Волчкевич Л.И. - Введение в специальность, страница 6

Порты ввода:выво:да информации используются для организации процессов обмена данными междуМП и внешними устройствами: ввода информации (клавиатура, манипуляторы типа«мышь» и др., сканеры), вывода (монитор, принтер, плоттер), а также используемымидля обмена в обоих направлениях (различные дисковые устройства для долговре:менного хранения информации, сетевые адаптеры, модемы и др.).В плане аппаратной реализации микропроцессор (МП) — большая интегра:льная схема, которая представляет собой устройство, управляемое тактовымиимпульсами и способное в бесконечной последовательности выполнять посыла:емые ему команды.Основными характеристиками микропроцессора являютсяявляются:– тактовая частотачастота, измеряемая в мегагерцах (МГц);– набор командкоманд, которые МП «понимает» и может выполнять;– разрядность шины данныхданных;ширина адресного пространства– разрядность шины адресов (ширинапространства).По шине данных (ШД) микропроцессор получает информацию для обра:ботки и затем посредством шины выдает полученный результат.

Разрядность(или «ширина») ШД — число бит, которые микропроцессор может одновремен:но обрабатывать.Шина адресов (ША) используется для обращения к памяти. При обраще:нии в область памяти по указанному в программе адресу МП считывает инфор:мацию из ряда ячеек, которые составляют так называемое «машинное слово».Размер машинного слова обычно соответствует разрядности ШД. Через облас:ти памяти, выделяемой для устройств ввода:вывода (порты), осуществляется об:мен информацией МП с внешними устройствами.На аппаратном уровне МП включает следующие основные устрой:ства (рис. 12):1.

СК (счетчик команд) — формирует адреса команд во время выполненияпрограммы в соответствии с заданной последовательностью, когда каждый сле:дующий адрес памяти определяется увеличением предыдущего на единицу,а при изменении обстановки (подпрограммы, прерывания, переходы с условиеми без) — насильно устанавливается по данным из команды.2. РК (регистр команд) — хранит в течение цикла выполняемую командуи поставляет информацию для дешифратора команд.3. ДК (дешифратор команд) — по коду команды вырабатывает управляю:щие сигналы для прочих модулей в соответствии тактовыми импульсами генера:тора тактовых импульсов (ГТИ).26ПамятьПКВыводАдрес КПДКомандаСКРКУстановкаадресаследующейкомандыДКРегистрВводСтекФлагАЛУСПМПТребованияпрерыванийГТИУВВВзаимодействиепри выполнении КРис.

12. Структурная схема ПК на основе микропроцессора4. ГТИ (генератор тактовых импульсов) — формирует опорную тактовуючастоту, обеспечивая синхронную работу устройств и пошаговое выполнениедействий.5. СП (система прерываний) — по каналам прерываний воспринимает зап:росы устройств на прерывание работы МП и устанавливает начальный адрес под:программы обслуживания прерывания. Содержимое счетчика СК (адрес отклады:ваемой при прерывании команды) сохраняется в специальной памяти — стеке.6.

АЛУ (арифметико:логическое устройство) — является ядром МП. Управ:ляющий сигнал от ДК обеспечивает выполнение в АЛУ логической или арифме:тической операции с одним или двумя операндами. Результат — новое двоичноемашинное слово.7. ПП (память программ) — хранит программу. В начале цикла команды поадресу, определяемому СК, команда считывается из ПП в РК.8. ПД (память данных) — используется для хранения данных в процессе обра:ботки. Передача данных обычно реализуется за несколько тактов.9. УВВ (устройства ввода:вывода) — порты ввода:вывода информации длясвязи с внешними устройствами.

Порт представляет собой область памяти,с которой могут проводиться только операции считывания (ввод) или записи (вы:вод). Внешние устройства работают с соответствующими им областями памятии производят обратные действия: запись (ввод) и считывание (вывод).27Устройства на схеме (см. рис. 12), обведенные пунктиром, являются управ:ляющими и запускаются от тактовых импульсов, сплошными линиями — управля:емые устройства: побуждаются к выполнению действий сигналами управляющихустройств.При выполнении программы, которая располагается в области памяти ПП, понекоторому адресу, начиная с первой команды, происходит считывание этой коман:ды в регистр команд РК с последующей дешифрацией и формированием ДК управ:ляющих сигналов для других устройств в соответствии с кодом команды и записан:ной в команде информацией.

При выполнении арифметико:логических действийнеобходимые данные поступают в АЛУ из области памяти ПД, по адресам, формиру:емым дешифратором ДК, а в случае работы с устройствами ввода — из областипространства памяти УВВ. Результаты вычислений могут поступать (записываться) впамять данных ПД или выводиться в область пространства адресов устройств вывода.Если в команде заложен переход к подпрограмме, то счетчик команд СК фор:мирует адрес следующей команды и сохраняет его значение в стековой памяти.Дальнейшие действия реализуются, начиная с адреса подпрограммы, которыйуказывается в команде.Для выполнения условных переходов АЛУ выставляет флаг (признак) ре:зультата, влияющий на процесс формирования адреса следующей команды.

Флагявляется своего рода сигналом, сообщающим о том, что заложенное в командеперехода условие выполнено.Команда МП имеет строго определенную структуру, понятную для микро:процессора. Общим является то, что в начале команды записывается код, затем —информация, необходимая для выполнения команды. Микропроцессор сначаласчитывает код команды, потом данные и служебную информацию, а затем начи:нает ее выполнение, которое может быть совмещено со считыванием кода следу:ющей команды (конвейерный механизм, применяемый во всех современных мик:ропроцессорах).На программном уровне в цикле команды МП выполняет следующиеосновные действия (рис. 13):1. Вызов команды из памяти программ в регистр команд из памяти про:граммы (местоположение первой команды определяется по начальному адресупрограммы в памяти).2.

Выполнение командыкоманды: анализируется и декодируется содержимое ре:гистра команд, а затем реализуется последовательность типовых (для данногоМП) элементарных действий (микрокоманд) для выполнения команды.3. Формирование адреса следующей команды (в простом случае реа:лизуется увеличением адреса на единицу). Отличие МП от автомата, работа:ющего по жесткому алгоритму, — наличие команд перехода по условию, прикоторых адрес меняется из команды и по условию.4. Проверка запросов на прерыванияпрерывания.

Проводится перед выполнениемследующей команды. Прерывание — это сигнал, направленный от устройства28к МП и сообщающий ему о необходимости обслуживания данного устройства.Если есть запрос, то адрес последующей команды сохраняется в стековой памя:ти, а системой прерывания вырабатывается предусмотренный для каждого кон:кретного случая начальный адрес (место размещения) подпрограммы обслужи:вания прерывания.

После выполнения подпрограммы обработки прерыванияснова вызывается адрес отложенной команды. Далее цикл повторяется.Производительность и возможности любого микропроцессора определяютсякак уровнем элементной базы, так и достижениями математической логики и науч:ной мысли, воплощенной в современные решения алгоритмов обработки инфор:мации.

Для программиста особый интерес представляет набор команд микропро:цессора, поскольку именно в нем заложены возможности программирования.Развитие разнообразных современных электронных систем бытового на:значения при идентичности принципов построения и единстве элементной базы(электронные приборы) неизбежно приводит к их интеграции. Сегодня видео:магнитофон, телевизор, персональный компьютер имеется в каждой (или почтикаждой) семье. Разумно ли иметь их отдельными, независимыми? Отсюда тен:денция последних лет — создание универсальных домашних мультимедийныхплатформплатформ, с интеграцией функций телевизора, видеомагнитофона, персональ:ного компьютера как единой электронной системы.

Для этого пришлось решитьзадачи интеграции информационных потоков, поступающих от антенны, сетиInternet, локальных носителей (аудио: и видеокассеты, CD и др.). Все это было быневозможно без современных электронных приборов и электронных технологийкак базиса их изготовления.Адрес командыВызов командыКомандаДекодированиеи выполнениекомандыАдрес памятиДанныеАдрес ВВОпределение адресаследующей командыОбработка требо:ваний прерыванийДанныеПамятьпрограммыПамятьданныхУВВТребованияпрерыванийРис. 13. Цикл команды микропроцессора и виды взаимодействий при ее выполнении292.5.

Системы автоматического управленияЗначительная часть современного технологического оборудования в ма:шиностроении и приборостроении, в том числе в электронной промышленнос:ти, является автоматически действующей. Это значит, что выполняемые техно:логические операции — получение конструкционных материалов, их обработкаи контроль, сборка изделий и др., выполняются без непосредственного участиячеловека.Структурная схема машины:автомата представлена на рис. 14. Централь:ной является исполнительная часть машины (ИСП), включающая, прежде все:го, механизмы рабочих ходов (РХ), которые непосредственно выполняют тех:нологические операции, например резания, деформации, осаждения покрытий,имплантации материалов. Именно исполнительные механизмы рабочих ходов(1, 2, 3 на рис.