«Вычислительная техника» (стр. 3 )

Счетчики. Классификация. Принципы построения и работа счетчиков. Суммирующие, вычитающие и реверсивные счетчики. Счетчики с произвольным коэффициентом пересчета.

Классификация ИМС памяти. Характеристики МС памяти. Принципы построения ИМС памяти.

Принцип построения ИМС ОЗУ. Принцип построения ИМС ПЗУ.

Методические указания

Последовательностные устройства это цифровые автоматы с памятью. Сигнал на выходе этих устройств зависит не только от комбинации входных сигналов, но и от того в каком состоянии находилось устройство до подачи входных импульсов.

Основным устройством, которое способно запомнить цифровую информацию, является триггер. Он имеет два устойчивых состояния, одно из которых принимается за 1, а другое – за 0. В вычислительной технике наибольшее распространение получили триггеры, выпускаемые в виде интегральных микросхем. Необходимо рассмотреть различные типы триггеров (RS, D, T, JK), их классификацию, принцип работы в зависимости от входных сигналов.

Регистры представляют собой упорядоченную последовательность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове. Необходимо рассмотреть классификацию регистров в зависимости от способа ввода и вывода информации, принцип построения регистров последовательного и параллельного действия и их работу.

Счетчик - это устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поступающих на его вход и фиксации этого числа в виде двоичного кода на выходах. Необходимо рассмотреть, что является основой для построения счетчиков, их классификацию и принцип работы в зависимости от направления счета.

Микросхемы памяти неотъемлемая часть ПК во многом определяющая его технические характеристики. В МС памяти бит информации хранится в специальном запоминающем элементе, а в ячейке памяти хранится слово или его часть. Ячейка памяти состоит из запоминающих элементов. Помимо запоминающих элементов в состав МС памяти входят схемы, обеспечивающие запись и считывание информации. МС памяти делятся: на энергозависимые и энергонезависимые. Необходимо рассмотреть УГО МС памяти оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) и постоянных запоминающих устройств (ПЗУ), их характеристики и применение, а также отличия в режимах работы. Найти по справочнику различные типы МС памяти и их обозначение.

Источник: [1] §1.3, §1.4, [2] §7.3 -§7.5; [3] глава 13, глава 14, глава 15;

Вопросы для самоконтроля

1.Для чего предназначены триггеры?

2.В чем заключаются различия в работе схем триггеров, имеющих только информационный вход, и триггеров, имеющих информационный и управляющий (вход синхронизации) входы?

3.Чем различается работа триггеров со статическим и динамическим управлением?

4.Как устроен регистр и каково его основное назначение?

5.Сравните быстродействие регистров параллельного и последовательного действия.

6.Что такое счетчик?

7.Каково назначение микросхем памяти?

8.В чем разница между ОЗУ и ПЗУ?

9.Какому типу МС памяти соответствуют обозначения ROM, PROM, RAM?

Раздел 3 МИКРОПРОЦЕССОРЫ

Тема 3.1 Структурная схема микропроцессора

Студент должен:

иметь представление:

-  о современной элементной базе БИС и СБИС в вычислительной технике и перспективах ее развития;

-  о принципе работы микропроцессора;

уметь:

-  читать временные диаграммы различных машинных циклов микропроцессора;

знать:

-  назначение и структуру микропроцессора

-  структуру команд типового микропроцессора;

-  систему команд микропроцессора, процедуру выполнения команд;

-  рабочий цикл микропроцессора.

Реализация процессоров на основе БИС и СБИС различных типов. Классификация микропроцессоров. Назначение блоков арифметико-логического устройства, устройства управления, блок регистров микропроцессора. Принцип работы микропроцессора.

Структура памяти. Сегментация. Вычисление адреса. Структура команд. Система команд микропроцессора, процедура выполнения команд. Рабочий цикл микропроцессора. Работа микропроцессора при выполнении прерывания. Взаимодействие аппаратного и программного обеспечения в работе ЭВМ.

Методические указания

Процессор – это главная часть цифровой ЭВМ, осуществляющая сложную

переработку информации. Наибольшее распространение получили процессоры, выполненные на одном кристалле, или однокристальные микропроцессоры (МП). Необходимо рассмотреть классификацию МП по различным признакам, а также структуру МП. Структура МП – это сведения только о составе его компонентов, соединениях между ними, обеспечивающих их взаимодействие. Также необходимо рассмотреть назначение основных компонентов МП – это арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ), регистры общего назначения (РОН) и аккумулятор (А), регистр команд (РгК), счетчик команд (СчК), регистр адреса (РгА) и другие устройства, назначение шин адреса (ША), шины данных (ШД), шины управления (ШУ), внутренней шины (ВШ).

Так как МП является конечным автоматом, то его можно представить в виде некоторого цифрового устройства, состоящего из двух частей: операционной и управляющей. В операционной части совершаются элементарные действия по обработке информации. Все эти операции производятся под воздействием сигналов управляющей части и синхронизируются тактовыми сигналами. Необходимо рассмотреть рабочий цикл МП при выполнении различных операций по шагам.

При работе МП могут появиться события, требующие его внимания, возникающие в нем самом или во внешних устройствах. Эти события называются сигналами прерываниями. Если МП может воспринимать этот сигнал в данный момент времени, то начинается режим обмена информацией по прерыванию. Он выполняется в определенном порядке. Необходимо рассмотреть порядок работы МП при выполнении прерывания.

Источник: [1] §3.1, [2] глава 8, глава 11.

Вопросы для самоконтроля

1.Каково назначение процессора в ЭВМ?

2.Что такое микропроцессор?

3.Перечислите основные характеристики МП.

4.Какие сигналы поступают по шинам процессора?

5.Каково назначение АЛУ?

6.Какие функции выполняет УУ?

7.Что такое команда?

8. Зачем нужны прерывания?

Тема 3.2 Способы адресации

Студент должен:

уметь:

-  решать задачи программирования микропроцессора с использованием различных способов адресации микропроцессорной системы;

знать:

-  способы адресации, используемые при программировании микропроцессорных систем.

Понятие способа адресации. Различные способы адресации (на примерах микропроцессоров, использующих различные типы организации взаимодействия в вычислительной системе). Регистровая, непосредственная, косвенная, прямая, стековая адресации.

Методические указания

Большая часть команд МП работает с кодами данных (операндами). Одни команды требуют входных операндов (одного или двух), другие выдают выходные операнды. Определение места положения операндов производится кодом команды. Существуют разные методы, с помощью которых код команды может определить, откуда брать входной операнд и куда поместить выходной операнд. Эти методы называются методами адресации. Необходимо рассмотреть: регистровую, непосредственную, косвенную, прямую и стековую адресации их различия и использование.

Источник: [2] §10.3; [3] §21.3.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие существуют способы адресации?

2.Какой из способов адресации самый быстрый?

Тема 3.3 Организация интерфейсов в вычислительной технике

Студент должен:

уметь:

-  строить временные диаграммы различных циклов обмена информацией;

знать:

-  основные классы интерфейсов, используемых в вычислительной технике;

-  основные управляющие сигналы и принципы организации обмена информацией в интерфейсах различных типов.

Различные классы интерфейсов вычислительных систем. Внутренние интерфейсы (шины), внешние интерфейсы (порты), интерфейсы процессоров.

Методические указания

Связь устройств автоматизированных систем друг с другом осуществляется с помощью средств сопряжения, которые называются интерфейсами. Интерфейс представляет собой совокупность коммутаторов, линий, сигналов, электронных схем и алгоритмов (протоколов), предназначенную для осуществления обмена информацией между устройствами.

В соответствии с функциональным назначением интерфейсы можно поделить на следующие основные классы: системные интерфейсы ЭВМ; интерфейсы периферийного оборудования; программно-управляемых модульных систем и приборов; интерфейсы сетей передачи данных.

Источник: [1] глава 4.

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое интерфейс?

2.Что относится к внутренним интерфейсам?

3.Что относится к внешним интерфейсам?

4.В чем разница между синхронной и асинхронной передачами данных?

5.Какие достоинства у интерфейса USB?

6.На каких принципах основаны беспроводные интерфейсы?

Тема 3.4 Микропроцессорные системы в сфере профессиональной деятельности

Студент должен:

знать:

принципы организации микропроцессорных систем с реальными внешними устройствами применительно к сфере профессиональной деятельности.

Принцип организации и построения микропроцессорных систем с реальными внешними устройствами в сфере профессиональной деятельности.

Методические указания

Микропроцессорная система (МПС) – это вычислительная, контрольно-измерительная или управляющая система, основным устройством обработки информации в которой является МП. В основу построения микропроцессорных систем положено три принципа: магистральности, модульности, микропрограммного управления. Магистральность определяет характер связей между блоками МПС – все блоки соединяются с единой системной шиной. Модульность состоит в том, что система строится на основе ограниченного количества типов конструктивно и функционально законченных модулей. Принцип микропрограммного управления состоит в возможности осуществления элементарных операций – микрокоманд.

Микропроцессорная система обеспечивает большую гибкость работы, она способна настраиваться на любую задачу. Гибкость определяется также выбором режима работы системы, т. е. режима обмена информацией по системной шине (магистрали). Любая МПС поддерживает три основных режима работы по магистрали: программный обмен информацией; обмен с использованием прерываний; обмен с использованием прямого доступа к памяти.