Boit_K__Cifrovaya_yelektronika_BookZZ_or g (773598), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Порядок обработки, например порядок логических операций, задается перед началом работы схемы в программе. Такая схема была бы универсальной в применении. Она смогла бы заменять логические схемы любого вида. Не надо было бы каждый раз паять необходимую комбинационную схему из различных элементов. Можно было бы брать такую универсальную схему и программировать ее таким образом, чтобы выполнялись желаемые логические функции. Структура этой универсальной схемы сложна, и схема, очевидно, получилась бы дорогой.
Однако современные технологии изготовления микросхем дают возможность экономически выгодно изготовлять сложные схемы. Соображения такого рода стояли на заре проектирования первых универсальных схем, которые сегодня называются микрокомпьютерами. Основной частью микрокомпьютера является микропроцессор. Микропроцессоры различных типов предлагаются в настоящее время в виде микросхем относительно недорого.
Сложные схемы управления, довольно дорогие в случае их сборки из триггеров и логических элементов, можно заменить недорогими микрокомпьютерами. 15.2. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) При разработке универсальных схем целесообразно брать за основу расширенные 4-битовые сумматоры-вычитатели (см. рис. 14.23), которые были рассмотрены в предыдущей главе. С этой схемой входные сигналы А и В по выбору могут складываться и вычитаться. Дополнительно требуется, чтобы с сигналами А и В можно было производить операции: ° логического умножения И; ° логического сложения ИЛИ; ° ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ. Схема для проведения 4-битового И-умножения показана на рис.
15.1. Также изображены схемы для 4-битовых ИЛИ, и 4-битовых ИСКЛЮЧАЮЩИХ ИЛИ, логических функций (рис. 15.2). с.г.лс уя». Р л 4ф Рис. 15.1. Схема для логического умноие- ния И двух 4-бито- вых слов. 2 я 2' г л л в поимел г в 2* г' л ил~ в мс~ л,в ~оо~ л в Рис. 15.1. Схема для логического умнонения ИЛИ (а) двух 4-битовых слов и 4-битового ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ (б). АЛУ для 4-битовых слов состоит из расширенного сумматора-вычитателя согласно рис. 14.23, схемы для проведения 4-битового И-умножения, схемы для проведения 4-битового ИЛИ-сложения и схемы для проведения операции 4-битового ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ.
Четыре 4-битовых выхода выборочно через четыре мультиплексора (см. гл. 11) подаются на 4-битовый У-выход. Сумматор-вычитатель имеет также выход переноса (7, который выводится наружу (рис. 15.3). АЛУ производятся в виде микросхем на 4 бита, 6 битов, 8 битов и 16 битов. Чаще всего используются 8-битовые АЛУ. Условное обозначение — в виде блока (рис. 15.4). Так как 8-битовые АЛУ имеет 8 А-входов, 8 В-входов и 8 У-выходов, то 8 проводников могут представляться 8-проводной шиной.
Схемы получаются более наглядными (рис. 15.4). Через семь входов управления от Яс до Я, могут подаваться всего 2' = 128 различных команд управления. Из этих команд нужны только 13. В этом случае рационально произвести перекодировку. Она происходит с помощью ПЗУ (см. гл.
12, разд. 12.4). Используют 4 входа управления (рис. 15.5). С ними можно представлять 16 различных команд. 3 возможных команды остаются неиспользованными. Команды представлены на рис. 15.6. Несколько команд требуют подавления переноса 17. Для этой цели ПЗУ имеет выход Я„всегда равный нулю, если на выходе (7 нет переноса. Выходы Яг и Я, исйользуются для дополнительного управления (см. разд. 15.3 и 15.4). Блок-схема 8-битового АЛУ с кодировочным ПЗУ и блокированием переноса показана на рис.
15.7. (4!6 Г 15.М Р Рц Р ц Р (л, А.л 888 Рис. 15.3. Схема 4-битового АЛУ. а,.........в, Рис. 15.4. Блок-схема 4-битового АЛУ. Рис. 15.5. Копировщик с ПЗУ для перекодирования с 7 на 4 унрааляющих входа. и, и, и, и, Рие. 15.7. АЛУ с ПЗУ для перекодирования и И-элемент для блокировки переноса. Рис. 15.6. Командм АПУ. 15.3. Аккумулятор Аккумулятор состоит из АЛУ с кодированием, регистра и 1-битовой памяти для переноса. Ввод данных происходит только через В-входы. А-входы связаны с выходами регистра (рис. 15.8). Регистр и память переноса управляются тактирующими синхроимпульсами.
Тактнрование памяти переноса может быть заблокировано И-элементом. Я;сигнал поступает из кодирую- щего ПЗУ. Если складываются два 8-битовых слова, первое 8-битовое слово подается на В-вход. Через АЛУ оно переходит в регистр и сохраняется в нем со следующим тактом.
Регистр построен на 8 тригтерах, в которых парал- и, и, и, и. Рис. 15.8. Структура аккумулятора. (аВ Г 1Х.Я нн~ р р р НОМЕР ксмзнДы команда Название команды Память перенося Описание команды шястнадц. и, и, дясятнч. НОР Нет операции Записать 1 в аккумулятор ЗР1 2 О Инвертировать содержимое аккумулятора Записать В-сигнал в аккумулятор !ЙК ОЕС АОО ЗОВ АНО !Ой !О ХОД В Записать в аккумулятор — 1 ЗМ1 13 14 1б Ряи. 1550, Блок-схема 8-битового аккумулятора. Т: память переноса управляется сннхрснмпгльсяын —: память перенеся не тпрввляется сннхроимпульсамн Рнс. 15.9. Команды аккумулятора. Стереть содержимое аккумулятора Увеличить содер.кимов аккуыулятора на 1 Уменьшить содержимое аккумулятора на 1 Прибавить В-сигнал к содержимому аккумулятора Вычесть В-сигнал из содержимого аккумулятора ОНΠ— логическое умножение и содержимого аккумулятора и В-сигнала ООЕД вЂ” логическое сложение ИЛИ содержимого аккумулятора и В-сигнала аккумулятора и В-сигнала ЕхйцдянООЕЯ вЂ” ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ СОДЕРжимОгО 15.4.
А у у р ° 19)) лельно сохраняется 8-битовое слово. Это слово поступает на 8 выходов регистра и одновременно находится на 8 А-входах. После сохранения первого 8-битового слова на вход поступает второе 8-битовое слово. Два складываемых 8-битовых слова находятся на А- и В-входах АЛУ. АЛУ по команде складывает оба 8-битовых слова и выдает результат в регистр. Регистр принимает результат со следующим тактом. Возможно, возникший перенос будет также сохранен в регистре переноса со следующим синхроимпульсом. Регистр переноса называется также знаком переноса.
Результат сложения находится теперь на У*-выходе и на выходе У*. Логическое умножение И двух 8-битовых слов происходит аналогичным образом. Только вместо команды сложения АДУ получает команду на умножение. Все 13 команд АЛУ распространяются также на аккумулятор. Под А- сигналом можно понимать содержание аккумулятора. Командам присваиваются сокращения от английских названий команд. Все команды аккумулятора приведены в так называемом списке команд (рис. 15.9). 15.4.
Аккумулятор с памятью Следующим шагом на пути к универсальной схеме, к так называемому микропроцессору, является аажумулятор с памятью. В качестве памяти используется статическое ОЗУ (см. гл. 12, разд. 12.3.1). Аккумулятор с памятью может записывать промежуточные результаты в память и считывать их оттуда при необходимости. Структура аккумулятора с памятью показана на рис. 15.11. Восемь выходов аккумулятора выходят наружу (2'*) и связаны с входами ОЗУ. Выходные данные аккумулятора могут записываться в ОЗУ.
Загрузка в ОЗУ происходит под управлением синхроимпульсов. ПЗУ аккумулятора выдает на управляющий вывод Я, 1-сигнал и одновременно через элемент И выдает управляющий импульс, разрешающий запись. ОЗУ может иметь различный объем памяти. На рис. 15.11 показана ОЗУ с 16 ячейками памяти по 8 бит. 16 ячеек памяти должны иметь свои адреса (см. гл. 12). С 4-битовым словом можно производить 16 различных адресов (от 0000 до 1111).
Так как адреса имеют 4 разряда, нужно 4 адресных входа. Они получают обозначения от А, до А, (см. рис. 15.11). Сохраненные в ОЗУ данные могут быть по желанию считаны и записаны в аккумулятор. В-входы аккумулятора управляются мультиплексором. Если мультилексор получает 1-сигнал через вход управления Юи ПЗУ аккумулятора, то он переключает В*-входы на В-входы аккумулятора. Если на вход Яи управления подан О-сигнал, то выходы ОЗУ связаны с В-входами аккумулятора. К 13 командам аккумулятора без устройства памяти (рис.
15.9) прибавим две дополнительные команды. Нужна команда, которая переключает мультиплексор на входы В'. Эта команда должна подаваться подачей 1-сигнала на вход управления Яи. Ей присваивается комбинация номер 13 (1101) (рис. 15.12). Название команды АР. (420 Глава 15. Микропроцессоры и микрокомпьютеры т Кдмдндд едоддддющнд вход! ддрддд (дддддддд дедал Рас. 15. 11. Структура аккумулятора с памятью. Ряс. 15.12. Дополнительные команды аккумулятора с памятью. Биты управления образуют управляющую часть команды, биты адреса— адресную.
Перед началом работы, т. е. перед началом вычисления, должны быть точно установлены отдельные команды и порядок их следования. упорядоченная последовательность команд называется программой. Кроме того, необходима команда, которая разрешает запись содержимого аккумулятора в ячейку памяти ОЗУ. Эта команда получает номер 14 (1110) и имя ЗТА. Она должна быть обработана в ПЗУ аккумулятора таким образом, чтобы на линии управления Я, был выведен 1-сигнал, разрешающий очередной такт синхроимпульса к ОЗУ (см. рис. 15.11). Эта команда всегда должна быть связана с адресом. В аккумуляторе с устройством памяти отдельные команды состоят из 8-битовых слов. Четыре бита отведены для сигнала управления (йд до й;) и четыре — для адреса (от А, до А,).
!5.5. Пр р чар г1 г щ ю г 4~2Д Нужно сообщить аккумулятору с памятью, что он должен делать. Сначала вводится команда 1, затем 2, затем 3 и т. д. до ввода всех команд и последующего запуска программы. В конце долзкен получиться желаемый результат в правильной форме. Если зто не произошло, значит программа была ошибочна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
