книги / Проектирование дискретных устройств автоматики
..pdfвеса указаны в скобках). Подсчитаем номера конст-итуентов и укажем их в соответствующих тактах таблицы включений. Теперь легко выписать в цифро вом виде булевы функции, описывающие сигнал на выходе z и сигнал вклю чения ЭП (реле) Y : Fz= b (2,6); F у= 3, 7, 5 (2, 6). В скобках указаны номера 2 и 6 (в таблице включений не встречаются, поэтому их можно отнести к ус ловным).
Осуществим минимизацию этих функций, для чего можно использовать лю
бой из известных методов (см. гл. |
5 настоящего пособия, а также [1, |
7, |
17„ |
||||
19]). Воспользуемся, например, методом |
карт Карно. Карта |
Карно для |
Fz |
||||
представлена |
на рис. 6.15,a, a для F y — на рис. 6.15,6. Исходя |
из |
карт |
Карно |
|||
получаем, что |
Fz= x xx 2y; F Y = х 2\ / х х(х2/ \ ) у . |
По этим функциям |
настроим |
ячей |
|||
ки МОС и подключим реле к МОС |
(рис. |
6.16). В функции F у целесообразно |
|||||
не исключать |
условную переменную |
х2, так как конъюнкция |
х хх 2у |
имеется |
и |
||
в функции FZt следовательно, на две одинаковые конъюнкции потребуется толь ко одна вертикальная шина iWOC.
Пример 6.7. Задана та же таблица включений, что и в примере 6.6. Тре буется синтезировать автомат с использованием в блоке памяти /^-триг гера.
Решени е. При использовании /?5-триггера необходимо иметь цепь включе- «ия триггера У—F Y sи цепь выключения триггера Y— F Y R - Поэтому вместо таб
лицы включений, изображенной на рис. 6.14, составим таблицу включений, пред
ставленную на рис. 6.17. Получим следующие функции |
включения: F ,= 5 (2,6); |
||
F Y 5= 3 (2, 6, 7, 5); ^уд=4 (2, 6, 0, 1). |
После их минимизации |
F z —XyXoy; |
|
FYS=X2; FY^ ~ XI. |
|
|
|
Настройка MOC с БП приведена на рис. 6.18. |
|
|
|
При реализации в МОС дискретного устройства в виде авто |
|||
мата с распределенной задержкой |
вместо ЭП* |
(триггера) |
вводит |
ся дополнительная вертикальная шина, к которой через ячейку, настроенную на 0 2, подключается шина У*.
Пример 6.8. Автомат, условия работы которого сформулированы в приме ре 6.6, необходимо реализовать только на МОС в виде автомата с распреде ленной задержкой.
Решение. Используем кратчайшие ДНФ, полученные в примере |
6.6: |
F z = |
||||||
=*i*2*/; F Y = *2V *i*2*/- |
По «им настроим ячейки МОС, введя дополнительную |
|||||||
вертикальную шину D. На рис. 6.19 кружочками обведены ячейки 1 |
и 2. При |
|||||||
этом ячейка У, |
настроенная |
на реализацию операции 0 2, передает |
инвертиро |
|||||
ванный |
сигнал |
с шины |
У на |
шину D, |
а ячейка |
2 — инвертированный |
сигнал |
|
с шины |
D на |
шину у. |
Таким образом, |
эти две |
ячейки, обеспечивая |
задержку |
||
в передаче сигнала с шины У на шину */, реализуют ЭП и образуют цепь об ратной связи с выхода У на вход у с задержкой 2т в логическом преобразо вателе автомата с распределенной задержкой.
Пример 6.9. Автомат задан таблицей перехода, полученной в примере 4.6
(см. табл. 4.11). Требуется |
синтезировать автомат в базисе МОС с выделен- |
2 |
7 |
0000 |
1000 |
1100 |
0100 |
|
|
р—— —О |
|
© |
1\ ® |
} |
i |
0110 |
|||
10 0 1 0 |
s1 0 1 0 |
т о |
1 |
® |
'© |
1 |
1 |
|
1011 |
(1111 |
J от |
® |
© |
|
I |
|
® |
||
W L |
J |
т — |
i 0101 |
®®
ним БП, в котором используются малогабарит ные электромагнитные реле.
Сначала необходимо закодиро вать внутренние состояния таким образом, чтобы избежать критических состязаний ЭП. Наиболее простой способ устранения состяза ний ЭП состоит в выборе так называемого со седнего кодирования, при котором любой пе реход автомата из одного внутреннего состоя ния в другое сопровождается изменением толь ко одного ЭП. Число s переменных у и - , У» в нашем случае не должно быть выше четырех (2*>12), поэтому для осуществления соседне
го кодирования удобно воспользоваться методом «натягивания» графа переходов
на развертку четырехмерного куба. |
переходов (рис. 6.20), |
который |
«натягиваем> |
||||||||||||||||||
на |
По |
табл. |
|
4.11 |
получаем |
граф |
|||||||||||||||
развертку |
|
четырехмерного куба |
(рис. |
6.21). На рис. |
6.21 |
в |
кружочках |
ука |
|||||||||||||
заны .номера |
|
внутренних состояний |
автомата. После этого по табл. 4.11 к |
||||||||||||||||||
рис. 6.21 |
строим |
кодированную таблицу переходов (табл. 6.4). |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
У1У2УъУ4 |
|
|
00 |
|
10 |
|
|
11 |
01 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
0000 |
|
|
(0000) |
1000 |
|
(0000) |
(0000) |
|
00000 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
1000 |
|
|
1010 |
(1000) |
|
— |
(1000) |
|
10000 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
1010 |
|
|
(1010) |
1011 |
|
|
(1010) |
0010 |
|
10000 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
1011 |
|
|
1001 |
(1011) |
|
— |
(1011) |
|
01000 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
1001 |
|
|
(1001) |
0001 |
|
|
(1001) |
1000 |
|
01000 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
0001 |
|
|
ООП |
(0001) |
|
— |
(0001) |
|
ооюо |
|
|
||||||
|
|
|
|
ООП |
|
|
(ООП) |
0111 |
|
|
(ООП) |
1011 |
|
00100 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
0111 |
|
|
0101 |
(0111) |
|
— |
(0111) |
|
00010 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
0101 |
|
|
(0101) |
0100 |
|
|
0101 |
0001 |
|
00010 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
0100 |
|
|
оно |
(0100) |
|
— |
— |
|
00001 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
оно |
|
|
(ОНО) |
0010 |
|
|
(ОНО) |
0111 |
|
00001 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
0010 |
|
|
0000 |
(0010) |
|
— |
(0010) |
|
00000 |
|
|
|
|||||
как |
По кодированной таблице можно составить булевы функции, описывающие |
||||||||||||||||||||
выходные |
сигналы |
( z u |
...» z6), |
так |
и сигналы включения |
ЭП |
( у lf |
..., |
г/4)- |
||||||||||||
Приписав |
|
переменным веса: Х\ — вес |
1, х 2 — вес 2, у х — вес |
4, |
у 2 — вес |
8, |
у г — |
||||||||||||||
вес |
16 и |
|
t/4 — вес |
32, — запишем булевы функции в цифровом |
виде: |
|
|
||||||||||||||
Ft |
=4, |
5, |
6, |
20, |
21, |
22, |
23 |
(7); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Fг г =36, 37, 38, 39, 52, 53, 54 (55);
Ft * =32, 33, 35, 48, 49, 50, 51 (34);
Fz ‘=40, 41, 42, 43, 56, 57, 59 (58); F ,4 = 8, 9, 24, 25, 26,. 27 (10, 11);
> / = 1. 4, 5, 6, 20, 21, 23, 36, 38, 39, 50, 52, 53, 54 (7, 55, 35, 59, 11, 10, 19); F / = 8, 9, 24, 26, 27, 40, 41, 43, 49, 56, 57, 58 (7, 10, И, 19, 35, 55, 59);
Fy * = 4, |
8, 17, 18, 20, |
21, |
22, |
23, |
24, |
25, |
26, |
27, |
32, 48, 49, 50, 51, 53, |
54, |
57, |
58 |
|||||||||||
|
(7, |
10, |
11, |
19, |
35, |
55, |
59); |
39, |
40, |
42, |
43, |
48, |
49, |
50, |
51, |
52, |
53, |
54, |
56, |
||||
Fy |
=21, |
26, |
32, |
33, |
34, |
36, |
37, |
||||||||||||||||
|
57, |
58 |
(7, |
10, |
11, |
19, |
35, |
55, |
59). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Ко всем функциям можно добавить неиспользуемые наборы, которые соот |
||||||||||||||||||||||
ветствуют неиспользуемым наборам значений переменных у и ..., */*, |
т. е. в |
ка |
|||||||||||||||||||||
честве условных |
можно |
взять |
наборы 12, 13, 14, 15, |
28, |
29, |
30, |
31, |
44, |
45, |
46, |
|||||||||||||
47, 60, 61, 62, 63. В связи с тем, что данные функции зависят от шести пере менны*, карты Карно применять неудобно. Поэтому необходимо использовать
другой |
метод, например метод Витсона [16]. После минимизации получим сле |
дующие ДНФ, представленные в виде общего решения [1, 16]: |
|
FZx ^ |
^ 1У4 ^» 2 |
Pu = У1 У2 У4;
F zt = ^ 1 ^ 2 У4 ;
FZt |
= |
Ух Уг У4 ! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F г* = |
УхУгУх ! |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
-fy, |
|
|
|
V ^1 г/l - у - у я V * . * i £ y , V |
*х - y ^ ÿ i - y - - у - |
^4 V |
|||||
V |
- у - *2 Ух |
|
Fs - у - V |
*1 *гУг Уз у4; |
|
|
|
|
|||
f y , |
= |
*» |
УгУз V |
^ |
У2У3 V - у |
-«г^ j- У |
г |
У 4 V *хУхУгУ4 |
\J |
||
V «i *âÿî у - У |
у4 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|||
■ Fp, = |
*х *г Ух Уг у - |
У4 |
V *х у - |
Уг У4 |
V Уг у - |
Уз У4 V<7i Уз V |
|
||||
V * i * . |
Ух Уз у4 |
V ÿ i УгУзУ4 ; |
|
|
|
|
|
||||
•Fl/, = |
*»*1 - у - Уг Уз V |
*г у - |
Уг Уз V ^2 Уг Уз V *х Ух У4 V *х *г У4. |
||||||||
Схема автомата представлена на рис. 6.22. |
|
|
|
||||||||
|
Пример |
6.10. По условиям примера 6.9 построить схему автомата на МОС |
|||||||||
без использования выделенного БП (модель автомата с распределенной задерж кой).
Решение. Булевы функции в этом случае будут такими же, как и в при мере 6.9. Отличие в решении будет состоять только в том, что в МОС должны быть введены четыре вертикальные шины для реализации памяти автомата (рис. 6.23).
у * |
|
|
■ с ■ с |
- с |
|
|
|
4 |
4 |
|
|
X ? - |
|
|
|
|
|
у ? |
4 4 4 4 4 |
|
4 4 |
4 |
|
у/ |
и |
4 4 4 4 |
L |
4 |
|
к |
|
4 4 4 4 |
4 |
4 4 |
4 |
|
■ L |
4 |
|
||
|
4 - |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
4
4_
4 .
4 . 4 . 4 . 4
;
|
■ с |
г |
|
х ■С ■ с ■С |
|
"С |
X - с |
X X |
||
L |
4 L |
|
L |
|
х ■ с |
|
4 4 L 4 4 |
|||
|
4 4 |
|
4 |
4 4 4 |
4 4 4 4 |
|
4 |
|||
|
|
U 4 ■Сг |
4 4 |
т : 4 4 4 4 |
||||||
4 4 4 |
4 |
|
|
4 |
|
и к |
4 |
4 4 |
||
|
4 |
|
4 |
1 |
4 X X х |
4 4 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fi. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ч : |
4 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
, 4 |
4 |
4 |
L4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 . х |
,4 4 |
4 |
4 |
|
4 ,4 |
|
|
|
|
|
ft |
|
|
4 |
, 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n j _ |
нЛУг |
|
-------------- |
||
|
|
|
|
|
У/ |
J ^ 4 1 w |
р г к --------1 |
|||
|
|
|
|
|
|
ft |
|
N■ |
H J^-------- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ft |
|
^ |
Рис. 6.22
124
|
|
L L |
U L L U 4 t L |
L 4 L X 4 |
|
||
1* L L L |
L L |
V 1 L 4 L L |
L x X X X |
|
|||
4 |
U 4 |
U L |
4 L L L |
X k. |
•L |
||
L L L 1 L L L |
L L 4 L 4 L 4 |
L LX X X |
|||||
L |
|
L L 1*. L 4 L 4 |
4 |
4 4 4 4 L |
4. |
||
L L |
L 4 |
L l 4 4 L 4 4 4 |
4 U 4 |
|
|||
L\ |
|
|
|
|
|
|
|
4_ |
4, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ij |
|
|
|
|
|
|
|
4н |
X 4 L 4_ L .4. |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
4 J |
|||
|
|
|
X X 4. 4. L 4H4_ 4. 4, 4 4_ |
4, L X 4HL |
|||
1 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 6.23
6.5. Реализация микропрограммного автомата на МОС
Микропрограммный автомат, как и любой другой, может быть построен в матричной однородной среде. Однако учет особеннос тей алгоритма его функционирования и структуры [2, 3] позво ляет упростить процесс построения MA и разработать каноничес кий метод синтеза его структуры по логической схеме ал горитма.
Представим структуру MA в виде k функциональных схем ФС1,
..., ФСг-, .... ФСл, каждая из которых реализует одну микрокоман ду, где k — число микрокоманд. Отведем каждой функциональной •схеме lj вертикальных шин в МОС, <где I, — число ветвей в /-й микрокоманде.
Каждой логической переменной ра , а=1, 2, ..., п, где п — чис ло логических условий в ЛСА, отведем свою горизонтальную ши
ну а; каждой выходной переменной |
(zA) 3 |
, Р=1, 2, ..., F, где F — |
||
число операторов |
в ЛСА, — свою |
горизонтальную |
шину (га + |5), |
|
каждой внутренней |
переменной уу, у=1, |
2, ..., 5, |
S = ]log2&[ — |
|
две горизонтальные шины: (я+F-l-y) и {n+F-f-S+y). На одной
из них, а |
именно на (n + F-f-y) записано значение |
внутренней |
пе |
||||
ременной |
y v |
в t-такте; на |
другой — значение уч |
в (Ï |
+ 1 ) - M |
так |
|
те. Тогда |
для |
реализации |
MA используется |
участок |
среды |
раз- |
|
|
|
|
k |
lj. |
|
|
|
мерностью (lk+k) (n + F + 2 S + 1), где /= Б |
|
|
|
||||
|
|
|
/= 1 |
|
|
|
|
Так как каждая микрокоманда в схеме Уилкса реализуется за |
|||||||
два такта |
(см. гл. 5), то используемый участок МОС |
можно |
ус |
||||
ловно разбить на два. Один из них предусматривается для реа лизации ФС,-, /= 1, 2, ..., k, другой — для передачи значения кода микрокоманды, выполняющейся в (Н-1)-м такте, от горизонталь ных шин (S + n + F + y ) к шинам (n + F-t-y), где у=1, 2, S.
Пример 6.11. Пусть алгоритм функционирования микропрограммного авто мата задай в виде J1GA
А 0 Pi î 1 р г î 2i41,ps-t2 i 1 P* î2 A i t 2 A» A H ■
При этом получены следующие микрокоманды:
^\М г\
|
|
+ |
Рг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
|
|
( |
J w |
j |
) |
|
|
|
A Q |
/ |
\[МЪ] |
У |
|
|
||||
|
Pi |
|
М я = |
j >4 |
|
'f |
|
|||
|
|
\ |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
I |
|
|
J |
|
|
|
|
-ГМз! |
|
|
- [ уИ5] |
|
||||
м 2 = |
А\ |
^[М*\ ) |
|
Л 4= М ,-*[Л 1,]> ; |
|
|
||||
Рз |
I |
|
= |
{-4з — [Л10]}; |
|
|||||
|
|
\лм6] J |
|
л*6 = М*}. |
|
|
|
|||
Закодируем |
микрокоманды |
(табл. 6.5)‘/ |
ЧислЬ |
кодирующих |
пёременных |
(т. е. |
||||
ЭП), |
которое потребуется для этого, 5 = ]log26[=3. |
|
|
(10+6) = 16 |
верти |
|||||
Для реализации функциональных связей потребуется |
||||||||||
кальных и |
(9+3+3) = 15 горизонтальных шин. На |
вертикальных шинах |
реали |
|||||||
зуется |
последовательно: OCj |
(первая—третья шины), ФС2 |
(четвертая, пятая ши |
|||||||
ны), ФС3 (шестая, |
седьмая |
шины), ФС4 |
(восьмая шина), |
ФС5 (девятая |
шина) |
|||||
и ФСб |
(десятая шина). Вертикальные шины с 11-й |
по 16-ю |
входят в часть II |
|||||||
и служат для перезаписи кода следующей микрокоманды. На горизонтальные
шины последовательно |
подаются переменные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Pi, |
Pt, Рз, Pi, |
А о, |
А и |
А г , А 3, у и |
у2, У3, у \ , у[ , у\,У- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Разберем подробно реализацию первой ветви первой микрокоманды, в ре |
||||||||||||||||||||
зультате которой |
автомат переходит к |
выполнению |
|
микрокоманды |
М 2. |
Исходя |
|||||||||||||||
из заданной ЛСА запишем ветвь L\: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
L l = А 0 P i p 2 ~ * [М 2Ь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
то |
Так как логические переменные р\ |
и |
р2 |
входят |
|
в |
ветвь L\ |
|
без |
инверсии, |
|||||||||||
соответственно |
ячейки |
©и и |
co2,i настроены на передачу инверсного |
сигна |
|||||||||||||||||
ла с горизонтальной шины на вертикальную. Ячейки |
|
со3| j |
и |
со4, i |
настроены на |
||||||||||||||||
развязку, так |
как |
переменные р3 и рк не входят в |
L\. |
Ячейка |
cog. i |
настроена |
|||||||||||||||
на |
инверсную |
передачу |
с вертикальной |
шины на |
горизонтальную, |
|
поскольку |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Ао |
входит |
в |
L i, |
а |
ячейки |
©в. i, |
—, ©в, i |
|||||||
|
|
|
Т а б л и ц а |
6.5 |
настроены |
на |
|
развязку, поскольку A it |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
...» Аз |
не входят в Li. Ячейки ©в, i, ©ю, i, |
|||||||||||||
Микрокоманда |
|
У 1 |
|
|
|
сои, i |
настроены |
на |
передачу |
пря |
|||||||||||
|
|
Уг |
Уг |
мого сигнала с горизонтальной шины на |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
вертикальную, |
так |
как |
у и |
Уь |
Уь |
ко |
||||||||
|
М х |
|
0 |
|
0 |
0 |
торыми закодирована |
микрокоманда М% |
|||||||||||||
|
|
|
с |
входящей |
|
в |
нее |
L it |
равны |
0 |
(см. |
||||||||||
|
М 2 |
|
0 |
|
0 |
1 |
|
||||||||||||||
|
|
|
табл. 6.1). После Li по |
условиям |
алго |
||||||||||||||||
|
м 3 |
|
0 |
|
1 |
0 |
|||||||||||||||
|
|
|
ритма |
функционирования |
должна |
вы |
|||||||||||||||
|
м 4 |
|
0 |
|
1 |
1 |
|||||||||||||||
|
|
|
полняться |
микрокоманда |
М 2, |
следова |
|||||||||||||||
|
М ъ |
|
1 |
|
0 |
0 |
|||||||||||||||
|
|
|
тельно, из |
ячеек |
(0 i2, i, ©ia, i, |
o)u, i толь |
|||||||||||||||
|
Ms |
|
1 |
|
0 |
1 |
|||||||||||||||
|
|
|
ко |
последняя |
настроена |
|
на |
инверсную |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
передачу с вертикальной шины на горизонтальную, так как микрокоманда М% закодирована следующим образом: r/i = 0, г/2 = 0,
Полная схема реализации микропрограммного автомата в МОС приведена
на рис. 6.24. На вход q |
поступает |
сигнал от |
тактового генератора ТГ (см. |
|||
гл. 5). |
|
|
|
|
|
|
|
Г- Ф1М1 s |
|
|
Z |
3 4 5 6 |
|
Рг |
c |
ХХГ |
|
|
|
|
Рг- |
c |
x - |
x - |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Р г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vv |
|
|
X ' z ~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ZA0(M) ' |
X X X ' |
|
x: |
|
|
|
z*r |
|
T |
t ' |
|
|
|
zAz ■ |
|
|
|
|
||
|
|
|
X : |
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x: |
|
X X |
|
VI ■c c c xxi X ‘X"X X X ' |
|
|||||
Уг ' |
c |
X‘c c |
c |
|
xr |
|
|
x X ‘ e r r |
|
X" |
|||
Уz ' |
X'X ' xx; c X ‘X" |
x r |
X" X |
|||
Y f |
|
X' |
X" f î t : |
f t |
XI X |
|
Y f |
x. |
X X " X " |
|
x x XI X |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
X |
X |
X |
X X' |
|
P |
c XX' X~X X X xrxîxrxîxrx X X X |
|||||
|
|
|
|
|
|
Рис. 6.24 |
Более подробно метод синтеза микропрограммного автомата в базисе МОС изложен в [22].
Контрольные вопросы
1. В чем состоит особенность проектирования дискретных устройств в базисе
БИС?
2. Что такое ПЛМ и каким образом можно реализовать дискретное устройство
вбазисе ПЛМ?
3.В чем состоит принципиальное отличие МОС от ПЛМ?
Г л а в а 7.
СИНТЕЗ УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ
СИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
7.1.Принципы построения микропроцессоров
и микропроцессорных систем
Микропроцессоры и микропроцессорные системы являются наи более массовыми средствами вычислительной техники. Вместе с тем микропроцессоры из-за дешевизны и малых габаритных раз меров их стали широко использовать в различного рода системах управления, в том числе в управляющих устройствах узлов ком мутации.
Общепринятого строгого определения понятия «микропроцес сор» пока нет, что объясняется быстрым развитием интегральной технологии и схемотехники. Обычно под микропроцессором (МП) понимают функционально законченное устройство, которое выпол няет функции программной обработки информации, аналогичные функц'иям процессора обычной ЭВМ, и реализуется на одной БИС или в виде модуля, содержащего несколько БИС [21, 23, 24].
На основе набора БИС, включающего БИС МП и ограничен ное число других типов БИС, строятся более полные системы про граммной обработки информации — микропроцессорные системы (МПС) и микро-ЭВМ.
Микропроцессорной системой часто называют любую вычисли тельную или управляющую систему, в которой в качестве процес сорного блока используется микропроцессор [21]. В общем случае МПС может содержать несколько микропроцессоров.
В дальнейшем под микропроцессорной системой будем пони мать систему, содержащую один микропроцессор. Системы, име ющие несколько МП, будем называть многомикропроцессорными (ММПС). В настоящее время нет четкого разграничения между понятиями МПС и микро-ЭВМ. Однако под микро-ЭВМ обычно понимают конструктивно завершенную МПС, оформленную в ви де автономного вычислительного устройства с собственным источ ником питания, интерфейсом ввода — вывода и комплексом про граммного обеспечения [21, 23, 24].
В состав МПС, как правило, входят следующие основные функциональные блоки: микропроцессор МП, постоянное или полупостоянное запоминающее устройство (ПЗУ или ППЗУ), опера тивное ЗУ (ОЗУ), генератор тактовых сигналов (ТГ), блок при оритетного прерывания (БПП), схемы внешнего интерфейса, обес печивающие сопряжение МГ1С с периферийными устройствами (ин терфейс ввода — вывода ИВВ) и схемы внутреннего интерфейса (ВИ), обеспечивающие передачу данных, адресов и команд меж ду функциональными блоками МПС.
При построении МПС обычно применяется 'магистральный прин цип соединения их функциональных блоков. Согласно этому прпн-
ципу блоки, реализованные в виде функционально законченных модулей, соединяются между собой одной или несколькими шина ми (рис. 7.1). В последнем случае это, как правило, шины: дан ных (ШД), адресов (ША) и управляющих сигналов (ШУ).
Рис. 7.1
В состав МП кроме основного блока, выполняющего функции соб ственно процессора и называемого центральным процессором (ЦП), часто входят устройства синхронизации и управления систе мой, а также некоторые вспомогательные схемы. Как ЦП, так и каждое из устройств, входящих в состав МП, выполняются в виде отдельных БИС или одной БИС, образуя в последнем случае БИС микропроцессора.
Центральный процессор (рис. 7.2) содержит следующие основ ные функциональные блоки: арифметическо-логическое устройст во (АЛУ), устройство управления (УУ), схему распределения так товых сигналов (устройство синхронизации УС), блок внутренних регистров, который состоит из специальных регистров и регистров общего назначения (РОН). К специальным регистрам относятся: регистр команды (РК), аккумулятор (А), счетчик команд (про граммный счетчик ПС), индексные регистры (ИР), регистр состо яния (регистр признаков результата РП), регистровое стэковое ЗУ (стэк) или указатель стэка (УкСт), буферные регистры дан ных и адресов (БРД и БРА).
Построение структуры центрального процессора также осно вано на .магистральном принципе соединения его функциональных блоков. Этот принцип, являющийся характерной особенностью ар хитектуры как ЦП, так и МПС в целом, реализуется в ЦП путем использования общей внутренней шины данных (см. рис. 7.2),раз рядность которой, как правило, совпадает с разрядностью слов, обрабатываемых в АЛУ.
Функциональные блоки микронроцеееорной системы могут быть сгруппированы и реализованы с помощью БИС различными спо собами, что влияет на основные свойства этой системы. Набор со вместимых БИС, требуемых для построения МПС и разрабатывае мых специально для этой цели, составляет комплект или семейство микропроцессорных БИС (микропроцессорный комплект).
Рис. 7.2
Первый микропроцессор появился в 1971 г. (Gntel4040). В нас тоящее время известно уже около 100 различных типов МП, точнее микропроцессорных комплексов (наборов) МПК (МПН) БИС [21], так как фирмы-изготовители выпускают обычно наборы из нескольких БИС: МП, ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ, ИВВ (порты [24]) и др. Такое многообразие МП определяется различным сочетани ем их характеристик.
Общими для всех типов МП являются следующие их основные характеристики и свойства [24]:
малая разрядность слова: 2, 4, 8, 12 или 16 бит;
ограниченная мощность набора |
команд (обычно требуются |
две —пять команд для выполнения |
операции, эквивалентной од |
ной команде мини-ЭВМ); |
|
аппаратно подкрепленная организация связи подпрограмм (с помощью стека);
программно-управляемый ввод —- вывод;
низкая стоимость микре-ЭВМ (вбяган® 1—5% •вдимем'и миниЭВМ).