Готовимся к ГИА по русскому языку 1 страница

Система команд 8-разрядного микропроцессора.......................................

Регистры микропроцессора...............................................................

Формат команд...................................................................................

Архитектура 8-разрядного процессора.......................................................

Устройство ячеек памяти. Статическая, динамическая память........

Типы памяти. ПЗУ, ОЗУ.....................................................................

Память микропроцессорных систем.............................................................

Тристабильные схемы........................................................................

Триггеры, регистры............................................................................

Логические элементы..........................................................................

Схемотехника ЭВМ.......................................................................................

Типы систем счисления.......................................................................

История развития ЭВМ. Системы счисления.............................................

Во 2 модуле 2014-15 учебного года

Итоговая оценка по дисциплине во 2 модуле выставляется в виде целого числа по 10-бальной шкале и определяется по следующей формуле:

О_Итог = О_Нак х 0,5+ О_Экз х 0,5,

где:

О_Итог – итоговая оценка;

О_Нак – накопленная оценка за 2 модуль;

О_Экз – оценка за экзамен во 2 модуле;

округление накопленной оценки осуществляется по правилам арифметики.

Накопленная оценка за 2 модуль выставляется в виде целого числа по 10-бальной шкале и определяется по следующей формуле:

О_Нак = [ О_Сем х 0,3 + О_КР х 0,2 + О_Реф х 0,25 О_Эссе х 0,25 ],

где:

О_Нак – накопленная оценка за 2 модуль;

О_Сем – оценка за семинары;

О_КР – оценка за контрольную работу;

О_Реф – оценка за реферат;

О_Эссе – оценка за эссе;

округление накопленной оценки осуществляется до целой части числа (т.н. округление «до пола» – наименьшего целого числа).

Оценка за семинары выставляется в виде целого числа по 10-бальной шкале на основе внутреннего убеждения преподавателя о качестве работы студента на семинарах во 2 модуле, а также подготовки к семинарам (включая письменные домашние задания и собеседования по результатам пропущенных занятий на консультациях).

Оценки за контрольную работу, реферат и эссе выставляется в виде целых чисел по 10-бальной шкале по методике, указанной в Программе учебной дисциплины.

При этом проверка контрольной работы осуществляется преподавателем единолично, реферата и эссе – преподавателем совместно с учебными ассистентами (в рабочей ведомости учитывается средневзвешенная оценка, на титульном листе работы проставляется только оценка преподавателя).

1.2. Арифметические операции в двоичной системе счисления..............
1.3. Представление отрицательных чисел в двоичной системе счисления

1.4. Кодирование информации …………………………………………….

3.3. Модули памяти …………………………………………………………..

3.4. Карта памяти ……………………………………………………………..

4.3. Дешифратор команд, устройство управления …………………………

4.4. Арифметико-логическое устройство, регистр признаков……………..

4.5. Временные диаграммы работы микропроцессора …………………….

4.6. Работа микропроцессорной системы……………………………………

5.1. Типы команд…………………………………………………………….

5.2. Команды пересылок ……………………………………………………

5.3. Арифметические команды …………………………………………….

5.4. Логические команды ………………………………………………….

5.5. Команды условных и безусловного перехода

Литература........................................................................................................

Введение

Современные ЭВМ используют различные микропроцессорные наборы, которые имеют общие принципы устройства и временные диаграммы работы.

В настоящее время вычислительные мощности процессоров значительно превосходят 8-разрядные процессоры, которые, тем не менее, применяются для реализации микропроцессорных приборов, регуляторов и простых и дешевых контроллеров для управления несложными объектами управления, не требующими высокого быстродействия и имеющими небольшое количество входных и выходных переменных.

В то же время рассмотрение 8-разрядных процессоров позволяет в наглядной и доступной форме рассмотреть и изучить устройство микропроцессора, проследить технологию обработки данных в микропроцессоре.

В учебном пособии основное внимание уделяется вопросам, связанным с устройством и работой микропроцессоров и микроконтроллеров, их программным обеспечением, разработкой программ на языке Ассемблер.

Данное пособие отражает содержание первого модуля дисциплины "Микропроцессорная техника":

· Модуль 1 – Устройство и работа микропроцессора

· Модуль 2 - Устройство и работа микроконтроллера

· Модуль 3 – Программирование микроконтроллеров

· Модуль 4 – Архитектура ЭВМ

· Модуль 5 - Интерфейсы ЭВМ

· Модуль 6 – Курсовая работа

Цель практических занятий – закрепление теоретических знаний и приобретение практических навыков по разработке микропроцессорных систем и их программного обеспечения для решения задач локальной автоматизации.

1. История развития ЭВМ. Системы счисления.
1.1. История развития ЭВМ.

Первые механические вычислительные устройства, счеты, появились еще в античном мире. За 1000 лет до нашей эры появились счеты в Китае и Японии, счеты имели форму бус, укрепленных на специальной раме. Бусы назывались калькулями [1].

Следующим этапом развития вычислительных устройств является создание Б.Паскалем в 1647 г. арифметической машины, которая использовала принцип колес от 0 до 9. В 1966 г. С.Морланд создал суммирующее и вычитающее устройство, а в 1673 г. был изготовлен калькулятор Морланда с умножением чисел.

Лейбниц реализовал вычислительное устройство для умножения и деления чисел.

Отцом вычислительной техники считается Ч.Бэббедж. Он в 1821 г. создал специализированные машины для вычисления разностей между числами, а в начале 30-х годов 19-го века приступил к созданию универсальной вычислительной машины, так как понимал ограниченность разностных машин.

Он первым пришел к заключению, что компьютер должен иметь 5 основных блоков:
- устройство ввода числовой информации (ими были вначале перфокарты Жакара для ткацких станков);
- память для хранения чисел и программ (перфокарта);

- арифметическое устройство;
- устройство управления для контроля над ходом выполнения программы;
- устройство вывода результатов.

В 1890 г. американский ученый Г.Холерит изобрел устройство для анализа результатов переписи населения США, которое было основано на использовании перфокарт с отверстиями, через которые замыкался контакт. На основе реализации данного изобретения в дальнейшем образовалась известная фирма IBM (International Business Machines).

К началу 40-х годов прошлого века стало возможным использовать в качестве элементов схем цифровых машин электролампы и дальнейшее развитие вычислительной техники пошло в направлении использования усилительных элементов, работающих в ключевом режиме с двумя состояниями "да" и "нет".

Развитие средств вычислительной техники развивалось одновременно в нескольких странах. В США, Великобритании, Германии.

В Германии в 1935 г. К.Цузе создает ЭВМ Z1 и патентует ее. В 1941 г. он создает ЭВМ Z3 – двоичный программируемый компьютер, в 1945 г. – первый язык программирования высокого уровня. В дальнейшем его компания влилась в компанию Сименс.

В США в 1943 г. в Гарварде была создана ЭВМ MARK-1, в Великобритании – Colossus-1 – для расшифровки сообщений немецких передатчиков.

Разработка вычислительной техники была стимулирована поставленными задачами науки и техники, которые начали требовать значительного объема расчетных операций, причем их необходимо было выполнять быстро.

Эти задачи были связаны с решением задач управления, а именно управления огнем зенитной артиллерии, расшифровкой радиограмм. В это же время начала зарождаться наука об управлении живыми и неживыми объектами – кибернетика.

Отцом кибернетики считается американский ученый Норберт Винер. Он вместе с мексиканским профессором медицины проанализировал патологии поведения человека при различным заболеваниях нервной системы и сформулировал понятие обратной связи, которое является основополагающим в теории управления.

В 1946 г. Дж.Макли и Дж.Эккерт (Пенсильванский университет) создали ЭВМ ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator) – для быстрого вычисления баллистических таблиц для орудий и ракет. Она состояла из 18000 ламп, объем памяти – 20 десятиразрядных чисел, потребление энергии – 150 кВт.

В 1945 г. Дж.фон Нейман приступил к проектированию машины EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). В проекте этой ЭВМ была реализована концепция управляющей программы, хранимой в памяти машин, а также идея, что с командами можно обращаться так же, как и с информацией, то в этом случае программа может модифицироваться сама в ходе ее исполнения.

В 1947 г. в Кембридже была создана ЭВМ EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer). Для нее была создана операционная система.

В 1958 г. появились промышленные образцы транзисторов, которые заменили лампы, что позволило значительно уменьшить габариты вычислительных машин, сократить энергопотребление, повысить их быстродействие. Это привело к созданию машин второго поколения.

В 1965 г. были выпущены интегральные схемы, которые заменили отдельные компоненты ЭВМ, что привело к дальнейшему сокращению габаритов и энергопотребления. Повысилась надежность работы машин, которые были уже машинами третьего поколения. Эти ЭВМ стали применяться для решения задач управления технологическими процессами.

В 1959 г. разработчики фирмы Datapoint (США) разработали первый микропроцессор и предложили фирме Intel реализовать его. Но характеристики этого процессора по быстродействию оказались хуже, чем ожидалось, и фирма Datapoint отказалась от продолжения дальнейших исследований. Фирма Intel тем не менее продолжила исследования, так как уже понесла затраты на разработку, и добилась необходимых результатов. Появился первый микропроцессор Intel 8008 на мировом рынке.

В СССР первые отечественные ЭВМ были созданы под руководством академиков С.А.Лебедева, Ю.А.Базилевского и И.С.Брука. Это малые машины "Наири", "Мир" а также уникальная по быстродействию машина – БЭСМ-6.

1.2.Системы счисления

Развитие вычислительной техники привело к расширению использования различных систем счисления. Обычно используется десятичная система счисления. Однако ее применение для реализации вычислительных процессов с помощью электронных устройств сопряжено с трудностью распознавания десяти различных уровней сигналов, которые бы соответствовали бы различных цифрам. Поэтому в вычислительной технике для реализации вычислений и представления чисел и кодов команд используют двоичную систему счисления, которая имеет две цифры 0 и 1 и для реализации которых в технических устройствах необходимо два уровня сигналов: высоки и низкий, есть сигнал или нет сигнала.

Система счисления определяет правило представления числа из комбинации цифр данной системы счисления. В десятичной системе счисления, которой мы пользуемся повседневно, имеется десять цифр, комбинация которых определяет число. При представлении числа из цифр имеет значение, на каком месте стоит цифра. Место определяет вес данной цифры. Одна и та же цифра может определять количество единиц, десятков, сотен и т.д., все зависит от ее месторасположения в числе.

Такие системы счисления называются позиционными системами счисления по основанию [2]. В этих системах используется конечный набор символов, каждый символ называется цифрой и обозначает некоторое количество. Число различных цифр в наборе называется основанием системы счисления. Чтобы получить какое-либо число, необходимо цифры записать рядом. Относительной позиции цифры в числе ставится в соответствие весовой множитель (коэффициент).

В десятичной системе счисления 10 цифр: 0, 1, … 9. Представление числа в десятичной системе счисления можно представить следующим образом в виде полинома. Например, число 678 будет иметь вид:

Здесь цифра 6 входит с весом 100, цифра 7 – с весом 10, цифра 8 – с весом 1.

В общем виде данное выражение можно представить следующим образом:

, (1.1)

где - цифры числа;
- весовые коэффициенты.

В таблице 1.1 приведены наиболее употребительные системы счисления и их характеристики.

Таблица 1.1, Системы счисления

Основание	Система счисления	Обозна-чение	Цифровые символы
	Двоичная	b	0,1
	Троичная		0,1,2
	Четверичная		0,1,2,3
	Пятеричная		0,1,2,3,4
	Восьмеричная	o	0,1,2,3,4,5,6,7
	Десятичная	d	0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
	Двенадцатеричная		0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B
	Шестнадцатеричная	h	0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F

Наибольшее применение в вычислительной технике, наряду с десятичной системой счисления, получили двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления. Для различия систем счисления применяют следующие обозначения:

100₍₁₀₎, 100_(d) – число представлено в десятичной системе счисления;
100₍₂₎, 100_(b) - число представлено в двоичной системе счисления;
100₍₈₎, 100_(o) - число представлено в восьмеричной системе счисления;

100₍₁₆₎, 100_(h) - число представлено в шестнадцатеричной системе счисления.

1.3.Двоичная система счисления

Двоичная система счисления использует только две цифры 0 и 1, что позволяет использовать эту систему счисления техническими устройствами для выполнения арифметических операций [3]. Данные технические устройства имеют два устойчивых состояния: включено-выключено, низкий-высокий уровень.

В двоичной системе счисления каждой позиции соответствует определенный вес, который определяется как степень числа 2, так как основание двоичной системы счисления равно 2. Из-за того, что данная система счисления имеет две цифры, разрядность двоичных чисел значительно больше разрядности десятичных чисел.

Представление двоичных чисел и их перевод в десятичное число осуществляется по выражению (1.1)

101101₂ = 1*2⁵ + 0*2⁴ + 1*2³ + 1*2² + 0*2¹ + 1*2⁰ =
= 1*32 + 0*16 + 1*8 + 1*4 + 0*2 +1*1 = 45₁₀

При записи двоичного числа каждая позиция занята двоичной цифрой, которая называется битом. Слово бит искусственное, оно произошло как сокращение от двух слов: binary digit (двоичная единица) - bit.

При рассмотрении двоичных чисел пользуются понятиями наименьший значащий бит (самый младший двоичный разряд) и наибольший значащий бит (самый старший двоичный разряд). Обычно двоичное число записывается так, что наибольший значащий бит является крайним слева.

Перевод из десятичной системы в двоичную систему счисления осуществляется следующим образом. Преобразование осуществляется многократным делением десятичного числа на 2. Например, перевод десятичного числа 35 в двоичное число

35:2=17 остаток 1 = a₀
17:2=8 остаток 1 = a₁
8:2 =4 остаток 0 = a₂

4:2 =2 остаток 0 = a₃

2:2 =1 остаток 0 = a₄
1 = a₅

Таким образом, двоичное число будет иметь вид a₅a₄a₃a₂a₁a₀

100011₂ = 1*2⁵ + 0*2⁴ + 0*2³ + 0*2² + 1*2¹ + 1*2⁰ =
1*32 + 0*16 + 0*8 + 0*4 + 1*2 +1*1 = 35₁₀

1.4.Шестнадцатеричная система счисления

В шестнадцатеричной системе счисления используются 16 цифр: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F. Шестнадцатеричная система счисления используется как средство сокращенной записи 4-х разрядного двоичного числа. В таблице 1.2 приведены шестнадцатеричные числа и их двоичные и десятичные эквиваленты.

Таблица 1.2

Шестнадца- теричное число	Двоичное число	Десятичное число	Шестнадца- теричное число	Двоичное число	Десятичное число
A			1A
B			1B
C			1C
D			1D
E			1E
F			1F

Преобразование двоичного числа в шестнадцатеричное число заключается в том, что биты, начиная с младшего значащего бита, объединяются в группы по четыре. Каждой группе подбирается соответствующий шестнадцатеричный символ. Например, чтобы представить двоичное число 101010111111101₂ в виде шестнадцатеричного числа необходимо слева добавить два незначащих нуля с целью формирования битов в группы по четыре: 0010 1010 1111 1101. Заменив каждую группу битов соответствующим шестнадцатеричным символом, получим число 2AFD₁₆.

Данная форма записи намного проще и воспринимается легче, чем двоичная.

Нужно помнить, что шестнадцатеричные числа – это способ представления двоичных чисел, которыми оперирует микропроцессор.

Представление шестнадцатеричного числа в виде двоичного также осуществляется по выражению (1.1).

2AFD₁₆ = 2*16³ + A*16² + F*16¹ + D*16⁰ =
2*4096 + 10*256 + 15*16 + 13*1 =

8192 + 2560 + 240 + 13 = 11005₁₀

10101011111101₂ = 1*2¹³ + 0*2¹² + 1*2¹¹ +0*2¹⁰ + 1*2⁹ +0*2⁸ +
+ 1*2⁷ + 1*2⁶ + 1*2⁵ + 1*2⁴ + 1*2³ + 1*2² +0*2¹ +1*2⁰ =
= 8192 + 0 + 2048 + 0 + 512 + 0 + 128 + 64 + 32 + 16 +
+ 8 + 4 + 0 + 1 = 11005₁₀

1.5. Двоичная арифметика

Четыре основные арифметические операции, а именно сложение, вычитание, умножение, деление можно выполнять в позиционной системе счисления с любым основанием.

Сложение двух двоичных чисел

a	b	a+b
1+1+1

Правила сложения двоичных и десятичных чисел аналогичны, но в результате более быстрого заполнения разрядов в двоичной системе счисления быстрее происходит и перенос в старший разряд при сложении двоичных чисел.

Прибавление единицы к старшему разряду в результате переполнения соседнего, младшего разряда называют переносом.

Сложение двоичных чисел выполняется по тем же правилам, что и сложение десятичных чисел. Например, сложение двоичных чисел 1101010 и 1101100 происходит следующим образом. В первом младшем разряде слагаемыми являются 0 и 0, результат получается 0. Во втором разряде к 1 прибавляется 0, результат получается 1. В третьем разряде к 0 прибавляется 1, результат получается 1. В четвертом разряде результатом сложения 1 с 1 является 10. Единицу переноса записываем над пятым разрядом, в котором суммирование 1,0 и 0 дает в результате 1. В шестом разряде снова суммируются 1 и 1, результат получается 10. Аналогичным образом единицу переноса записываем над седьмым разрядом, в котором теперь необходимо сложить три единицы. Результат есть 11. Единицу переноса располагаем над восьмым разрядом, который пуст для обоих слагаемых, поэтому в результате сложения в восьмом разряде появится 1. Порядок сложения приведен на рис.1.1.

Разряд
ЧислоА
Число В
Сумма

Разряд
Перенос				1
ЧислоА
Число В
Сумма					(1)0

Разряд
Перенос	1	1
ЧислоА
Число В
Сумма		(1)1	(1)0

Рис.1.1. Схема сложения двух чисел.

Вычитание двоичных чисел

Вычитание десятичных чисел является более привычным и на их примере можно понять механизм вычитания двоичных чисел. Например, вычтем 17283 (вычитаемое) из числа 909009 (уменьшаемого). Вычитание начинают с самого правого разряда. Вычитая 3 из 9, получаем 6.

Разряд
Число А
Число В
Разность

Разряд
Число А					(10)
Число В
Разность

Разряд
Число А		(10)
Число В
Разность

Рис.1.2. Схема вычитания двух десятичных чисел

В следующем разряде необходимо вычесть 8 из 0, что непосредственно сделать невозможно, так как 8 > 0. Чтобы осуществить дальнейшие вычисления необходимо обратиться к разрядам, расположенным слева, для нахождения числа, не равного 0. В данном случае таким числом будет 9. Занимаем 1 из 9, в результате чего в четвертом разряде вместо 9 появляется 8, в третьем разряде вместо 0 появляется 9, во втором разряде – 10.

Теперь во втором разряде из 10 можно отнять 8, получив 2. В третьем разряде нужно вычесть 2 из 9, получим 7. В четвертом разряде вычитаем 7 из 8, получаем 1. В пятом разряде нужно вычесть 1 из 0. Для этого необходимо опять занять 1, двигаясь влево до тех пор, пока не дойдем до первого ненулевого разряда. В нем 9 заменяем на 8, а вместо 0 в пятом разряде получаем 10. Теперь вычисления можно продолжить.

Для двоичных чисел процесс вычисления приведен на рис.1.3.

Дата добавления: 2014-12-27