- •1 Вузли обчислювальної техніки та мікропроцесорних систем.
- •2 Програмування мікропроцесорів фірми Intel.
- •1 Модуль
- •1 Обчислювальні та мікропроцесорні системи
- •1.1 Основні визначення
- •1.2 Принципи побудови та функціонування обчислювальних систем
- •1.2.1 Архітектура обчислювальних систем
- •1.2.2 Класифікація комп’ютерів (Для поглибленого вивчення)
- •1.3 Принципи побудови та функціонування мпс
- •1.4 Функціонування обчислювального пристрою
- •2 Операції над даними в обчислювальних системах
- •2.1 Подання даних в обчислювальних системах
- •2.2 Подання даних у кодах
- •2.3 Порозрядні операції над даними
- •3 Цифрові автомати
- •3.1 Визначення цифрових автоматів
- •3.2 Синтез логічних схем
- •3.3 Розробка ца
- •4 Типові пристрої обчислювальних систем (Для самостійного вивчення)
- •4.1 Суматори
- •4.2 Цифрові компаратори
- •4.3 Арифметично-логічний пристрій
- •4.4 Програмовані логічні інтегральні схеми (пліс)
- •5 Принципи побудування запам’ятовувальних пристроїв мпс з заданою організацією
- •5.1 Запам’ятовувальні пристрої мпс та їх класифікація
- •5.2 Постійні запам’ятовувальні пристрої
- •5.3 Оперативні запам’ятовувальні пристрої
- •5.4 Умовне позначення мікросхем пам’яті
- •5.5 Побудова блока запам’ятовувального пристрою мпс з заданою організацією
- •6 Інтерфейс
- •6.1 Організація інтерфейсів
- •6.2 Асинхронний послідовний адаптер rs-232-c
- •7 Мікропроцесори
- •7.1 Архітектура мікропроцесорів
- •7.2.1 Історична довідка про розвиток мікропроцесорів фірми Intel (Для самостійного вивчення)
- •7.2.2 Організація 16-розрядних мікропроцесорів
- •7.2.3 Програмна модель мп і8086
- •7.2.4 Режим переривань мп і8086
- •7.2.5 Організація 32-розрядних мікропроцесорів (Для самостійного вивчення)
- •7.3 Архітектура сучасних мікропроцесорів
- •7.3.1 Тенденції розвитку архітектури сучасних мікропроцесорів
- •7.3.2 Мікропроцесори Pentium
- •7.3.3 Процесори фірми amd
- •7.3.4 Продуктивність мікропроцесорів та її оцінювання
- •8 Використання сучасних мікропроцесорів
- •Список рекомендованої літератури
- •2 Модуль
- •9 Програмування мікропроцесорів фірми intel
- •9.1 Сегментування пам’яті мікропроцесорами
- •9.2 Способи адресування операндів мп фірми Intel
- •9.3 Мова програмування Асемблер-86
- •9.3.1 Формат команди
- •9.3.2 Команди пересилань
- •9.3.3 Команди перетворення даних мови Асемблер-86
- •Команди логічних операцій
- •9.3.4 Команди умовних та безумовних переходів
- •9.3.5 Команди організації циклів
- •9.4 Створення програм на мові Асемблер-86
- •9.4.1 Лінійні програми
- •9.4.2 Розгалужені програми
- •9.4.3 Циклічні програми
- •10 Програмна реалізація вузлів телекомунікаційного обладнання мовою асемблер-86
- •10.1 Способи реалізації алгоритмів
- •10.2 Розробка апаратно-програмних комплексів
- •10.3 Приклади реалізації простих вузлів телекомунікацій
- •10.3.1 Ініціалізація послідовного асинхронного адаптера rs-232-c
- •10.3.2 Фрагмент програми передавання даних через асинхронний адаптер rs-232-c
- •10.3.3 Фрагмент програми приймання даних через асинхронний адаптер rs-232-c
- •10.3.4 Приклад програми ініціалізації rs-232-c та введення-виведення даних, написаної у програмному середовищі turbo assembler (tasm)
- •10.3.5 Програмна реалізація генератора імпульсних послідовностей
- •10.3.6 Програмне вимірювання періоду імпульсної послідовності det
- •10.3.7 Програмна реалізація мультиплексора
- •Список рекомендованої літератури
4 Типові пристрої обчислювальних систем (Для самостійного вивчення)
Вхідний контроль:
Які типові цифрові пристрої Ви знаєте?
Чим відрізняються комбінаційні і послідовнісні пристрої?
Які елементи є основою для побудови цифрових пристроїв?
До типових пристроїв мікропроцесорних систем можна віднести такі пристрої: двійкові суматори, цифрові компаратори, арифметично-логічний пристрій, запам’ятовувальні пристрої, пристрої введення-виведення інформації, таймери, програмовні логічні інтегральні схеми (ПЛІС) тощо.
4.1 Суматори
Суматор – це вузол обчислювальної системи, що виконує арифметичне додавання кодів двійкових чисел. Суматор будується з комбінаційних схем, які виконують додавання двох однорозрядних двійкових чисел a i b, формують однорозрядний сигнал їхньої суми – S і сигнал перенесення в наступний старший розряд – C. Такі пристрої називають напівсуматорами і вони є елементною базою для побудови повних суматорів. Умовне графічне позначення такої схеми показано на рис. 4.1.
Рисунок 4.1 – Умовне графічне позначення комбінаційного напівсуматора
Схема повного однорозрядного суматора буде відрізнятися тим, що одним із вхідних сигналів, додатково до операндів a i b, буде значення вхідного перенесення, яке буде додаватися до результату. Алгоритм роботи повного однорозрядного суматора можливо описати за допомогою таблиці істинності – табл. 4.1.
Таблиця 4.1 – Таблиця істинності однорозрядного суматора
-
Вхідне перенесення
c
Додаток
a
Додаток
b
Вихідне перенесення
C
Сума
S
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
-
Закінчення табл. 4.1
Вхідне перенесення
c
Додаток
a
Додаток
b
Вихідне перенесення
C
Сума
S
1
0
0
0
1
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
За даними цієї таблиці можливо виконати синтез схеми повного суматора. Після чого буде видно, що ця схема є поєднанням схем двох напівсуматорів. Схему повного суматора показано на рис. 4.2.
Рисунок 4.2 – Схема повного однорозрядного суматора
У цій схемі формуються два проміжні перенесення і одна проміжна сума, які далі беруть участь у формуванні результату. Вихідне перенесення формується як результат виконання логічної функції АБО сигналів двох проміжних перенесень.
Багаторозрядні суматори будуються як схеми паралельного з’єднання повних однорозрядних суматорів з послідовними лініями міжрозрядних перенесень. Приклад схеми такого суматора показано на рис. 4.3.
Комбінаційний суматор можливо також використовувати для виконання операції віднімання чисел зі знаками, для чого операнди, що надходять на схему, повинні подаватися у доповнювальному коді.
Важливою рисою комбінаційного паралельного суматора є затримка у колах формування перенесень. За характером розповсюдження перенесення суматори поділяють на три класи: суматори з порозрядним паралельним перенесенням, з паралельним перенесенням і з груповим перенесенням.
Паралельні суматори будуються за схемою, що показана на рис. 4.3, і характеризуються послідовним розповсюдженням сигналу перенесення від розряду до розряду, за ступенем формування результату. Затримка формування суми, за наявності перенесень буде дорівнювати
Тпер = τ∙n
де τ – затримка сигналу в одному розряді суматора; n – кількість розрядів. Видно, що ця величина швидко зростатиме зі збільшенням кількості розрядів.
Рисунок 4.3 – Схема n-розрядного комбінаційного паралельного суматора
Таким чином, такий тип суматора характеризуються простотою схеми формування перенесення, але має низьку швидкодію.
Для усунення цього недоліку, можливо використовувати схему суматора з паралельним перенесенням. В такому суматорі додавання виконується як порозрядна операція і вхідне перенесення для кожного старшого розряду формується незалежно від формування перенесення у попередньому молодшому розряді. Для всіх розрядів сигнали перенесення також формуються паралельно. Формування сигналів перенесення відбувається в результаті формування й оброблення додаткових двох сигналів: розповсюдження перенесення (CRP – Carry Propagation) і генерування перенесення (Carry Generation). Затримка отримання суми в такому суматорі складається із однакових значень затримки перенесення для всіх розрядів, які не залежать від кількості розрядів. Слід зазначити, що апаратні затримки в такій схемі швидко зростають відповідно до збільшення кількості розрядів, тому в чистому вигляді такий тип суматора майже не використовується. Для невеликої кількості розрядів (до 8) промисловість випускає спеціальні мікросхеми – схеми прискореного перенесення.
Для прискорення формування сигналів перенесення у суматорах зі значною кількістю розрядів використовується принцип групового перенесення, відповідно до якого розрядна сітка розбивається на декілька груп з однаковою кількістю розрядів у кожній. Кожна група являє собою суматор, усередині якого перенесення може формуватися як послідовно так і паралельно, а перенесення із групи в групу відбувається по тракту міжгрупового перенесення, який може буде побудований як паралельний, так і послідовний. У паралельному тракті перенесення між групами формуються як функції лише доданків. У послідовному тракті сигнал перенесення формується в кожній групі і з виходу молодшої групи надходить на вхід перенесення наступної старшої групи.
Використання паралельного перенесення всередині групи з паралельним перенесенням між групами дозволяє будувати найбільш швидкодіючі суматори з розрядністю 24 – 64 біти. Взагалі, вибір схеми суматора і формування перенесення в кожному випадку виконується за результатами аналізу апаратних витрат і забезпеченням необхідної швидкодії.
Суматори є елементною базою для побудови цифрових компараторів і арифметично-логічних пристроїв.
Контрольні запитання:
Яке призначення схеми суматора?
Які умови формування сигналів на виходах однорозрядного суматора?
В чому полягає причина низької швидкодії паралельного суматора?
Якими способами можливо підвищити швидкодію суматора?
Контрольні запитання підвищеної складності:
В чому полягає принцип групового перенесення?
Поясніть причину формування затримки сигналу у схемі паралельного суматора?