Обчислювальна техніка та мікропроцесори

ВІДПОВІДІ:

1. Дати визначення та охарактеризувати існуючі типи мікропроцесорних комплектів.

Мікропроцесор (МП) - програмно-керований пристрій, що здійснює процес обробки цифрової інформації за допомогою програми яка записана в запам’ятовуючих пристроях і побудований на основі великих інтегральних схем (ВІС).

Мікропроцесорна ВІС - інтегральна мікросхема, що виконує функцію МП або його частини.

Мікропроцесорна система - управляюча інформаційна або інша спеціалізована цифрова система, побудована на базі мікропроцесорних пристроїв.

Мікропроцесорний комплект (МПК) - набір мікропроцесорних та інших інтегральних мікросхем, сумісних по конструктивно-технологічному виконанню та призначених для сумісного вживання при побудові мікро-ЕОМ і інших засобів обчислювальної техніки.

Все різноманіття МПК зручно розділити на два типи:

- однокристальні МП з фіксованою розрядністю слова та фіксованою системою команд і пристроєм управління зі "схемною" логікою;

- багатокристальні (секційні) мікропрограмовані МП із змінною розрядністю слова і фіксованим набором мікрооперацій.

Мікропроцесори першого типу мають типову структуру, яка нагадує організацію звичайних ЕОМ. Однокристальні МП виконуються з використанням різних МОН-технологій мікроелектроніки, що дозволяють розміщувати на одному кристалі велику кількість елементарних схем МОН-транзисторів завдяки їх унікально малим розмірам і невеликій розсіюваній потужності.

Біполярні ВІС (наприклад, з малопотужними ТТЛ-схемами з діодами Шотки) володіли в порівнянні з МОН-ВІС набагато більшою швидкодією, але значно меншою густиною упаковки компонентів на кристалі.

Багатокристальний біполярний МПК, заснований на конструктивному принципі ФУНКЦІОНАЛЬНО-РОЗРЯДНОГО СЛОВА, що пропонує реалізацію на кристалі малорозрядної (2-4 розряди) мікропроцесорної секції. В цьому випадку для забезпечення обробки слів заданої розрядності мікропроцесор складається з відповідної кількості однакових кристалів об'єднаних мікропрограмним блоком управління, реалізованим на окремому кристалі.

Мікропрограмні багатокристальні МП забезпечують велику гнучкість в досягненні потрібних користувачеві характеристик, потрібної швидкодії мікропроцесорного пристрою або мікропроцесорної системи, надаючи користувачу можливість задавати спеціалізовану систему команд, орієнтовану на певне використання. Проте при цьому проектувальник повинен розробляти мікропрограми, які реалізують ці команди, і записати їх в управляючу пам'ять МП.

2. Описати роботу МП КР580ВМ80 за структурною схемою при виконанні команд .

Для коректного виконання програми команди повині надходити у строго заданій послідовності. Регістр лічильник команд (РС) відповідає за те, яка команда повина виконуватись після поточної, тобто в РС записується адреса комірки пам'яті в якій знаходиться двійковий код наступної команди. Команда може знаходитись в будь-якиій з 65536 комірок пам'яті. Тому кількість розрядів лічильника команд повина бути не меньше 16, щоб РС мав можливість звертатись до будь-якої комірки пам'яті. Для запуску програми, перед її виконанням, в лічильник команд заноситься число - адреса комірки пам'яті, що містить першу команду програми. Надалі при прямому ході програми вміст РС збільшується на одиницю при зчитуванні кожного наступного байту програми. Для цього використовується схема інкременту-декрументу. У випадку розгалуження в тексті програми або виклику підпрограми вміст РС повністю обновляється заміною його вмісту на адресу яка міститься в команді переходу або виклику.

Адреса першого байту команди через буферний регістр адреси (БРА) виставляється на зовнішню шину адрес (ША) МП. По ША адреса поступає на запамятовуючий пристрій який формує на своєму виході код першого байту команди і по шині даних (ШД) передає його до МП. Цей код через буферний регістр даних (БРД) МП записується в регістр команд (РК). РК призначений виключно для зберігання двійкового коду команди, що виконується, на протязі всього часу виконання поточної команди. Кількість розрядів РК, як правило співпадає з розрядністю МП.

Команда мікропроцесора - це таке двійкове слово, яке, будучи «прочитано» мікропроцесором, примушує останній виконати певні дії. Команда МП повина містити інформацію про те, що саме робити МП, де розташовані числа, над якими повина виконуватись операція, яка адреса наступної команди. В коді кожної команди міститься інформація про її довжину: 2-х, 3-х, чи однобайтова ця команда тобто, чи є крім коду операції ще другий і третій байти з додатковою інформацією. Ця інформація знаходиться в першому байті кожної команди.

З РК перший байт команди поступає в дешифратор команд (ДШК). Як тільки дешифрується код команди МП визначає довжину команди і у відповідності до неї збільшує вміст РС. При цьому другий або другий і третій байти команди записуються в допоміжні регістри W та Z. Дешифратор і схема керування ідентифікують команду внаслідок чого формуються сигнали, що направляються в інші частини мікропроцесора. За допомогою цих сигналів виконуються операції, що передбачені в алгоритмі виконання команди.

Регістри загального призначення містять операнди з якими виконуються дії більшістю команд МП. Результат виконання операцій для більшості команд записується в регістр акумулятор (А). Крім того певні ознаки отриманого результату відображаються в регістрі ознак (РО). РО це набір незалежних тригерів кожен з яких встановлюється в залежності від певної ознаки отриманого результату, а саме: рівність нулю, знак числа, ознака паритету, виникнення переносу з старшого розряду та четвертого розряду (для операцій в двійково-десятковому коді). Стани прапорців регістру ознак використовуються для реалізації умовних переходів в тексті програми.

3. Дати порівняльну характеристику мікросхемам запам’ятовуючих пристроїв.

Усі мікросхеми пам’яті діляться на два типи ОЗП (оперативні запам'ятовуючі пристрої) та ПЗП (постійні запам'ятовуючі пристрої).

Існує два типи ОЗП: статичне й динамічне. Статичне ОЗП конструюється з використанням D-тригерів. Інформація в ОЗП зберігається протягом усього часу, поки до нього подається живлення. Статичне ОЗП працює дуже швидко. Звичайний час доступу становить кілька наносекунд. Із цієї причини статичне ОЗП часто використається в якості кэш-памяти другого рівня.

У динамічному ОЗП, навпаки, тригери не використаються. Динамічне ОЗП являє собою масив комірок, кожна з яких містить транзистор і конденсатор. Конденсатори можуть бути зарядженими й розрядженими, що дозволяє зберігати нулі й одиниці. Оскільки електричний заряд має тенденцію зникати, кожний біт у динамічному ОЗП повинен обновлятися (перезаряджатися) кожні кілька мілісекунд, щоб запобігти втраті даних. Оскільки відновлення даних повинна реалізувати зовнішня логіка, динамічне ОЗП вимагає більш складної схеми керування, ніж статичне. Динамическое ОЗП має дуже високу щільність запису. З цієї причини основна пам'ять майже завжди будується на основі динамічних ОЗП. Однак динамічні ОЗП працюють дуже повільно (час доступу займає десятки наносекунд). Таким чином, сполучення кеш-пам'яті на основі статичного ОЗП та основної пам'яті на основі динамічного ОЗП поєднує в собі переваги обох пристроїв.

У випадках коли дані повинні зберігатися, навіть якщо живлення відключене, або після установки ні програми, ні дані не повинні змінюватися використовуються ПЗП. Дані записуються в ПЗП в процесі виготовлення мікросхеми.

Єдиний спосіб змінити програму в ПЗП - поміняти цілу мікросхему, тому були випущені програмувальні ПЗП. На відміну від звичайних ПЗП, їх можна програмувати в умовах експлуатації. Програмовані ПЗП містять масив плавких перемичок. Можна перепалити певну перемичку, якщо вибрати потрібний рядок і потрібний стовпець, та подати високу напругу на відповідні виходи мікросхеми.

Стираєме програмоване ПЗП, яке можна не тільки програмувати в умовах експлуатації, але й стирати інформацію з нього. Якщо кварцове вікно в даному ПЗП піддавати впливу сильного ультрафіолетового світла протягом 15 хвилин, всі біти встановляться на 1. Стираємі ПЗП набагато економічніші, ніж звичайні програмовані ПЗП оскільки їх можна використати багаторазово, особливо під час етапу проектування пристрою.

Електронно-перепрограмовувані ПЗП, з яких можна стирати інформацію, подаючи на них відповідні електричні імпульси мають значно менший об’єм від звичайних стираємих ПЗП і меншу швидкодію. Електронно-перепрограмовувані ПЗП не можуть конкурувати з динамічними й статичними ОЗП, оскільки вони працюють в 10 разів повільніше, їхня об’єм в 100 разів менше й вони коштують набагато дорожче. Вони використаються тільки в тих випадках, коли необхідне збереження інформації при вимиканні живлення.

Більше сучасний тип электронно-перепрограмовуваного ПЗП - флеш-пам'ять. На відміну від стираємих ПЗП, флеш-пам’ять стирається й записується блоками.

4. Перевести число 345,67 з десяткової системи числення до двійкової, вісімкової та шістнадцяткової з точністю до третього знаку після коми.

Цілу частину десяткового числа ділять на основу системи числення k в яку переводять за правилами десяткової арифметики до отримання залишку, який буде десятковим еквівалентом молодшої цифри результату. Якщо частка від ділення не дорівнює 0, то вона стає діленим і процес ділення на k продовжується. Як тільки чергова частка стане рівною 0, процес ділення на k припиняється. Залишок, який отримали при першому діленні на k, є цифрою розряду результату з вагою k0, залишок при другому діленні - цифрою з вагою k1 і т.д. Останній залишок є старшою цифрою результату.

Дробова частина числа домножується на k за правилами десяткової арифметики. В отриманому добутку від'єднується ціла частина, яка може дорівнювати 0, а дробова частина знову домножується на k із наступним від'єднанням цілої частини. Ця операція повторюється або до отримання нульової дробової частини добутку, або до отримання необхідної кількості розрядів числа. Старша цифра результату переведення (тобто, перша після коми) збігається з першою від'єднаною цілою частиною, друга цифра результату - із другою від'єднаною цілою частиною і т.д. При цьому від’єднані цілі частини необхідно представити в системі числення з основою k.

У двійкову систему:

Переведення цілої частини числа до 2-кової системи:

345 : 2 = 172, залишок 1;

172 : 2 = 86, залишок 0;

86 : 2 = 43, залишок 0;

43 : 2 = 21, залишок 1;

21 : 2 = 10, залишок 1;

10 : 2 = 5, залишок 0;

5 : 2 = 2, залишок 1;

2 : 2 = 1, залишок 0;

1 : 2 = 0, залишок 1

результат 101011001.

Переведення дробової частини числа до 8-кової системи:

0,67 х 2 = 1,34;

0,34 х 2 = 0,68;

0,68 х 2 = 1,36;

наближений результат 0,101... .

Повний результат 101011001,101... .

У вісімкову систему:

Переведення цілої частини числа до 8-кової системи:

345 : 8 = 43, залишок 1;

43 : 8 = 5, залишок 3;

5 : 8 = 0, залишок 5;

результат 531.

Переведення дробової частини числа до 8-кової системи:

0,67 х 8 = 5,36;

0,36 х 8 = 2,88;

0,88 х 8 = 7,04;

наближений результат 0,527... .

Повний результат 5311,527... .

У шістнадцяткову систему:

Переведення цілої частини числа до 16-кової системи:

345 : 16 = 21, залишок 9;

21 : 16 = 1, залишок 5;

1 : 16 = 0, залишок 1;

результат 159.

Переведення дробової частини числа до 8-кової системи:

0,67 х 8 = 5,36;

0,36 х 8 = 2,88;

0,88 х 8 = 7,04;

наближений результат 0,527... .

Повний результат 5311,527... .

ЕКЗАМЕНАЦІЙНІ ПИТАННЯ для комплексного державного