План лекции. Лекция 1.
Введение в микропроцессорные системы (МПС). Основные определения.
Магистрально-модульный принцип организации МПС.
Аналоговая и цифровая формы представление информации.
Введение в микропроцессорные системы. Основные определения.
Цель курса
Изучение основных принципов построения и функционирования электронных систем обработки цифровой информации. |
Электронная система – комплекс радиотехнических методов и аппаратных средств объединенных для решения конкретной задачи. |
Информация (от лат. informatio – сведения).
Информация – сведения из внешнего мира, получаемые системой для собственной адаптации (приспособления). |
Информация – сведения об объектах природы, являющиеся предметом хранения, передачи и преобразования. |
Цифровая информация – информация представленная в дискретной форме (в виде дискретных символов взятых из некоторого алфавита). |
|
|
|
Рис. Элементы двоичной системы исчисления.
|
|
Основным объектом нашего изучения будет микропроцессорная система (МПС) и её архитектура.
-
МПС – электронная система, предназначенная для получения, хранения, обработки и передачи цифровой информации.
Архитектура (от греч. αρχη – основа и лат. tectum — дом)
обозначает науку и искусство проектирования зданий.
-
Архитектура МПС – совокупность сведений об элементах системы, их назначении, об особенностях их организации и функционирования.
2. Магистрально-модульный принцип организации мпс.
Архитектура МПС – магистрально-модульная.
|
МПС – это набор связанных информационными магистралями функциональных модулей для выполнения задач хранения и обработки информации. |
|
---|---|---|
|
||
Рис. 2. Магистрально-модульная структура МПС. |
-
МПС – это набор связанных информационными магистралями функциональных модулей для выполнения задач хранения и обработки информации.
-
Магистрали – электрические, оптические, радиоволновые или какие-либо еще линии предназначенные для обмена информации между модулями.
Типы магистралей:
-
Магистраль данных (MD);
Адресная магистраль (MA);
Магистраль управления и синхронизации (MM).
Типы модулей:
-
Микропроцессор – интегральная микросхема с управляемой программой логикой функционирования. Он предназначен для обработки цифровой информации;
Память – интегральная микросхема, предназначенная для хранения информации (запоминающее устройство);
Контроллеры внешних устройств – интегральные микросхемы, анализирующие состояние внешних устройств;
Порты ввода/вывода – электронные устройства, предназначенные для обмена данными ядра МПС с периферийным оборудованием.
Периферийные устройства – вспомогательные устройства различного функционального назначения (в том числе и внешняя память).
-
Интегральная микросхема – радиоэлектронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковом кристалле и помещённая в защитный корпус.
Магистрально-модульная архитектура позволяет установить общие правила подключения (интерфейс) необходимых модулей.
-
Интерфейс – совокупность правил (требований) определяющих электрическую, логическую и конструктивную совместимость модулей, участвующих в обмене информации.
Основные типы МПС:
-
микроконтроллеры - управляющие системы, функциональные модули которых выполнены в виде одной микросхемы;
компьютеры (специализированные МПС для решения задач цифровой обработки информации, обладающие высокой производительностью).
Пример архитектуры компьютера:
|
Рис. 3а. Магистрально-модульная архитектура компьютера. |
Пример архитектуры микроконтроллера:
|
|
|
Рис. 3б. Магистрально-модульная архитектура микроконтроллера. |
|
|
|
||
Рис. 3д. Фотографии МПС на базе микропроцессора. |
Рис. 3е. Фотографии МПС на базе микрконтроллера. |
Сфера применения МПС неограниченна. МПС – реальный инструмент прогресса человечества.
Память МП предназначенная для хранения информации.
-
Бит (англ. binary digit) – базовая единица измерения количества информации.
Бит – один разряд двоичного числа. Место для записи или хранения одной цифры двоичной системы счисления. В это место может быть записано только одно из двух взаимоисключающих значений: 1или 0. Значения бита 1/0 можно связать с утверждениями: да/нет, вкл./выкл, true/false и т. п.
Бит (по Шеннону) – количество информации, занимаемое ответом на вопрос, построенный в альтернативной форме (Н2О это химическая формула воды?).
Байт – вспомогательная единица измерения количества информации, 1 байт = 8 бит.
В битах и байтах измеряют емкость информационного сообщения или емкость хранилища информации.
Единицы, производные от бита.
Название |
ГОСТ |
МЭК |
Множитель |
байт |
[байт] |
[В] |
23=8 |
килобайт |
[Кбайт] |
[КВ] |
210=1024 |
мегабайт |
[Мбайт] |
[МВ] |
220 |
гигабайт |
[Гбайт] |
[ГВ] |
230 |
терабайт |
[Тбайт] |
[ТВ] |
240 |
… |
|
|
|
ТТЛ- микросхемы:
нулем (0) кодируют утверждение о том, что напряжение на элементе схемы лежит в диапазоне от +0 до +0,8 В (U0);
еденицей (1) - в диапазоне от +2,4 до +5,0 В (U1).
Говорят, что напряжение на элементе соответствует логическому нулю или логической единице.
Пусть случайная величина, описывающая состояние объекта и принимающая конечное число значений, вероятность появления которых одинакова. Пусть вероятность появления любого значения, тогда количество информации необходимое для описания состояния объекта:
-
Количество информации (выраженное в битах) необходимое для описания состояния объекта равно – логарифму по основанию 2 вероятности нахождения его в одном из равновероятных состояний.
Примеры:
Грабитель спрячет долю награбленного в одной из 32 ячеек камеры хранения. Какой размер сообщения (в байтах) о номере ячейки получит подельник для владения этой долей ?
Грабитель пошлет подельнику сообщение размером в 16 бит, в котором укажет её номер. Какова длина камеры хранения, если ячейки расположены в два ряда и ширина ячейки 1м ?
В вычислительной технике слово «бит» часто применяется в значении разряд двоичного числа. Например: старший бит — старший двоичный разряд.