ПУВТ:
Лекция 3:
Существует три способа обеспечения режима ПДП:
с блокировкой процессора.
С приходом запроса на ПДП, процессор отключается, его выходные шины адреса, данных и управления переводятся в третье состояние. Микрокоманды не расшифровываются устройством управления. Процессор не может выполнять операции, хотя тактовый сигнал и питание поступают. Чтобы перевести процессор в такой режим требуется небольшое время. Для обеспечения управления (сигналы выборки, сопровождения, формирование сигналов адреса) необходимо новое устройство, называемое контролер ПДП. Контролер должен заменить процессор при формировании указанных сигналов. Обратный переход также требует некоторого времени. Способ характерен для несложных микропроцессоров имеющих один или несколько регистров команд и не имеющих внутреннего ОЗУ данных.
с квантованием цикла.
В каждом цикле обращения к памяти (ОЗУ, ПЗУ) процессор должен успеть выполнить это обращение за время t/2. Во второй половине цикла процессор отключает свои выходы, позволяя контролеру ПДП выставить свой адрес на шину. За второй интервал выполняется процедура ввода/вывода. Такое условие требует быстродействующей памяти, следовательно, смены элементной базы (переход к ЭСЛ). Последнее затрудняет использование такого подхода, поэтому он практически не применяется.
с отъемом цикла.
При работе процессора имеющего внутреннюю буферную память команд и данных реализуется ПДП с отъемом цикла. Процессор начинает команду с выборки — обращение к ПЗУ, далее ОЗУ или ввод/вывод. Третий способ заключается в том, что вместо положенного обращения процессора в память (стандартный цикл) выполняется процедура ввода/вывода режима ПДП. При этом процессор выполняет текущую команду, поскольку в его буфере команд стоит очередь следующих друг за другом команд. Выходные разряды процессора переводятся в третье состояние и не оказывают влияния на состояние шин адреса и данных. Главное отличие от первого способа — процессор выполняет текущую, следующую команды не останавливаясь. Поскольку процессор не занимает шины в этом режиме процедура ввода/вывода выполняется как бы одновременно с основной операцией.
В любом режиме ПДП необходим контроллер — специализированная схема работающая синхронно с процессором. Контролеры входят в МП комплекты соответствующих серий. Основу их составляют счетчики адреса с произвольной загрузкой и небольшая схема управления.
Лекция 1
Базовая функциональная архитектура ПК. Основные принципы фон Неймана при организации ПК
Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.
Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.
Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, представленную на рисунке.
Положения фон Неймана:
Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода)
Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти
Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками)
Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме
Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве
Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода
Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы – требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация.
Арифметико-логическое устройство и устройство управления в современных компьютерах образуют процессор ЭВМ. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших интегральных схем называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом.
Процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.
Запоминающие устройства обеспечивают хранение исходных и промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они включают: оперативные (ОЗУ), сверхоперативные СОЗУ), постоянные (ПЗУ) и внешние (ВЗУ) запоминающие устройства.
Оперативные ЗУ хранят информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (резидентная часть операционной системы, прикладная программа, обрабатываемые данные). В СОЗУ хранится наиболее часто используемые процессором данные. Только та информация, которая хранится в СОЗУ и ОЗУ, непосредственно доступна процессору.
Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, например, жесткий диск или винчестер) с емкостью намного больше, чем ОЗУ, но с существенно более медленным доступом, используются для длительного хранения больших объемов информации. Например, операционная система (ОС) хранится на жестком диске, но при запуске компьютера резидентная часть ОС загружается в ОЗУ и находится там до завершения сеанса работы ПК.
ПЗУ (постоянные запоминающие устройства) и ППЗУ (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства) предназначены для постоянного хранения информации, которая записывается туда при ее изготовлении, например, ППЗУ для BIOS.
В качестве устройства ввода информации служит, например, клавиатура. В качестве устройства вывода – дисплей, принтер и т.д.
В построенной по схеме фон Неймана ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в устройстве управления.
ЭЭС:
Лекция 1
1.1. Термины и определения
Резистор – элемент электрической цепи, предназначенный для использования его электрического сопротивления.
Резистивный элемент резистора – токопроводящий элемент резистора, определяющий его электрическое сопротивление.
Активное сопротивление резистора – параметр пассивного двухполюсника, равный отношению активной мощности, поглощаемой в этом двухполюснике, к квадрату действующего значения электрического тока через этот двухполюсник.
1.2. Классификация резисторов
Для удобства изучения и описания свойств резисторов принято их классифицировать. Это делают по нескольким признакам:
- классификация резисторов по назначению представлена на рис. 1.
Рис. 1. Классификация резисторов по назначению.
- классификация резисторов по постоянству сопротивления представлена на рис. 2.
Рис. 2. Классификация резисторов по постоянству сопротивления.
Подстроечные резисторы размещаются обычно внутри корпуса аппаратуры, их сопротивление изменяется при технологической регулировке.
Регулировочные резисторы размещаются обычно на лицевых панелях и их сопротивление изменяется во время функционирования аппаратуры.
Сопротивление некоторых резисторов зависит от значения воздействующих внешних факторов: приложенного напряжения (варисторы), температуры (терморезисторы), освещения (фоторезисторы), магнитного поля (магниторезисторы) и других факторов.
- классификация резисторов по материалу резистивного элемента представлена на рис. 3.
Рис. 3. Классификация резисторов по материалу резистивного элемента.
Наиболее широко применяются непроволочные резисторы – пленочные и объемные, у которых резистивный элемент создается с помощью пленок или объемных композиций с высоким удельным сопротивлением.
- по способу исполнения и другим признакам.
1.3. Конструкция резисторов
Типовые конструкции проволочных, пленочных и объемных резисторов представлены на рис. 4.
Рис. 4. Типовые конструкции резисторов.
а) резистор проволочный; б) резистор объемный; в) резистор пленочный; 1 – резистивный элемент; 2 – вывод; 3 – защитный слой; 4 - основание (каркас); 5 – колпачок. Надо сменить расположение резисторов, нумерацию элементов, сделать штриховку, у проволочного убрать один виток справа, колпачок посадить глубже, вывод у колпачка сдвинуть влево и показать пайку.
Основным элементом конструкции является резистивный элемент, нанесенный у проволочных и пленочных резисторов на изоляционное основание или каркас в виде полого или сплошного цилиндра, который обеспечивает механическую прочность и жесткость всей конструкции, а также возможность крепления остальных конструктивных элементов.
Резистивный элемент проволочных резисторов выполняется из проволоки с большим удельным сопротивлением и наматывается на основание. Сопротивление проволочного резистора определяется удельным сопротивлением используемой проволоки, ее длины и диаметра.
Резистивный элемент пленочных резисторов наносится в виде пленки на изоляционное основание, при этом пленка должна сохранять сцепление с основанием длительное время при изменении температурного режима в процессе эксплуатации. Сопротивление пленочного резистора определяется составом пленки (удельным сопротивлением), ее толщиной и площадью, которая зависит от длины и диаметра основания.
Резистивный элемент объемных резисторов выполняется из композиционного материала в виде цилиндров. Сопротивление объемного резистора определяется составом композиции (удельным сопротивлением), объемом цилиндра, который зависит от его высоты и диаметра.
Для включения резистора в цепь электрического тока и для обеспечения монтажа резисторы имеют выводы, которые должны иметь надежный электрический контакт с резистивным элементом, а также выполнять функции отвода тепловой энергии, рассеиваемой на резисторе. Эти функции выводов выдвигают противоречивые требования. С одной стороны, для обеспечения жесткости резистора, эффективного отвода тепла и отсутствия механического резонанса на низкой частоте необходимо, чтобы выводы были более короткими и имели большой диаметр. С другой стороны, пайка коротких выводов большого диаметра при монтаже резистора может привести к перегреву мест соединения выводов с резистивным элементом, что уменьшит надежность резистора.
В объемных и пленочных резисторах наиболее сложным является обеспечение надежного контакта выводов с резистивным элементом. В объемных резисторах надежность контакта обеспечивается технологией установки выводов в резистивный элемент. В пленочных резисторах на конец основания, покрытого пленкой, надеваются колпачки из проводящего материала с малым удельным сопротивлением, к которым предварительно припаиваются выводы. Надежность контакта обеспечивается конструкцией и материалом колпачка, допусками на размеры колпачка и основания, технологией насадки колпачка на основание. Контакт выводов у объемных резисторов и колпачка у пленочных резисторов с резистивным элементом в процессе эксплуатации может нарушаться из-за воздействия влаги, различных температурных коэффициентов линейного расширения материалов основания, резистивного элемента, выводов и колпачка, а также при механических воздействиях. Надежность контакта вывода с резистивным элементом в проволочных резисторах обеспечивается технологией соединения (пайка или сварка).
Для защиты от воздействия влажности, загрязнения и механического повреждения резистивный элемент и часть выводов покрываются защитной пленкой, обладающей хорошей адгезией с резистивным элементом, основанием, металлом выводов и колпачков.
Конструкция переменных резисторов значительно сложнее. В них помимо резистивного элемента и выводов должен быть подвижный скользящий контакт и элементы, обеспечивающие его перемещение и фиксацию, элементы, необходимые для создания необходимого контактного усилия, а также плавного перемещения скользящего контакта по резистивному элементу.
Конструктивные особенности резисторов характеризуются:
- габаритами и массой;
- способностью нормально функционировать при механических воздействиях;
- методом крепления;
- частотой механического резонанса при использования для крепления выводов (определяется расстоянием от места пайки до корпуса резистора, допустимым минимальным расстоянием от корпуса резистора до точки, где допускается изгиб выводов);
- способом влагозащиты.
Конструкция и материалы конструктивных элементов резистора определяют:
- интервал рабочих температур;
- надежность и способность к длительному функционированию при наличии внешних воздействий.
Таким образом, конструктивные параметры и характеристики резистора (габариты, масса, механическая прочность, надежность и другие) определяются свойствами материала резистивного элемента, основания, соединением резистивного элемента с основанием, колпачками и выводами, а для переменных резисторов – еще и особенностями конструкции скользящего контактного узла.
Лекция 2