ЦЕНТРАЛЬНЫЕ И ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА
ЭЛЕКТРОННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ
С.А.ПЕСКОВА, А.И.ГУРОВ, А.В.КУЗИН
____________________________________________________________________________________________
Под редакцией действительного члена Академии электротехнических наук Российской федерации, заслуженного деятеля науки и техники Российской федерации, д-ра техн. наук,
проф. О.П.ГЛУДКИНА
Рекомендовано министерством общего и профессионального образования Российской Федерации
в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по направлению “Проектирование и технология электронных средств” и специальностям “Проектирование и технология радиоэлектронных средств”, “Проектирование и технология электронно-вычислительных средств”
МОСКВА “РАДИО И СВЯЗЬ” 1999
ББК 32.973
П
УДК 681.3
Пескова С.А., Гуров А.И., Кузин А.В.
Центральные и периферийные устройства электронных вычислительных средств/Под ред. О.П.Глудкина. - М.: Радио и связь, 1999. - с.: ил.
Рецензенты:
кафедра “Конструирование и технология производства электронной аппаратуры” Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.А.Шахнов); кафедра “Вычислительная техника и системы управления Московского технического университета связи и информатики (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. Ю.В.Лазарев).
©С.А.Пескова, А.И.Гуров, А.В.Кузин, 1999
Оглавление |
3 |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………….………………………….7 |
|
ЧАСТЬ I ОПЕРАЦИОННЫЙ БЛОК И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ |
|
ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРОЦЕССОРА |
|
Глава 1. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ |
|
1.1. Понятие архитектуры вычислительной системы. Структура |
|
аппаратной части и назначение основных |
|
функциональных узлов..……………………………………......................…...9 |
|
1.2. Базовые параметры и технические характеристики ЭВМ.......................... |
13 |
1.3. Обмен информацией в микропроцессорной системе. Организация |
|
магистралей. Разделение ресурсов. локальные, системные и |
|
внешние магистрали....................................................................................... |
14 |
Контрольные вопросы к главе 1 ............................................................................ |
16 |
Глава 2. СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОРА |
|
2.1 Рабочий цикл процессора. Микропрограммная интерпретация |
|
команд центрального процессора............................................................ |
17 |
2.2. Устройство управления с программируемой логикой................................. |
19 |
2.3. Устройство управления с жесткой логикой .................................................. |
21 |
2.4. Слово состояния процессора............................................................................ |
23 |
2.5. Микроконтроллеры........................................................................................... |
25 |
2.6. Особенности организации однокристальных и секционных |
|
микропроцессоров........................................................................................... |
25 |
2.7. Способы организации связи между МП и устройством ввода-вывода...... |
28 |
2.8. Архитектура и функционирование микропроцессора.................................. |
30 |
Контрольные вопросы к главе 2 ............................................................................. |
38 |
Глава 3. СИСТЕМЫ КОМАНД МИКРОЭВМ |
|
3.1. Язык микроопераций для описания вычислительных устройств.............. |
40 |
3.2. Структура и формат команд микропроцессора и МПС................................ |
45 |
3.3. Программирование микропроцессора............................................................. |
54 |
Контрольные вопросы к главе 3 ............................................................................. |
59 |
Глава 4. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ АРХИТЕКТУРЫ И АППАРАТНОГО |
|
ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭВС |
|
4.1. Требования различных задач к вычислительным ресурсам и |
|
ограничения фон-Неймановской архитектуры........................................... |
60 |
4.2. Распараллеливание процессов обработки информации............................... |
62 |
4.3. Принцип совмещения операций. Конвейерная обработка информации... |
62 |
4.4. Архитектура процессоров с сокращенным набором команд........................ |
64 |
4.5. Применение кэш-памяти и повышение пропускной способности.............. |
66 |
4.6. Транспьютеры..................................................................................................... |
68 |
4.7. Развитие новых архитектурных принципов .................................................. |
71 |
4.8. Оценка призводительности скалярного процессора .................................... |
74 |
Контрольные вопросы к главе 4 ............................................................................. |
75 |
ЧАСТЬ II ПАМЯТЬ ЭВМ |
|
Глава 5. ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ |
|
5.1. Классификация и иерархическая структура памяти ЭВМ.......................... |
77 |
5.2. Запоминающие элементы статических ОЗУ................................................... |
79 |
5.3. Запоминающие элементы динамических ОЗУ............................................... |
82 |
5.4. Структуры матриц накопителей информации.............................................. |
85 |
5.5. Структура построения БИС статических ОЗУ и модулей памяти............. |
86 |
Оглавление |
|
4 |
5.6. Структура построения БИС динамических ОЗУ .......................................... |
91 |
|
5.7. Элементная база и организация постоянных запоминающих |
|
|
|
устройств.……………………………………………………………………….95 |
|
Контрольные вопросы к главе 5 ............................................................................. |
98 |
|
Глава 6. ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА НА |
|
|
МАГНИТНЫХ НОСИТЕЛЯХ |
|
|
6.1. Принцип записи двоичной информации на магнитную поверхность......... |
99 |
|
6.2. Работа системы «магнитная головка - носитель» в режимах |
|
|
|
записи и воспроизведения .......................................................................... |
102 |
6.3. Методы записи цифровой информации на магнитный носитель............. |
104 |
|
6.4. Воспроизведение информации и повышение ее достоверности ................ |
110 |
|
6.5. Накопители на гибких магнитных дисках и их контроллеры .................. |
112 |
|
6.6. Накопители на жестких магнитных дисках типа винчестер и их |
|
|
контроллеры ................................................................................................. |
117 |
|
6.7. Накопители на сменных магнитных дисках ............................................... |
122 |
|
6.8. Накопители на магнитной ленте ................................................................... |
122 |
|
Контрольные вопросы к главе 6 ........................................................................... |
126 |
|
Глава 7. ОПТИЧЕСКИЕ И МАГНИТООПТИЧЕСКИЕ ВЗУ |
|
|
7.1. Лазерные системы и их применение в устройствах внешней памяти…..127 |
||
7.2. Оптические диски............................................................................................ |
128 |
|
7.3. Магнитооптические диски.....................................…………………………..134 |
||
7.4.Устройство накопителя на оптических дисках............................................ |
136 |
|
Контрольные вопросы к главе 7 ........................................................................... |
137 |
|
Глава 8. ВЗУ НА ЦМД-СОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛАХ |
|
|
8.1. Принципы возникновения цилиндрических магнитных доменов............ |
139 |
|
8.2. Организация продвижения ЦМД.................................................................. |
141 |
|
8.3. Функциональные элементы ЦМД-микросборок памяти ........................... |
142 |
|
8.4. Структура ЦМД-микросхем памяти ............................................................. |
145 |
|
8.5. Устройство ЦМД-накопителя........................................................................ |
148 |
|
Контрольные вопросы к главе 8 ........................................................................... |
149 |
|
Глава 9. ВЗУ НА ОСНОВЕ ГОЛОГРАФИИ |
|
|
9.1. Носители информации для голографических ЗУ......................................... |
151 |
|
9.2. Создание голограмм......................................................................................... |
152 |
|
9.3. Воспроизведение голограмм............................................................................ |
154 |
|
9.4. Голографические ЗУ двоичной информации................................................ |
155 |
|
Контрольные вопросы к главе 9 ........................................................................... |
157 |
|
Глава 10. ОРГАНИЗАЦИЯ БЕЗАДРЕСНОЙ И ВИРТУАЛЬНОЙ ПАМЯТИ |
|
|
10.1. |
Стековая память......................................................................................... |
158 |
10.2. Ассоциативная память ............................................................................... |
159 |
|
10.3. Виртуальная память со страничной организацией ................................ |
163 |
|
10.4. Структура виртуальной памяти при сегментном распределении.......... |
171 |
|
Контрольные вопросы к главе 10.......................................................................... |
173 |
|
ЧАСТЬ III |
ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА |
|
Глава 11. НАЗНАЧЕНИЕ ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ |
|
|
11.1. Классификация периферийных устройств.................................................. |
175 |
|
11.2. Проблемы системы “оператор - ЭВМ” как частного случая |
|
|
системы “человек - машина”............................................................................... |
178 |
|
Контрольные вопросы к главе 11.......................................................................... |
182 |
|
Глава 12. УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО СЧИТЫВАНИЯ ТЕКСТОВ |
|
|
12.1. Устройства автоматического ввода печатных текстов.......................... |
183 |
|
Оглавление |
5 |
12.2. Методы распознавания образов печатных знаков ................................ |
187 |
12.3. Устройства автоматического ввода рукописных текстов ..................... |
191 |
12.4. Средства считывания и хранения графических изображений |
|
поврежденных рукописных текстов ......................................................... |
192 |
12.5. Кодирование текстов для электронных публикаций............................. |
195 |
Контрольные вопросы к главе 12.......................................................................... |
196 |
Глава 13. УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО ВВОДА ИЗОБРАЖЕНИЙ |
|
13.1. Устройства автоматического ввода одноконтурных изображений...... |
197 |
13.2. Устройства автоматического ввода многоконтурных |
|
и полутоновых изображений ..................................................................... |
200 |
13.3. Считывание цветных изображений ......................................................... |
202 |
Контрольные вопросы к главе 13 ......................................................................... |
205 |
Глава 14. УСТРОЙСТВА ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОГО ВВОДА |
|
ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ - ДИГИТАЙЗЕРЫ |
|
14.1. Устройство рабочего поля планшета дигитайзера ................................ |
206 |
14.2. Структурная схема дигитайзера и ее функционирование .................... |
208 |
Контрольные вопросы к главе 14 ......................................................................... |
211 |
Глава 15. УСТРОЙСТВА ВВОДА-ВЫВОДА РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ |
|
15.1. Модель речи ................................................................................................. |
212 |
15.2. Структурная схема анализатора речи....................................................... |
215 |
15.3. Структура устройств ввода речи ............................................................... |
217 |
15.4. Устройства вывода речевой информации - синтезаторы ...................... |
219 |
Контрольные вопросы к главе 15 ......................................................................... |
222 |
Глава 16. УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ - ДИСПЛЕИ |
|
16.1. Классификация дисплеев ........................................................................... |
224 |
16.2. Способы формирования изображения на экране |
|
телевизионного дисплея .……………………………………………………226 |
|
16.3. Структурная схема текстового телевизионного дисплея ...................... |
228 |
16.4. Структурная схема графического телевизионного дисплея ................. |
231 |
16.5. Устройство плоских экранов .................................................................... |
232 |
Контрольные вопросы к главе 16 ......................................................................... |
235 |
Глава 17. АВТОМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА РЕГИСТРАЦИИ |
|
ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ - ГРАФОПОСТРОИТЕЛИ |
|
17.1. Классификация и устройство графопостроителей ................................. |
237 |
17.2. Принципы работы графопостроителя по вычерчиванию ..................... |
240 |
17.3. Структурная схема планшетного графопостроителя ............................. |
241 |
17.4. Структурная схема растрового графопостроителя ................................. |
242 |
Контрольные вопросы к главе 17.......................................................................... |
244 |
ЧАСТЬ IV ОРГАНИЗАЦИЯ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ МЕЖДУ |
|
ЦЕНТРАЛЬНЫМИ И ПЕРИФЕРИЙНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ |
|
Глава 18. АППАРАТУРА ПРИЕМА-ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ |
|
18.1. Обобщенная структурная схема аппаратуры передачи |
|
дискретной информации ............................................................................ |
245 |
18.2. Характеристики аппаратуры передачи данных ..................................... |
246 |
18.3. Принципы организации интерфейсов ..................................................... |
247 |
18.4. Классификация интерфейсов ................................................................... |
251 |
Контрольные вопросы к главе 18 ......................................................................... |
256 |
Глава 19. АВТОМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ВВОДА-ВЫВОДА АНАЛОГОВОЙ |
|
ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ |
|
19.1. Назначение устройств ввода-вывода аналоговой |
|
Оглавление |
6 |
информации в ЭВМ........……………………………………………………257 |
|
19.2. Принципы построения ЦАП и АЦП ........................................................ |
259 |
19.3. Принципы построения и программирование системы |
|
ввода-вывода аналоговой информации в ЭВМ ...................................... |
262 |
Контрольные вопросы к главе 19 ......................................................................... |
270 |
Глава 20. КАНАЛЫ ВВОДА-ВЫВОДА И АППАРАТУРА СОПРЯЖЕНИЯ |
|
20.1. Методы взаимодействия ЭВМ с периферийными |
|
устройствами. Система прерываний ........................................................ |
271 |
20.2. Организация обмена массивами данных ................................................ |
276 |
20.3. Мультиплексный канал ............................................................................. |
278 |
20.4. Селекторный канал .................................................................................... |
280 |
20.5. Устройства сопряжения - мультиплексоры передачи данных ............. |
282 |
Контрольные вопросы к главе 20 ......................................................................... |
287 |
Глава 21. УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ОШИБОК В ПЕРЕДАВАЕМОЙ |
|
ИНФОРМАЦИИ |
|
21.1. Причины возникновения ошибок в передаваемой информации ............ |
288 |
21.2 Краткая характеристика способов защиты информации от ошибок ..... |
292 |
21.3. Обнаруживающие коды - с проверкой на четность и |
|
итеративный код .........………………………………………………………293 |
|
21.4. Корректирующий код Хэмминга ................................................................. |
295 |
21.5. Циклические коды…………………………………………………………….298 |
|
21.6. Циклический код Файра как средство коррекции пакетов ошибок ...... |
301 |
Контрольные вопросы к главе 21 ......................................................................... |
302 |
Заключение…………………………………………………………………………………...303 |
|
Приложение 1. Темы заданий курсовых проектов…………………………………………………………304
Приложение 2. Характеристики зарубежных суперЭВМ…………………………………………………309
Приложение 3. Основные технические характеристики статических микросхем памяти …………311 Приложение 4. Основные технические характеристики динамических микросхем памяти………..312 Приложение 5. Основные технические характеристики БИС РПЗУ…………………………………..312 Приложение 6. Общая характеристика представителей семейств универсальных
Микропроцессоров……………………………………………………………………………313
Приложение 7. Характеристики медийных микропроцессоров…………………………………………..314 Приложение 8. Характеристики серийных быстродействующих процессоров………………………...315 Приложение 9. Сравнение типов дискет производства BASF……………………………………………316 Приложение 10. Типы накопителей на гибких магнитных дисках и их форматы……………………316 Приложение 11. Характеристики НЖМД типа винчестер………………………………………………..317 Приложение 12. Характеристики накопителей на сменных магнитных дисках………………………318 Приложение 13. Основные технические характеристики магнитных лент ……………………………318 Приложение 14. Основные технические характеристики накопителей на магнитной ленте………..319 Приложение 15. Основные характеристики записываемых оптических дисков………………………320
Приложение 16. Основные характеристики накопителей на оптических дисках…………………….321 Приложение 17. Основные технические параметры серийных ЦМД-микросборок…………………..322 Приложение 18. Основные технические характеристики сканеров…………………………………….323
Приложение 19. Основные технические характеристики дигитайзеров………………………………..324 Приложение 20. Частоты колебаний, соответствующие музыкальным тонам………………………...325 Приложение 21. Протокол обмена информацией при выводе некоторых фонем
устройством вывода английской речи по методу синтеза по образцам……………….325
Приложение 22. Основные технические характеристики мониторов на базе ЭЛТ……………………326
Приложение 23. Основные технические характеристики мониторов на базе плоских
панелей (LCD)…………………………………………………………………………………327
Приложение 24. Основные технические характеристики графопостроителей………………………...329 Приложение 25. Значения минимальных полиномов для циклических кодов………………………...330 Приложение 26. Пример расчета схемы декодера корректирующего циклического кода…………….330
Предметный указатель……………………………………………………………………...332
Список использованной и рекомендуемой литературы………………………………...343