Тема 3. Цифровые устройства последовательного типа и запоминающие устройства

1. Счетчики: суммирующие, вычитающие и реверсивные. Счетчики с последовательным и параллельным переносом.

2. Регистры: последовательные, параллельные, сдвигающие. Мно-горежимный буферный регистр.

3. Оперативные запоминающие устройства.

4. Постоянные запоминающие устройства.

5. Внешние запоминающие устройства.

Методические разработки

Цифровые устройства последовательного типа, как правило, являются устройствами с памятью. В данных устройствах значения выходных сигналов определяются значениями как входных сигналов в данный момент времени, так и предысторией изменения входных сигналов. Для этих устройств характерным является то, что при одних и тех же значениях входных сигналов выходные сигналы могут иметь различные значения. К основным типам таких устройств относятся триггеры и реализуемые на их основе более сложные устройства: счетчики, регистры, запоминающие устройства.

Запоминающие устройства служат для хранения информации и обмена её с другими цифровыми устройствами. Микросхемы памяти в общем объёме выпуска интегральных схем занимают около 40% и играют важнейшую роль в составе микропроцессорного комплекта. Микросхемы и системы памяти постоянно совершенствуются как в области схемотехнологии, так и в области развития новых архитектур. В настоящее время используются десятки различных типов запоминающих устройств(ЗУ). Важнейшие параметры ЗУ находятся в противоречии. Так, например, большая информационная ёмкость

Вопросы для самопроверки

1. Какой код устанавливается на выхода пятиразрядного двоичного счетчика после поступления на его суммирующий счетный вход 163 импульсов?

2. В каком из счетчиков используется меньшее число триггеров, в двоичном или двоично-десятичном?

3 . Какие счетчики обладают большим быстродействием: с последовательным или параллельным переносом?

4. Сколько различных двоичных чисел может быть записано в регистр, имеющий: три разряда; пять разрядов?

5. Сколько импульсов необходимо подать на тактовый вход регистра сдвига для того, чтобы последовательно записать в него число: а) 101;

б) 101110? Число разрядов регистра соответствует разрядности записываемых чисел.

Тема 4. Микропроцессоры

1. Понятие архитектуры микропроцессора.

2.Структура микропроцессора.

3. Структурная схема микропроцессора КР 580.

4. Машинные циклы.

5. Система команд микропроцессора.

6. Классификация команд. Способы адресации.

Методические разработки

Развитие микроэлектроники характеризуется все возрастающей степенью интеграции. Увеличение степени интеграции сопровождается ростом функциональной сложности микросхем. Первые интегральные микросхема реализовывали лишь простейшие логические функции, сменившие их микросхемы средней степени интеграции выполняли функции цифровых автоматов типа триггеров, регистров, сумматоров, дешифраторов. В микросхемах с большой степенью интеграции БИС появилась возможность совместить в одном или нескольких кристаллах все функциональные элементы вычислительного устройства, что привело к созданию микропроцессорных БИС.

С функциональной точки зрения микропроцессоры не уступают процессорам традиционных ЭВМ, а массовый выпуск микропроцессорных БИС, обеспечивая низкую стоимость микросхем, позволяет значительно снизить стоимость информационно-вычислительной системы. В отличие от ранее рассмотренных устройств, реализующих строго определенные функции в соответствии с таблицей состояний или таблицей переходов, микропроцессор (МП) - это программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управление им, построенное на одной или нескольких, микросхемах. Набор этих микросхем составляет базовый микропроцессорный комплект интегральных микросхем.

Микропроцессоры являются основой любого компьютера, на них основана работа разнообразных систем обработки информации, систем управления техническими средствами, технологическим процессами.

Микропроцессор (МП) – программно управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управление им, построенное на одной или нескольких БИС/СБИС.

Способ обработки информации является основным отличием МП от обычных цифровых устройств – последовательных или комбинационных – обработка входных сигналов, которых, осуществляется аппаратно, и результат определяется схемой соединения различных элементарных узлов конъюнкторов, дизъюнкторов, триггеров и т.д. В МП процесс обработки информации осуществляется программно, т.е. путем последовательно выполнения элементарных действий – команд программы, и результат обработки определяется этой программой. Решаемая задача, таким образом, задается программой, а сами аппаратные средства (микропроцессор и набор дополнительных ИС) остаются неизменными. Это определяет универсальность устройств и систем на основе МП.

Микропроцессоры появились, когда уровень развития микроэлектроники позволил в одной ИС разместить все узлы, необходимые для работы устройств программной реализации алгоритмов. Такие устройства назывались процессорами. Процессоры ЭВМ, выполненные на транзисторах, а затем и на элементах малой и средней степени интеграции, представляли собой целые шкафы, начиненные платами. БИС, выполняющие все функции процессора, пусть и над словами малой разрядности, получили название «Микропроцессоры», а электронные системы, главным вычислительно-управляющим узлом которых является микропроцессор, стали называться микропроцессорными системами.

В составе микропроцессорной системы всегда можно выделить микроЭВМ и набор устройств ввода-вывода информации (поскольку они находятся за приделами микроЭВМ их называют внешними устройствами (ВУ)). Кроме микропроцессора в микроЭВМ входят также память и устройства, непосредственно взаимодействующие с внешними устройствами. Набор микросхем, пригодных для совместного применения в составе микроЭВМ, называют микропроцессорным комплектом БИС/СБИС (МПК). Микросхемы, входящие в МПК, могут быть выполнены по различным технологиям, но они должны быть совместимы по архитектуре, электрическим параметрам, конструктивным признакам .

Микроконтроллеры – устройства, имеющие структуру микропроцессорной системы, выполненные в виде БИС и предназначенные для решения задач управления техническими устройствами и системами. Поскольку в составе таких БИС имеются все узлы, присущие ЭВМ, они называются также однокристальными микроЭВМ.

Первые микроконтроллеры появились в 1976г. Когда в одной БИС стало возможным совместить процессор, ОЗУ, ПЗУ и порты ввода/вывода. В отличии от универсальных микроЭВМ в микроконтроллерах небольшие по размерам память и простой интерфейс для связи с внешними устройствами. Это объясняется, прежде всего, спецификой решаемых задач. Микроконтроллеры не используются в универсальных вычислительных машинах, а предназначены для создания высокоэффективных и дешевых управляющих и регулирующих систем. Микроконтроллеры реализуют относительно несложные алгоритмы, и для размещения программ им требуется емкость памяти, на несколько порядков меньшая, чем у микроЭВМ универсального назначения. Внешние устройства значительно проще, а их набор существенно уже

Персональный компьютер содержит, по крайней мере, четыре встроенных микроконтроллера – два обеспечивают работу клавиатуры и мыши, один управляет жестким диском, один отвечает за энергосбережение. Возможно, гораздо больше микроконтроллеров используются для контроля монитора, модема (или сетевой карты) и принтера .

Вопросы для самопроверки

1. Какой смысл вкладывается в понятие архитектура микропроцессора?

2. Перечислите основные элементы структуры микропроцессора КР 580.

3. Что такое аккумулятор микропроцессора?

4. Указатель стека; его назначение.

5. Перечислите виды регистров МП КР 580.

6. Что такое машинный цикл?

7. Какие способы адресации команд микропроцессора Вы знаете?