ситник

№1 История развития микропроцессорной техники. Тенденции развития.

Первый микропроцессор I 4004 создан в декабре 1971 г. специалистами Intell. Он мог работать надчетырех разрядными двоичными словами; производительность 60000 операций в минуту; в кристалле содержаться 2300 транзистора. F=108 кГц В виде одной микросхемы он обеспечивает:- высокую надежность;- низкую стоимость;- высокие эксплуатационные показатели (низкое энергопотребление);

-гибкость (изменение функциональных возможностей).

1974 г. I 8080 – восьми разрядный; 64 кбайт; 2,5 МГц. Память до 64кбайт 6000 транз

(КР580ВМ80 русский аналог).

1978 г. I 8086 – шестнадцати разрядный; 1 Мбайт; 5-10 МГц. 29000 транз

(КР18/10ВМ86 русский аналог).

1993 PentiumI.

1995 Pentiumpro (второе поколение).

1998 Pentium II.

Celeron.

Pentium IV - 30000000 транзисторов; 2,5ГГц.

Тенденции:

- Увеличение разрядности;

- Увеличение быстродействия;

- Расширение функциональных возможностей.

№2 Микропроцессоры и цифровые устройства с жесткой логикой.

Применение "жесткой" логики оправдано в двух основных случаях: I) при необходимости получения предельно высокого быстродействия; 2) при построении относительно несложных устройств на интегральных схемах малой и средней степени интеграции. Устройства с жесткой структурой обычно содержат большое число интегральных схем (ИС) малой и средней степени интеграции. Эти схемы устанавливаются на платах, а их выводы соединяются в соответствии с реализуемыми функциями. Характерная особенность традиционной цифровой системы состоит в том, что алгоритмы обработки и хранения информации в ней жестко связаны со схемотехникой системы. То есть изменение этих алгоритмов возможно только путем изменения структуры системы, замены электронных узлов, входящих в систему, и/или связей между ними. Например, если нам нужна дополнительная операция суммирования, то необходимо добавить в структуру системы лишний сумматор. Или если нужна дополнительная функция хранения кода в течение одного такта, то мы должны добавить в структуру еще один регистр. Естественно, это практически невозможно сделать в процессе эксплуатации, обязательно нужен новый производственный цикл проектирования, изготовления, отладки всей системы. Именно поэтому традиционная цифровая система часто называется системой на "жесткой логике".

Любая система на "жесткой логике" обязательно представляет собой специализированную систему, настроенную исключительно на одну задачу или (реже) на несколько близких, заранее известных задач. Это имеет свои бесспорные преимущества.

Во-первых, специализированная система (в отличие от универсальной) никогда не имеет аппаратурной избыточности, то есть каждый ее элемент обязательно работает в полную силу (конечно, если эта система грамотно спроектирована).

Во-вторых, именно специализированная система может обеспечить максимально высокое быстродействие, так как скорость выполнения алгоритмов обработки информации определяется в ней только быстродействием отдельных логических элементов и выбранной схемой путей прохождения информации. А именно логические элементы всегда обладают максимальным на данный момент быстродействием.

Два подхода обработки цифровых сигналов:с помощью аппаратных средств – жесткая логика;программное преобразование – с помощью МП средств.

Y=f(X) – комбинационная схема;S – набор элементов с памятью.Y=f(X,S) –автомат с памятью. Это устройство с жесткой логикой.В программном подходе:

Р- программа, задаётся алгоритм обработки информации.

№3 Основные понятия микропроцессорной техники.

№4 Понятие информации, способы передачи информации.

Информация- это сведения об окружающем мире.

Сигнал- это материально-физ явления осущ передачу информ

Сообщение- совокупность передаваемых сигналов

Сигналы: 1) непрерывные 2) дискретные

Непрерывные(аналоговые) сигнал область определения которого есть непрерывное пространство. Информация которая представлена в виде удобном для хранения обработки и передачи называется данными.

Информация которую передают в виде цифр сигнала можно хранить обрабатывать и передаваться. Хранение осуществляется в цифровом запоминающем устройстве. Передача осуществляется при помощи линии связи, обработка при помощи мп системы. Минимум един измерения информации является 1 битт ( 0 1 ) процесс преобразования инфы из одного вида в другой называется кодирование.

Информ-тектовая-числов-видео-аудио

№5 Системы счисления используемые в вычислительной технике. Правила перевода чисел из одной системы в другую.

Среди систем счисления наибольшее распространение в вычислительной технике нашла двоичная система счисления. Эта система в силу своей простоты, выражающейся в нулевой сложности ее структуры, обеспечивает необходимый уровень основных параметров этой техники. Двоичная же система счисления, в силу своей предельной простоты, не обладает внутренней избыточностью информации в своей структуре и, как следствие, не способна решать других задач, кроме задач арифметико-логических.

1. Для перевода двоичного числа в десятичное необходимо его записать в виде многочлена, состоящего из произведений цифр числа и соответствующей степени числа 2, и вычислить по правилам десятичной арифметики:

При переводе удобно пользоваться таблицей степеней двойки:

Таблица 4. Степени числа 2

n(степень)	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	1	2	4	8	16	32	64	128	256	512	1024

 

2. Для перевода восьмеричного числа в десятичное необходимо его записать в виде многочлена, состоящего из произведений цифр числа и соответствующей степени числа 8, и вычислить по правилам десятичной арифметики:

При переводе удобно пользоваться таблицей степеней восьмерки:

Таблица 5. Степени числа 8

n (степень)	0	1	2	3	4	5	6
	1	8	64	512	4096	32768	262144

3. Для перевода шестнадцатеричного числа в десятичное необходимо его записать в виде многочлена, состоящего из произведений цифр числа и соответствующей степени числа 16, и вычислить по правилам десятичной арифметики:

При переводе удобно пользоваться таблицей степеней числа 16:

Таблица 6. Степени числа 16

n (степень)	0	1	2	3	4	5	6
	1	16	256	4096	65536	1048576	16777216

Перевод чисел в десятичную систему осуществляется путем составления степенного ряда с основанием той системы, из которой число переводится. Затем подсчитывается значение суммы.

4. Для перевода десятичного числа в двоичную систему его необходимо последовательно делить на 2 до тех пор, пока не останется остаток, меньший или равный 1. Число в двоичной системе записывается как последовательность последнего результата деления и остатков от деления в обратном порядке.

5. Для перевода десятичного числа в восьмеричную систему его необходимо последовательно делить на 8 до тех пор, пока не останется остаток, меньший или равный 7. Число в восьмеричной системе записывается как последовательность цифр последнего результата деления и остатков от деления в обратном порядке.

6. Для перевода десятичного числа в шестнадцатеричную систему его необходимо последовательно делить на 16 до тех пор, пока не останется остаток, меньший или равный 15. Число в шестнадцатеричной системе записывается как последовательность цифр последнего результата деления и остатков от деления в обратном порядке.

№6 Арифметические основы микропроцессорной техники. Выполнение арифметических операций над двоичными числами.

Система счисления – совокупность знаков и правил их записи с целью отображения информации.

Первое правило позиционных систем счисления:

- количество цифр равно основанию системы счисления, значение старшей цифры на 1 меньше основания.

- вес цифры в числе равен её значению, умноженному на основание в степени на единицу меньше положения цифры в числе.

Дробные числа:

Можно дописать из вопроса №5!!!

№7 Логические основы в микропроцессорной технике. Выполнение логических операций в микропроцессорах.

Логическими основами является алгебра логики (Булева алгебра)

Над величинами можно выполнять операции:

-- одноместные – над одним оператором – операция «НЕ»;

-- двуместные – над двумя операторами.

Всего 16 двуместных операций основных – 3:

-- логическое сложение («ИЛИ») (дизъюнкция)

-- логическое умножение («И») (конъюнкция)

-- сумма по модулю 2 (исключающее «ИЛИ»)

Законы алгебры логики:

ПереместХ1+Х2=Х2+Х1Х1*Х2=Х2*Х1

Сочетательный

Х1+(Х2+Х3)=Х2+(Х1+Х3)

Х1*(Х2*Х3)=(Х2*Х3)*Х1

Отрицание отрицания

Правило Моргана

СклеиваниеХ1+Х2*Х1=Х1

Операции: 1) сравнения – вычитания без изменения рез-та 2) сдвига – изменение последовательности 3) битовые – над отдельными разрядами числа.

№8 Принципы программного управления фон Неймана.

Принцип двоичности:

Вся информация делится на команды и данныие и записывается в двоичной системе счисления.

Принцип программного управления:

Говорит о том, что работа микропроцессора определяется программой, а программа представляет собой последовательность команд.

Принцип однородности памяти:

Команда-двоичное слово, которое будучи помещённым в специальный регистр, инициирует выполнение микропроцессором элементарных действий по обработке информации или управления процессом обработки.

Принцип адресуемости памяти:

Вся информация хранится в памяти, а память представляет собой набор, пронумерованных ячеек, при том, что в произвольный момент времени процессору доступна любая ячейка.

Вся информация хранится в памяти и для микропроцессора внешне не различима.

Принцип последовательного программного управления:

Все команды выполняются последовательно, одна за другой.

Принцип условного перехода:

В программе могут присутствовать команды которые могут изменить ход выполнения программы.

№9 Схемотехническая реализация базовых элементов ТТЛ и МОП логики.

Базовым считается элемент с наиболее простой структурой, на основе которой легче всего создавать другие электронные схемы. В рассматриваемой ТТЛ-серии ИМС базовым элементом служит И-НЕ, на основе которого создаются более сложные электронные устройства (триггеры, счетчики и т. д.) этой серии микросхем. ТТЛ-схемами принято называть такие логические ИМС, в которых логическая функция И-НЕ выполняется с помощью многоэмиттерного транзистора.

На рис. 7.3 показана упрощенная схема базового ЛЭ семейства ТТЛ, состоящего из двух транзисторов и , определивших название «транзисторно-транзисторная логика».

Рис. 7.3. Схема базового логического элемента И-НЕ

Транзистор устроен необычно: он имеет не один, а несколько эмиттеров. Их число определяет число входов логического элемента. Все входы ЛЭ И-НЕ равноценны. Выходом ЛЭ служит коллектор транзистора .

№10 Кодирование информации. Представление информации с помощью цифровых сигналов.

Код — это набор условных обозначений (или сигналов) для записи (или передачи) некоторых заранее определенных понятий.

Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации. В более узком смысле под термином «кодирование» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.

Обычно каждый образ при кодировании (иногда говорят — шифровке) представлении отдельным знаком.

Знак - это элемент конечного множества отличных друг от друга элементов.

В более узком смысле под термином "кодирование" часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.

Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (например, звуки, изображения, показания приборов и т. д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Например, чтобы перевести в числовую форму музыкальный звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука на определенных частотах, представляя результаты каждого измерения в числовой форме. С помощью программ для компьютера можно выполнить преобразования полученной информации, например "наложить" друг на друга звуки от разных источников.

Аналогичным образом на компьютере можно обрабатывать текстовую информацию. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов.

Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц (а не десяти цифр, как это привычно для людей). Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом устройства для их обработки получаются значительно более простыми. Ввод чисел в компьютер и вывод их для чтения человеком может осуществляться в привычной десятичной форме, а все необходимые преобразования выполняют программы, работающие на компьютере.

Способы кодирования информации.

Одна и та же информация может быть представлена (закодирована) в нескольких формах. C появлением компьютеров возникла необходимость кодирования всех видов информации, с которыми имеет дело и отдельный человек, и человечество в целом. Но решать задачу кодирования информации человечество начало задолго до появления компьютеров. Грандиозные достижения человечества - письменность и арифметика - есть не что иное, как система кодирования речи и числовой информации. Информация никогда не появляется в чистом виде, она всегда как-то представлена, как-то закодирована.

Двоичное кодирование – один из распространенных способов представления информации. В вычислительных машинах, в роботах и станках с числовым программным управлением, как правило, вся информация, с которой имеет дело устройство, кодируется в виде слов двоичного алфавита.

№11 Представление текстовой информации в микропроцессорных системах. Понятие о кодовых таблицах.

Представление текстовой информации

(7 бит либо байт – длина слова).

Для того чтобы текстовую информацию можно было передовать вводят кодовые таблицы. Коды стандартизируют. Каждому символу присваивают свой код.

ASCII – кодировка.(American Standart code for inform Interchange

В кодовых таблицах кодируются:

- буквы латинского алфавита.

- буквы национального алфавита.

- знаки препинания и спецсимволы.

- управляющие символы (для управления ус-вами ввода/вывода, табуляции, перевода строки)

старшие разряды
м л а д ш.		0	1	7		F
	0
	1
	F

{национ} Обработка информации

Информацию можно хранитьПередача информацииАрифметические операции

Логические операции

Операции:

1) сравнения – вычитания без изменения рез-та

2) сдвига – изменение последовательности

3) битовые – над отдельными разрядами числа.

№12 Представление числовой информации в микропроцессорных системах.

1. Целые положительные числа – n-разрядные двоичные. .

Возможно представление целого положительного числа в виде нескольких слов:

Иногда представляют в двоично-десятичном коде:

2567

0010 0101 0110 0111

Каждая цифра 10-го числа представляется 4-мя двоичными.

Арифметические операции с двоично-десятичными числами нельзя производить. Целые отрицательные числа:

- Вводится знаковый разряд (старший) “0” “-”; “1” “+”; - Вводится дополнительный код. Для предоставления числа в дополнительном коде нужно произвести инверсию каждого разряда числа: 0110110

1001001 Затем нужно прибавить единицу и получится отрицательное число:

1001001

+ 0000001

1001010

Если теперь сложить положительное и отрицательное числа – получим “0”

Благодаря дополнительному коду вычитание можно заменить сложением с отрицательным числом.

Введение знакового разряда (или дополнительного кода) сокращает диапазон представления чисел.

n-разр.

Представление дробных чисел:

а) С фиксированной запятой (+-)-коррекция не требуется (*/)-операц сдвига

б) С плавающей запятой:

№13 Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления.

Основанием восьмеричной системы счисления является число 8, т.е. для записи чисел используются восемь цифр от 0 до 7. Необходимо

запомнить, что цифра 8 при записи чисел в восьмеричной системе не используется. Обычно числа, записанные в восьмеричной форме, снабжают индексом 8, чтобы отличать их от десятичных чисел, с которыми мы привыкли работать. Например, 43₈, 165₈.

Шестнадцатеричная система счисления в качестве основания системы использует число 16. В системах счисления с основанием больше 10 кроме цифр от 0 до 9 применяют еще и буквы латинского алфавита.

Числа, записанные в шестнадцатеричной форме, снабжают индексом 16, например, 24₁₆, A2₁₆, FE₁₆, и B7₁₆. Обратите внимание на то, что при записи чисел используются латинские буквы от А до F. Вместо "цифры" 10 ставят букву А, вместо 11 - В, 12-ти соответствует С, 13-ти - D, 14-ти - Е, и 15-ти - F (см. Таблицу 2.2.).

Таблица 2.2. Таблица соответствия чисел.

16-я с.с.	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B	C	D	E	F
10-я с.с.	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15