СТ(0,n)= 7₁₀=111₂

2. y ₂- микрооперация передачи или загрузки осуществляет обмен данными между устройствами ОБ и ШД.

Пример: СТ(0,n) = ШД(0,n)

СТ1(0,n)= RG1(0,n)

3. y ₃- микрооперация счёта. Это действие выполняется в счетчиках и

представляет собой прибавление или вычитание какого-либо числа.

Пример: СТ(0,n) = СТ(0,n) 2ⁱ , i=0,1,…

4) y ₄ - микрооперация суммирования выполняет действия, связанные со

сложением или вычитанием чисел:

Пример: SM(0,n) = RG1(0,n)+ RG2(0,n)+ RG3(0,n)= SM(0,n)

5. y ₅- микрооперация инверсии осуществляет преобразование некоторых

разрядов числа из любых значений в инверсию.

Пример: RG1(0,n) = или RG1(0,n) = ┐RG1(0,n)

5. y ₆- микрооперация сдвига используется в микрооперациях умножения и

деления. Бывает правого и левого сдвига, циклический.

Пример: RG1(0,n) = R1(RG1(0,n))

5. y ₇ – микрооперация дизъюнкции, конъюнкции и сложения по модулю 2 () выполняется над одноименными разрядами регистров или других устройств. Результат микрооперации остается в одном из регистров.

Пример: RG1(0,5) = RG2(0,n) СТ(0,5)

5. y ₈ - микрооперация комбинирования представляет собой совместное

использование вышеуказанных микроопераций.

Пример: SM(0,5) = RG1(0,5) + ┐ СТ(0,5)

Перечисленные выше микрооперации позволяют построить любой универсальный микропроцессор.

Минимальный базис микроопераций: y₂, y₇, y₅.

Минимальный базис может состоять из двух или трех элементов. Учитывая, что микроразрядность ОБ может достигать нескольких десятков разрядов, а число устройств ­­- 8-16 автоматов, то число состояний такого автомата может достигать астрономических цифр и описать их в виде графа автоматов Мили или Мура не представляется возможным. Поэтому существуют структурные методы синтеза.