1. Введение

Настоящее учебное пособие предназначено для студентов и специалистов, занимающихся изучением и использованием микроЭВМ в системах обеспечения комплексной информационной безопасности ЭВС и автоматизированных системах управления производственными процессами (АСУ ТП).

В учебном пособии будут рассмотрены особенности построения, архитектуры и программирования микроЭВМ на уровне машинных команд и языка ассемблера. Тип конкретного процессора будет указываться по ходу текста; там, где это не оговорено специально, речь будет идти о процессоре 8086.

Процессоры могут использоваться для построения вычислительных машин (компьютеров) или в системах автоматического управления, например, это могут быть устройства числового программного управления металлообрабатывающими станками (УЧПУ), автоматизированные системы управления промышленными роботами (УПУ ПР), устройство распознавания в системе технического зрения робота и т.п. В основу этих современных устройств положены, как правило, микроЭВМ.

Введем некоторые базовые понятия, необходимые для изучения курса.

• Вычислительная машина — устройство обработки информации, работающее по вложенной программе.

• ЭВМ — электронно-вычислительная машина.

• ЦВМ — цифровая вычислительная машина.

• Компьютер — (Computer) иностранное слово, означающее вычислительную машину.

• АЛУ — арифметико-логическое устройство — это основное устройство процессора, выполняющее операции над операндами.

• Процессор — основное устройство, обрабатывающее информацию в ЦВМ.

• Микропроцессор — полупроводниковый кристалл или комплект кристаллов в одном корпусе, на которых реализуется центральный процессор ЭВМ.

• МикроЭВМ — вычислительная машина, основу которой составляет микропроцессор (или микропроцессорный набор БИС), дополненный памятью, внешними устройствами и набором средств связи.

• Микрокалькулятор — примитивная ЭВМ, ориентированная на ручной ввод данных и программ.

• Память — устройство ЦВМ для хранения информации (данных и программ).

• ОЗУ — оперативное запоминающее устройство для хранения программ и данных, отличается возможностью записи информации по командам процессора.

• ПЗУ — постоянное запоминающее устройство, информация, записанная в нем, не может быть изменена.

• ППЗУ — перепрограммируемое запоминающее устройство, информация в него может быть записана много раз, но для новой записи требуется произвести предварительное стирание старой информации или использовать специальные устройства — программаторы.

• Бит — единица информации или 1 двоичный разряд.

• Байт — первоначально слово для представления символов алфавита, в настоящее время имеет размер 8 бит.

• Машинное слово — набор двоичных разрядов, обрабатываемых машиной одновременно.

• Адрес — абсолютный, уникальный номер ячейки памяти или регистра внешнего устройства.

• Внешняя память — память, организованная на внешних устройствах, как правило, электромеханических, энергонезависимая, не входящая в пространство абсолютных адресов.

• Внешние устройства — все устройства машины, кроме процессора, ОЗУ и связывающих магистралей.

• Контроллер — построенная на основе микропроцессора ЭВМ с жестко заданной программой, предназначенная для управления некоторым внешним устройством.

• Файл — упорядоченная система записей на машинном носителе информации.

При рассмотрении ЭВМ обычно рассматривают ее архитектуру.

Под архитектурой некоторого устройства будем понимать:

• структуру устройства;

• принципы функционирования элементов структуры;

• принципы связи между элементами структуры.

Архитектура процессора, с точки зрения программиста, определяется доступными регистрами процессора, организацией стека, системой команд, системой адресации, т.е. принципами обращения к операндам, средствами ввода-вывода, а также типами обрабатываемых данных. Типы данных представляют собой базовые объекты, манипулирование которыми обеспечивается системой команд.

Для того чтобы создать некоторое управляющее устройство на основе микроЭВМ, необходимо решить следующие задачи:

1. разработать алгоритм управления;

2. разработать алгоритм (протокол) обмена информацией между внешними (по отношению к микроЭВМ) датчиками, самой ЭВМ и исполнительными устройствами;

3. реализовать упомянутые алгоритмы на одном из доступных данной машине языков;

4. разработать аппаратуру связи микроЭВМ с внешними устройствами (интерфейс).

Для решения поставленных задач специалист должен знать:

• что такое алгоритм, формы его представления, возможности реализации различных алгоритмов с помощью ЭВМ;

• способы представления информации в микроЭВМ (системы счисления, коды, кодирование информации на внешних носителях);

• структуру и характеристики микроЭВМ;

• принципы обращения микропроцессора к внешним устройствам;

• систему команд, т.е. набор элементарных, с точки зрения ЭВМ, операций, определяющих возможности машины как управляющей системы;

• иметь представление о языках программирования, разработанных для данной ЭВМ, о их возможностях для решения стоящих перед пользователем задач.