19

Міністерство транспорту та зв’язку України

Державний департамент з питань зв’язку та інформатизації України

______________________________________________________

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ЗВ’ЯЗКУ ім. О.С. ПОПОВА

Кафедра обчислювальної техніки та мікропроцесорів

Антонов О.С., Хіхловська І.В.

ОБЧИСЛЮВАЛЬНА ТЕХНІКА

ТА МІКРОПРОЦЕСОРИ

Підручник

з дисципліни

“Обчислювальна техніка та мікропроцесори”

для всіх спеціальностей

напряму Телекомунікації

Одеса 2006

УДК 004 + 00431 + 621.39 (075)

Антонов О.С., Хіхловська І.В. Обчислювальна техніка та мікропроцесори. Підручник. Одеса: Вид. центр ОНАЗ ім. О.С. Попова, 2006. — 400 стор.

Підручник призначений для самостійної роботи студентів з дисципліни “Обчислювальна техніка та мікропроцесори”, яка викладається за модульним принципом та вміщує чотири модулі:

1 Вузли обчислювальної техніки та мікропроцесорних систем.

2 Програмування мікропроцесорів фірми Intel.

3 Мікропроцесорні системи на мікропроцесорах фірми Motorola та їх програмування.

4 Мікропроцесорні системи на мікроконтролерах, DSP фірми Motorola та їх програмування.

У підручнику розглянуті основні принципи побудови та функціонування обчислювальних та мікропроцесорних систем, їх основні вузли, у тому числі мікропроцесори. На прикладах мікропроцесорів, мікроконтролерів фірм Intel та Motorola показані принципи проектування мікропроцесорних систем, у тому числі, для цифрової обробки сигналів, та їх програмування. У підручнику наведені приклади застосування мікропроцесорів та мікроконтролерів різних моделей у пристроях телекомунікацій. Кожний розділ супроводжується запитаннями вхідного та вихідного контролю.

СХВАЛЕНО

на засіданні кафедри

обчислювальної техніки

та мікропроцесорів

і рекомендовано до друку

Протокол № ____

від ____.____.200__р.

ЗМІСТ

ВСТУП 7

1 МОДУЛЬ

1 ОБЧИСЛЮВАЛЬНІ ТА МІКРОПРОЦЕСОРНІ СИСТЕМИ 9

1.1 Основні визначення 9

1.2 Принципи побудови та функціонування обчислювальних систем 12

1.2.1 Архітектура обчислювальних систем 12

1.2.2 Класифікація комп’ютерів (Для поглибленого вивчення) 14

1.3 Принципи побудови та функціонування МПС 22

1.4 Функціонування обчислювального пристрою 25

2 ОПЕРАЦІЇ НАД ДАНИМИ В ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ СИСТЕМАХ 28

2.1 Подання даних в обчислювальних системах 28

2.2 Подання даних у кодах 31

2.3 Порозрядні операції над даними 34

3 ЦИФРОВІ АВТОМАТИ 42

3.1 Визначення цифрових автоматів 43

3.2 Синтез логічних схем 48

3.3 Розробка ЦА 55

4 ТИПОВІ ПРИСТРОЇ ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ СИСТЕМ (Для самостійного вивчення) 62

4.1 Суматори 62

4.2 Цифрові компаратори 65

4.3 Арифметико-логічний пристрій 66

4.4 Програмовні логічні інтегральні схеми (ПЛІС) 71

5 ПРИНЦИПИ ПОБУДУВАННЯ ЗАПАМ’ЯТОВУВАЛЬНИХ ПРИСТРОЇВ МПС З ЗАДАНОЮ ОРГАНІЗАЦІЄЮ 73

5.1 Запам’ятовувальні пристрої МПС та їх класифікація 73

5.2 Постійні запам’ятовувальні пристрої 77

5.3 Оперативні запам’ятовувальні пристрої 84

5.4 Умовне позначення мікросхем пам’яті 89

5.5 Побудування модуля запам’ятовувального пристрою МПС з заданою організацією 93

6 ІНТЕРФЕЙС 100

6.1 Організація інтерфейсів 100

6.2 Організація послідовних інтерфейсів введення-виведення 102

7 МІКРОПРОЦЕСОРИ 109

7.1 Архітектура мікропроцесорів 109

7.2 МП фірми Intel 111

7.2.1 Організація 8-розрядних мікропроцесорів (Для самостійного вивчення) 111

7.2.2 Організація 16-розрядних мікропроцесорів 134

7.2.3 Організація 32-розрядних мікропроцесорів (Для поглибленого вивчення) 143

7.3 Продуктивність мікропроцесорів та її оцінювання 153

7.3.1 Технічна продуктивність мікропроцесора 153

7.3.2 Реальна продуктивність мікропроцесора 154

7.3.3 Архітектура сучасних мікропроцесорів 155

8 ВИКОРИСТАННЯ МП ФІРМИ INTEL У ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНОМУ ОБЛАДНАННІ 158

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ ДО 1 МОДУЛЮ 168

2 Модуль

9 ПРОГРАМУВАННЯ МІКРОПРОЦЕСОРІВ ФІРМИ INTEL 170

9.1 Сегментування пам’яті мікропроцесорами 170

9.2 Способи адресування операндів МП фірми Intel 175

9.3 Мова програмування Асемблер-86 183

9.3.1 Формат команди 189

9.3.2 Команди пересилань 192

9.3.3 Команди перетворення даних мови Асемблер-86 203

9.3.4 Команди умовних та безумовних переходів 215

9.3.5 Команди організації циклів 217

9.4 Створення програм на мові Асемблер-86 218

9.4.1 Лінійні програми 218

9.4.2 Розгалужені програми 224

9.4.3 Циклічні програми 229

10 ПРОГРАМНА РЕАЛІЗАЦІЯ ВУЗЛІВ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНОГО ОБЛАДНАННЯ НА МОВІ АСЕМБЛЕР-86 239

10.1 Способи реалізації алгоритмів 239

10.2 Розробка апаратно-програмних комплексів 240

10.3 Приклади реалізації простих вузлів телекомунікацій 243

10.3.1 Ініціалізація послідовного асинхронного адаптера RS-232-C 243

10.3.2 Фрагмент програми передавання даних через асинхронний адаптер RS-232-C 244

10.3.3 Фрагмент програми приймання даних через асинхронний адаптер RS-232-C 244

10.3.4 Приклад програми ініціалізації RS-232-C та введення-виведення даних, написаної у програмному середовищі TURBO ASSEMBLER (TASM) 244

10.3.5 Програмна реалізація генератора імпульсних послідовностей 246

10.3.6 Програмне вимірювання періоду імпульсної послідовності DET 247

10.3.7 Програмна реалізація мультиплексора 248

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ ДО 2 МОДУЛЮ 250

3 Модуль

11 МІКРОПРОЦЕСОРНІ СИСТЕМИ НА УНІВЕРСАЛЬНИХ МП ФІРМИ MOTOROLA 251

11.1 16-розрядні мікропроцесори фірми Motorola 251

11.2 Побудова МПС на 16-розрядних мікропроцесорах фірми Motorola 263

11.2.1 Підсистема центрального процесорного елемента MC68000 263

11.2.2 Розподіл адресного простору МПС 268

11.2.3 Організація підсистеми пам’яті 269

11.2.4 Організація підсистем введення-виведення 273

11.3 32-розрядні мікропроцесори сімействаМ680ХХ фірми Motorola 290

11.4 Побудова МПС на 32-розрядних мікропроцесорах фірми Motorola 295

11.4.1 Підсистеми центрального процесорного елемента 295

11.4.2 Розподіл адресного простору МПС 299

11.4.4 Організація підсистеми введення/виведення 304

11.4.5 Підключення співпроцесора 310

12 ПРОГРАМУВАННЯ УНІВЕРСАЛЬНИХ МП ФІРМИ MOTOROLA 312

12.1 Мова Асемблер програмування МП фірми Motorola 312

12.2 Система команд МП МС680Х0 (Для самостійного вивчення) 317

12.2.1 Команди пересилання 317

12.2.2 Команди арифметичних операцій 318

12.2.3 Команди логічних операцій 323

12.2.4 Команди зсувів 324

12.2.5 Команди безумовних переходів 326

12.2.6 Команди умовних переходів 327

12.2.7 Команди організації програмних циклів 329

12.2.8 Команди звернення до підпрограм 330

12.3 Побудова програм з різною структурою на мові Асемблер МП фірми Motorola 333

12.3.1 Лінійні програми 333

12.3.2 Розгалужені та циклічні програми. Підпрограми 334

12.4 Створення програмного забезпечення МПС на МП фірми Motorola 337

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ ДО 3 МОДУЛЮ 346

4 Модуль

13 МІКРОПРОЦЕСОРНІ СИСТЕМИ НА МІКРОКОНТРОЛЕРАХ ФІРМИ MOTOROLA ТА ЇХ ПРОГРАМУВАННЯ

13.1 Типові мікроконтролери фірми Motorola

13.2 Налаштування вбудованих засобів мікроконтролерів

13.3 Системи команд мікроконтролерів (Для самостійного вивчення)

14 RISC-ПРОЦЕСОРИ ФІРМИ MOTOROLA

14.1 RISC-ядро

14.2 Комунікаційні контролери фірми Motorola

15 ПРОГРАМУВАННЯ МІКРОКОНТРОЛЕРІВ ФІРМИ MOTOROLA

16 АРХІТЕКТУРА ТА ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ ПРОЦЕСОРІВ ЦИФРОВОГО ОБРОБЛЕННЯ СИГНАЛІВ (DSP)

17 МІКРОПРОЦЕСОРНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ DSP, УНІВЕРСАЛЬНИХ МП ТА МК

18 ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ НА ПРОГРАМНОМУ РІВНІ

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ ДО 4 МОДУЛЮ

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

ВСТУП

На етапі розвитку сучасних інформаційних мереж нового покоління неможливо уявити телекомунікаційне обладнання без сучасних мікропроцесорів та мікроконтролерів. Широкий спектр функцій, які реалізують цифрові АТС (ЦАТС), шлюзи, маршрутизатори, інтегровані платформи, сервери, робочі станції, вимагає від процесорів та мікроконтролерів високої продуктивності та багатофункціональності. Десятки років можна було спостерігати процес взаємного стимулювання розвитку процесорів з одного боку та побудованого на їх основі телекомунікаційного обладнання з другого.

Підручник призначений для самостійної роботи студентів напряму Телекомунікації з дисципліни “Обчислювальна техніка та мікропроцесори”. Дисципліна викладається 216 годин і складається з чотирьох модулів: