Э. Таненбаум - Архитектура компьютера (1127755), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Рассмотрим ввод-вывод с отображением на память, поскольку этот подход наглядно иллюстрирует некоторые интересные проблемы сопряжения. Памяти ЕРШОМ требуется 2 Кбайт адресного пространства, ОЗУ вЂ” также 2 Кбайт, микросхеме Р10 — 4 байта. Поскольку в нашем примере адресное пространство составляет 64К адресов, мы должны выбрать, где поместить указанные три устройства. Один из возможных вариантов показан на рис. 3.57.
ЕРКОМ занимает адреса до 2 К, ОЗУ вЂ” от 32 К до 34 К, Р10 — 4 старших байта адресного пространства, от адресов 65 532 до 65 535. С точки зрения программиста, не важно, какие именно адреса использовать, однако для сопряжения это имеет большое значение. Если бы мы обращались к Р10 через пространство ввода-вывода, нам не потребовались бы адреса памяти (зато понадобились бы четыре адреса пространства ввода-вывода). РЮ с адреса РРРСН ОЗУ с адреса 8000Н ЕРйОМ с адреса 0 0 4 К 8 К 12 К 16 К 20 К 24 К 28 К 32 К 38 К 40 К 44 К 48 К 52 К 56 К 60 К 64 К Рис.
3.57. Расположение ЕРНОМ, ОЗУ и РЮ в пространстве из 64К адресов При таком распределении адресов к ЕРКОМ нужно обращаться с помощью 16-разрядного адреса памяти 00000ххххххххххх (в двоичной системе). Другими словами, любой адрес, у которого пять старших битов равны О, попадает в область памяти до 2 К, то есть в ЕРКОМ. Таким образом, сигнал выбора ЕРШОМ можно связать с 5-разрядным компаратором, у которого один из входов всегда будет соединен с 00000. Чтобы достичь того же результата, лучше было бы использовать вентиль ИЛИ с пятью входами, связанными с адресными линиями от Ан до Аан Выходной сигнал может быть равен 0 тогда и только тогда, котла все пять линий равны О.
В этом слу- Интерфейсы 255 чае устанавливается сигнал С8. К сожалению, в стандартных сериях МИС не существует вентилей ИЛИ с пятью входами. Однако мы можем использовать вентиль НЕ-ИЛИ с восемью входами. Заземлив три входа и инвертировав выход, мы можем получить нужный нам сигнал (рис. 3.58, а). Ас Адресная шина тв Ао Адресная шина А15 Рис. 3.58. Полное декодирование адреса (а); частичное декодирование адреса (6) 256 Глава 3. Цифровой логический уровень Схемы МИС стоят очень дешево, поэтому не слишком эффективное применение одной из них вполне допустимо. По соглашению неиспользуемые входы на схемах не показаны.
Тот же принцип можно применить и для ОЗУ. Однако ОЗУ должно отзываться на бинарные адреса типа 10000ххххххххххх, поэтому необходим дополнительный ннвертор (он показан на схеме). Декодирование адреса микросхемы Р1О несколько сложнее, поскольку к ней происходит обращение с помощью четырех адресов типа 11111111111111хх. Один из возможных вариантов схемы, которая устанавливает сигнал СВ только в том случае, если на адресной шине появляется адрес данного типа, показан на рисунке. Здесь используются два вентиля НЕ-И с восемью входами, которые соединяются с вентилем ИЛИ. Чтобы сконструировать схему декодирования адреса, изображенную на рнс. 3.58, а, требуется шесть микросхем МИС: четыре микросхемы с восемью входами, вентиль ИЛИ и микросхема с тремя инверторами. Если компьютер состоит только из центрального процессора, двух микросхем памяти и Р10, можно значительно упростить декодирование адреса.
Дело в том, что у всех адресов ЕРКОМ (и только у ЕРКОМ) старший бит Ам всегда равен О. Следовательно, мы можем просто связать сигнал С5 с линией Авь как показано на рис. 3.58, б. Теперь решение разместить ОЗУ с адреса 8000Н кажется не таким уж произвольным. Отметим, что в ОЗУ попадают адреса типа 10хххххххххххгхх, поэтому для декодирования достаточно 2 бит. Точно так же любой адрес, начинающийся с 11, является адресом Р1О. Полная логика декодирования состоит из двух вентилей НЕ-И и инвертора. Поскольку инвертор можно сделать из вентиля НЕ-И, связав два входа вместе, одного счетверенного вентиля НЕ-И более чем достаточно. Логика, которую иллюстрирует рис. 3.58, б, называется частичным декодированием адреса, поскольку в данном случае полные адреса не используются.
При таком декодировании считывание из адресов 0001000000000000, 0001100000000000 и 0010000000000000 дает один и тот же результат. В действительности любой адрес в нижней половине адресного пространства означает выбор ЕРКОМ. Поскольку дополнительные адреса не используются, в этом нет ничего ужасного, но при разработке компъютера, который в будущем предполагается расширять (в случае с игрушками это маловероятно), следует избегать частичного декодирования, поскольку оно значительно ограничивает адресное пространство.
Можно применять и другую технологию декодирования адреса — с использованием декодера (см. рис. 3.12). Связав три входа с тремя адресными линиями самых старших разрядов, мы получаем восемь выходов, которые соответствуют адресам в первом отрезке 8 К, втором отрезке 8 К и т. д. В компьютере, содержащем 8 микросхем ОЗУ по 8 К х 8 байт, полное декодирование осуществляет одна такая микросхема. Если компьютер содержит 8 микросхем памяти по 2 К х 8 байт, для декодирования также достаточно одного декодера при условии, что каждая микросхема памяти занимает отдельную область адресного пространства в 8 К. (Вспомните наше замечание о том, что расположение микросхем памяти и устройств ввода-вывода внутри адресного пространства имеет значение.) Вопросы и задания 257 Краткое содержание главы Компьютеры собираются из интегральных схем, содержащих крошечные переключатели, которые называются вентилями.
Обычно используются вентили И, ИЛИ, НЕ-И, НЕ-ИЛИ и НЕ. Комбинируя отдельные вентили, можно строить простые схемы. Более сложными схемами являются мультиплексоры, демультиплексоры, кодеры, декодеры, схемы сдвига и АЛУ. С помощью программируемой логической матрицы можно запрограммировать произвольные булевы функции. Если требуется много булевых функций, программируемые логические матрицы обычно более эффективны, чем другие средства. Законы булевой алгебры используются для преобразования схем из одной формы в другую. Во многих случаях таким способом можно создать более экономичные схемы. Арифметические действия в компьютерах осуществляются сумматорами. Одноразрядный полный сумматор можно сконструировать из двух полусумматоров.
Чтобы построить сумматор для многоразрядных слов, полные сумматоры соединяются таким образом, чтобы выходной сигнал переноса каждого сумматора передавался его левому соседу. Статическая память состоит из защелок и триггеров, каждый из которых может хранить один бит информации. Их можно объединять, получая восьмиразрядные триггеры и защелки или готовую память для хранения слов. Существуют различные типы памяти: ОЗУ, ПЗУ, РВОМ, ЕРВОМ, ЕЕРВОМ, флэш-память. Статическое ОЗУ не нужно обновлять: оно хранит информацию, пока включен компьютер. Динамическое ОЗУ, напротив, нужно периодически обновлять, чтобы предотвратить потерю информации.
Компоненты компьютерной системы соединяются шинами. Большинство выводов обычного центрального процессора (хотя не все) образуют одну линию шины. Линии шины можно подразделить на адресные, информационные и управляющие. Синхронные шины управляются задающим генератором. В асинхронных шинах для согласования работы задающего и подчиненного устройств используется система полного квитирования. Репйшп 4 представляет собой пример современного процессора.
Системы с таким процессором включают в себя шину памяти, шину РС1, шину 1ЯА и шину ()ЯВ. Шина РС1 может передавать по 64 бита информации за раз с частотой 66 МГц. Этого вполне достаточно пракптчески для всех периферийных устройств, но не для памяти. Переключатели, индикаторы, принтеры и многие другие устройства ввода- вывода можно связать с компьютером, использовав микросхемы ввода-вывода (например, 8255А).
Эти микросхемы по желанию можно сделать частью пространства ввода-вывода или частью пространства памяти. Обращение к микросхеме может происходить путем полного или частичного декодирования адреса в зависимости от того, какие задачи решает компьютер. Вопросы и задания 1. Логик заезжает в закусочную и говорит: «Дайте мне, пожалуйста, гамбургер или хот-дог и картофель фри». К несчастью, повар не закончил и шести классов и не знает (да и не хочет знать), какая из двух логических операций, 258 Глава 3. Цифровой логический уровень 2. 3.
6. 7. 8. 9. И или ИЛИ, имеет приоритет над другой. Он считает, что в данном случае допустима любая интерпретация. А какие из перечисленных здесь вариантов интерпретации этого высказывания действительно допустимы? (Обратите внимание, что ИЛИ здесь трактуется как ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.) 1) Только гамбургер. 2) Только хот-дог.
3) Только картофель фри. 4) Хот-дог и картофель фри. 5) Гамбургер и картофель фри. 6) Хот-дог и гамбургер. 7) Все три. 8) Ничего — логик останется голодным, потому что он слишком умный. Миссионер, заблудившийся в Южной Калифорнии, остановился на развилке дороги. Он знает, что в этом районе обитают две мотоциклетные банды. Одна из них всегда говорит правду, а другая всегда лжет. Он хочет узнать, какая дорога ведет в Диснейленд.
Какой вопрос он должен задать? Использовав таблицу истинности покажите, что Х=(ХИ У) ИЛИ(ХИНЕ У). Существует 4 булевы функции от одной переменной и 16 функций от двух переменных. Сколько существует функций от трех переменных? А от п переменных? Покажите, как можно реализовать функцию И, использовав два вентиля НЕ-И. Используя мультиплексор с тремя переменными, изображенный на рис, 3,11, реализуйте функцию, значение которой равно 1 тогда и только тогда, когда нечетное число входных сигналов равно 1. Мультиплексор с тремя переменными, изображенный на рис. 3.11, в действительности способен вычислять произвольную функцию от четырех логических переменных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
