Дж.Хиллбурн, П.Джулич Микро-ЭВМ и микропроцессоры (1979) (1092080), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Мы надеемся, что книга окажется полезной для всех, кто интересуется цифровыми системами, и заполнит пробел, существующий в литературе между проблематикой аппаратных средств и программного обеспечения вычислительных машин, и особенно микро-ЭВМ. Джон Л'. Хилбурн Поль М. Джулия Глава 1 ВВЕДЕНИЕ Со времени, появления транзисторов в 1948 г.' одним из наиболее значительных достижений электронной технологии является микропроцессор. По-видимому, это устройство не только произведет революцию и технической сфере — в области цифровой электроники, но и окажет огромное влияние на образ жизни настоящего и будущего поколений.
Первый микропроцессор (1п!е1 4004) был изготовлен фирмой 1п!е! в 1971 г. и предназначался для использования в счетно~решающих машинах. 1п1е! 4004 — это монолитная интегральная схема (ИС) с высоким уровнем интеграции, или большая интегральная схема (ВИС), выполненная на основе МОП-технологии (металл — окисел —,полупроводник). Вскоре после создания 1п1е1 4004 большинство крупных фирм, специализирующихся в области транзистор~ной техники, выпустило по одному или по нескольку типов микропроцессоров. Многие из этих устройств представляют собой БИС, построенные либо на базе МОП приборов (р- и п-канальных, комплементарных, кремний-на-сапфире), либо на основе биполярных транзисторов. Микропроцессор — это центральный процессор (ЦП), выполненный ~на одной или нескольких ИС.
В состав микро-ЭВМ, кроме микропроцессора, входят память и, устройства ввода-вывода (УВВ),,как показано на рнс. 1.1. Микропроцессор состоит из арифметическо-логического устройства (АЛУ) и устройства управления. Арифметическо-логическое устройство служит для выполнения арифметических и логических операций над данными, поступающими либо из памяти, либо из устройств ввода. Устройство управления, как это следует из его названия, управляет потоком данных и команд в,машине. Это устройство выбирает из памяти команды, дешифрирует и выполняет их, отпирая соответствующие схемы и управляя необходимой последовательностью событий, задаваемых АЛУ и УВВ. Память используется для хранения данных и команд, а УВВ обеспечивают связь с внешней средой. Для выполнения всех функций ЦП микропроцессор, как правило, должен содержать дополнительное оборудование.
Количество 10 Глава 1 Рис. 1.!. Структурная схема типичной микро-ЭВМ. схем этого оборудования разное для различных типов процессоров и, как ожидают специалисты, будет у~меньшаться по,мере развития микропроцессорной техники. На рис. 1.2 показан модуль ЦП семейства микро.ЭВМ МС8-80,фирмы 1п!е1. Этот модуль состоит из микропроцессора 1п!е! 8080, генератора тактовых импульсов, выполненного на отдельном кристалле, памяти и логических схем интерфейса ввода-вывода.
Микропроцессор 8080 — это 8-разрядный процессор второго поколения. Его предшественник 1п!е! 8008 являлся первым 8-раэрядным микропроцессором. Микро-ЭВМ, как и все ЭВМ,оперируют, двоичной информацией, представляемой двоичными цифрами — битами. Микро-ЭВМ обрабатывают группы битов, называемые словалеи. Количество битов, составляющих слово, разное для различных микропроцессоров.
Обычная длина слова — 4, 8, 12 и 16 бит. Другой часто используемой единицей двоичной информации является байт, который состоит из 8 бит. Микропроцессоры оказывают' влияние на структуру практически всех цифровых систем и находят применение во многих областях, где ранее использовались логические устройства с «жесткими» связями [1]. В сложных системах применение последних зачастую обходится дороже, чем ~миесро-ЭВМ.
Можно ожидать, что с течением времени по мере совершенствования технологии стоимость процессора будет продолжать снижаться, как это происходило с операционными усилителями на ИС. 14 Глава ! ванню систем, прн котором аппаратные средства и программное обеспечение играют одинаково важную роль. В гл. 6 изучаются периферийные устройства и системы ннтер. фейсов. Описываются программно управляемые передачи данных, использующие синхронный и асинхронный принципы передачи н передачу с ~прерыванием программы. Рассмотрены также передачи с пропуском цикла н прямой доступ к памяти.
Для каждого способа передачи данных описаны типичные сети интерфейса. Обсуждаются распространенные ИС интерфейса и ~внешние устройства микро-ЭВМ. Последние включают аналого цифровые н цифроаналоговые преобразователи, телетайпы, кассетные накопителя н диски. Большое число широко используемых микропроцессоров и мнкро-ЭВМ описано в гл.
7: микропроцессоры фирм 1п1е1 (4004, 4040, 8008 н 8080), Мо1ого!а (6800), Ь)а11опа1 Беш(сопйк1ог (!МР-4 н РАСЕ), КСА (СОЯМАС), Кос)гчте11 (РРБ-4 н РР8-8). Здесь же излагаются соображения по выбору микропроцессора для конкретных ~применений. В заключительной, гл. 8 рассматривается типичная процедура проектирования системы на примере интерфейса печатающего устройства Бе!ес1г(с (фнр~ма 1ВМ) с большой ЭВМ нлн счетной машиной. Анализируется методология проектирования рассматриваемой системы и на базе мнкро-ЭВМ строится интерфейс.
Приводятся некоторые примеры, иллюстрирующие гибкость непользования микро-ЭВМ. ЛИТЕРАТУРА 1. Ееяя!ь Р. й., $1епа %. й., М(сгоргосеввогв ог Ггапдопг Еоя!с (1Ьгее-раг! вег1ев), Е!ее!тол!с Ряя!ал, 21, № 13 ($ер1. 1, 1973). 2. Ргппег оп М!стортосеьвогв (!гяо-раг1 вег!ев), Е!яс!тол!с Ртот)иста, 17, № 9 (Реь. 17, !975). 3. Ктя!яяьятяят А. 7., М0$!1.$1 Мктортосеььот $е!еспоп, Е!есгтотпс Ряя!ял, 22, № 12 (Юппе 7, 1974).
Глава 2 ЦИФРОВАЯ ЛОГИКА 2.1. ОСНОВНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ Логической схемой или вентилем называют такую схему, которая выполняет логические операции над одной или более логическими переменными. Логическая переменная — это электрический сигнал, принимающий два различных значения,,известные как состоя~пня ИСТИНА и ЛОЖЬ. Например, логическая переменная 5 может быть представлена состояниями однополюсного переключателя, который ~может быть либо разомкнут, либо замкнут; следовательно, 5 принимает два значения.
Значению ИСТИНА переменной 5 соответствует замкнутое состояние переключателя, значению ЛОЖЬ вЂ” разомкнутое (рис. 2.1). Иногда истинное и ложное состояния обозначают соответственно терминами «высокий — низкий уровни», «да — нет», «включено — выключено», «логическая 1 — логический 0».
Рассмотрим рис. 2.1. Когда переключатель замкнут, к индикаторной лампе прикладывается напряжение источника питания (высокий уровень), когда разомкнут, напряжение к ламле не подводится (низкий уровень). В этом примере свечение лампы соответствует состоянию ИСТИНА, отсутствие свечения — состоянию ЛОЖЬ. Или же, используя обозначения 1 и О, можно считать, что 5 = 1 соответствует состоянию ИСТИНА (переключатель замкйут), а 5=0 соответствует состоянию ЛОЖЬ (переключатель разомкнут).
Обозначение логической переменной в виде 1 и 0 является наиболее удобным. Электронные схемы, характеризующиеся двумя устойчивыми состояниями, называются двоичными схемами. В двоичной системе счисления используются два си~мвола 0 и 1. Раздел математики, посвященный исследованию свойств переменных величин, принимающих только два значения, систематизировал Шеннон [11 на основе принципов, разработанных Булем [21; соответствующий математический аппарат получил название булевой алгебры.
Эта алгебра оперирует булевыми переменными, которые, как и логические переменные, принимают только два значения; обычно их обозначают теми же символами 0 и 1. Чб Глава л 5 = истина 5 =ланов Фнданатод Индинатод а д Рис. 2,1. Представление состояний ИСТИНА (и) и ЛОЖЬ (б) схемой с однополюс- ным переключателем. Количество типов логических операций, выполняемых вычислительной машиной, как правило, ограничено, однако каждая из этих операций ~может выполняться в машине многократно.
Основные операции, реализуемые логическими схемами, включают в себя операции двоичной логики и счета. Ниже рассмотрены схемы, реа. лизующие операции двоичной логики. СХЕМА И Схема И выполняет операцию логического умыолсения (конъюнкции) двух или более логических (булевых) переменных. Операцию логического умножения называют также операцией И. Операция И для двух переменных А и В может быть записана в следующем виде: Х=А В=АВ=АВ=АПВ=АЛВ (2.1) Для обозначения этой операции будем использовать знак Л, чтобы отличить ее от операции арифметического умножения.
Можно сказать, что функция И для двух и более логических переменных истинна тогда и только тогда, когда все логические переменные являются истинными. Для случая двух переменных (2.1) значение Х является истинным, когда обе переменные А и В Таблица 2.1 Таблица истинности для Х АЛВ х-ллв 00 0 1 1 0 1 1 цифровая логика 17 ХьАЛВ Рис. 2.2. Цепь, реализующая операцию Х=А/~В. АЛВ и о' Рис 2,3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
