План лекции. Лекция 1.

Введение в микропроцессорные системы (МПС). Основные определения.

Магистрально-модульный принцип организации МПС.

Аналоговая и цифровая формы представление информации.

1. Введение в микропроцессорные системы. Основные определения.

Цель курса

Изучение основных принципов построения и функционирования электронных систем обработки цифровой информации.

Электронная система – комплекс радиотехнических методов и аппаратных средств объединенных для решения конкретной задачи.

Информация (от лат. informatio – сведения).

Информация – сведения из внешнего мира, получаемые системой для собственной адаптации (приспособления).

Информация – сведения об объектах природы, являющиеся предметом хранения, передачи и преобразования.

Цифровая информация – информация представленная в дискретной форме (в виде дискретных символов взятых из некоторого алфавита).
Рис. Элементы двоичной системы исчисления.

Основным объектом нашего изучения будет микропроцессорная система (МПС) и её архитектура.

МПС – электронная система, предназначенная для получения, хранения, обработки и передачи цифровой информации.

Архитектура (от греч. αρχη – основа и лат. tectum — дом)

обозначает науку и искусство проектирования зданий.

Архитектура МПС – совокупность сведений об элементах системы, их назначении, об особенностях их организации и функционирования.

2. Магистрально-модульный принцип организации мпс.

Архитектура МПС – магистрально-модульная.

	МПС – это набор связанных информационными магистралями функциональных модулей для выполнения задач хранения и обработки информации.
Рис. 2. Магистрально-модульная структура МПС.

МПС – это набор связанных информационными магистралями функциональных модулей для выполнения задач хранения и обработки информации.

Магистрали – электрические, оптические, радиоволновые или какие-либо еще линии предназначенные для обмена информации между модулями.

Типы магистралей:

Магистраль данных (MD); Адресная магистраль (MA); Магистраль управления и синхронизации (MM).

Типы модулей:

Микропроцессор – интегральная микросхема с управляемой программой логикой функционирования. Он предназначен для обработки цифровой информации; Память – интегральная микросхема, предназначенная для хранения информации (запоминающее устройство); Контроллеры внешних устройств – интегральные микросхемы, анализирующие состояние внешних устройств; Порты ввода/вывода – электронные устройства, предназначенные для обмена данными ядра МПС с периферийным оборудованием. Периферийные устройства – вспомогательные устройства различного функционального назначения (в том числе и внешняя память).

Интегральная микросхема – радиоэлектронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковом кристалле и помещённая в защитный корпус.

Магистрально-модульная архитектура позволяет установить общие правила подключения (интерфейс) необходимых модулей.

Интерфейс – совокупность правил (требований) определяющих электрическую, логическую и конструктивную совместимость модулей, участвующих в обмене информации.

Основные типы МПС:

микроконтроллеры - управляющие системы, функциональные модули которых выполнены в виде одной микросхемы; компьютеры (специализированные МПС для решения задач цифровой обработки информации, обладающие высокой производительностью).

Пример архитектуры компьютера:

Рис. 3а. Магистрально-модульная архитектура компьютера.

Пример архитектуры микроконтроллера:

Рис. 3б. Магистрально-модульная архитектура микроконтроллера.
Рис. 3д. Фотографии МПС на базе микропроцессора.	Рис. 3е. Фотографии МПС на базе микрконтроллера.

Сфера применения МПС неограниченна. МПС – реальный инструмент прогресса человечества.

Память МП предназначенная для хранения информации.

Бит (англ. binary digit) – базовая единица измерения количества информации.

Бит – один разряд двоичного числа. Место для записи или хранения одной цифры двоичной системы счисления. В это место может быть записано только одно из двух взаимоисключающих значений: 1или 0. Значения бита 1/0 можно связать с утверждениями: да/нет, вкл./выкл, true/false и т. п.

Бит (по Шеннону) – количество информации, занимаемое ответом на вопрос, построенный в альтернативной форме (Н2О это химическая формула воды?).

Байт – вспомогательная единица измерения количества информации, 1 байт = 8 бит.

В битах и байтах измеряют емкость информационного сообщения или емкость хранилища информации.

Единицы, производные от бита.

Название	ГОСТ	МЭК	Множитель
байт	[байт]	[В]	23=8
килобайт	[Кбайт]	[КВ]	210=1024
мегабайт	[Мбайт]	[МВ]	220
гигабайт	[Гбайт]	[ГВ]	230
терабайт	[Тбайт]	[ТВ]	240
…

ТТЛ- микросхемы:

• нулем (0) кодируют утверждение о том, что напряжение на элементе схемы лежит в диапазоне от +0 до +0,8 В (U⁰);

• еденицей (1) - в диапазоне от +2,4 до +5,0 В (U¹).

Говорят, что напряжение на элементе соответствует логическому нулю или логической единице.

Пусть случайная величина, описывающая состояние объекта и принимающая конечное число значений, вероятность появления которых одинакова. Пусть вероятность появления любого значения, тогда количество информации необходимое для описания состояния объекта:

Количество информации (выраженное в битах) необходимое для описания состояния объекта равно – логарифму по основанию 2 вероятности нахождения его в одном из равновероятных состояний.

Примеры:

1. Грабитель спрячет долю награбленного в одной из 32 ячеек камеры хранения. Какой размер сообщения (в байтах) о номере ячейки получит подельник для владения этой долей ?

2. Грабитель пошлет подельнику сообщение размером в 16 бит, в котором укажет её номер. Какова длина камеры хранения, если ячейки расположены в два ряда и ширина ячейки 1м ?

В вычислительной технике слово «бит» часто применяется в значении разряд двоичного числа. Например: старший бит — старший двоичный разряд.