Лекции по дисциплине Микропроцессоры

1.                Цифровая обработка информации

    Цифровые или дискретные устройства обработки информации предназначены для преобразования элементов данных, принимающих конечный дискретный набор значений. Каждый элемент характеризуется двумя атрибутами: именем, выделяющим этот элемент среди всех элементов, и значением (0,1).

    Элементы данных хранятся в элементах памяти. Для хранения данных, принимающих 2ⁿ различных значений, может быть использован упорядоченный набор из n элементов памяти, n € {1, 2, …}, каждый из которых способен хранить 1 бит информации.

    Всякое цифровое устройство строится из логических элементов, называемых вентилями, и элементов памяти. Вентили реализуют логические функции, в числе которых И, ИЛИ, исключающее ИЛИ, НЕ.

    Из вентилей конструируются блоки цифровых устройств, триггеры,  представляющие собой один из типов элементов памяти, предназначенных для запоминания 1 бита информации.

    Триггер характеризуется тем, что если на входы Вход1 и Вход0 были поданы значения 1 и 0 соответственно, то на выходе Выход1 триггера установится значение 1, которое будет задавать единичное состояние триггера. Это состояние будет сохраняться вплоть до переключения триггера в нулевое состояние путем подачи на его входы Вход 1 и Вход0 значений 0 и1 соответственно. В нулевом состоянии выход Выход1 имеет значение 0. Свойство триггера сохранять свое состояние обеспечивается имеющимися в нем обратными связями. Для того чтобы изменения состояния триггеров происходили после того, как устанавливаются значения сигналов на их входах, прибегают к введению тактовых сигналов. Тактовый сигнал представляет собой периодическую последовательность импульсов. Для простоты примем, что импульсу соответствует логическое значение 1, а промежуткам между ними – 0. На рис. 1.3 показан триггер, изменение состояния которого происходит только при значении тактового сигнала 1.

    Регистр представляет собой упорядоченную совокупность триггеров. Регистры используются для хранения элементов данных.

    Для хранения данных применяются элементы памяти, построенные ни иных физических принципах: сохранения заряда конденсатора, сохранения ориентации магнитного домена и других физических явлениях. Элементы памяти группируются в ячейки, каждая из которых предназначена для хранения одного элемента данных. Упорядоченная совокупность ячеек образует блок памяти. Какой тип элементов данных хранится в памяти, выбирается при построении памяти. Определены две операции с памятью:

·                   Запись элемента данных в ячейку памяти с заданными в операции источником записываемых данных и адресом ячейки памяти, в которую данные должны быть записаны;

·                   Чтение элемента данных из ячейки памяти с заданными в операции адресом ячейки памяти и регистром, в который помещаются считанные данные.

    Важной характеристикой памяти служит ее объем, определяемый как максимальное количество элементов данных, которое возможно хранить в ней.

    Рассмотрим, как осуществляется передача данных между регистрами.

    На рис. 1.4 изображен регистровый файл, состоящий из n+1 регистра и мультиплексора. Мультиплексор представляет собой блок, позволяющий передать значение, хранимое в триггере одного, в соответствующий триггер другого регистра или соответствующие триггеры несколько регистров этого файла.

    Для того чтобы выполнить эту передачу данных, между регистрами необходимо подать значение1 на вход вентиля И, подсоединенного другим входом к единичному выходу триггера регистра, состояние которого передается. На соответствующие входы вентилей, подключенных к выходам триггеров других регистров, должны быть при этом поданы значения 0. Вентиль ИЛИ, к которому подсоединены все выходы упомянутых выше вентилей И, подсоединенных к соответствующим входам триггеров всех регистров файла. Если на другой вход вентиля И, подсоединенного к входу триггера, будет подана 1, то этот триггер установится в то же состояние, что и триггер, состояние которого передается.

    Передача данных между регистрами выполняется при подаче управляющих сигналов на управляющие входы мультиплексора для выделения регистра, содержимое которого передается, и подаче соответствующих управляющих сигналов, обеспечивающих установку триггеров регистра, в который данные передаются. Требуемую передачу данных из регистра Ri в регистр Rj можно записать как Ri ← Rj, i ≠ j, i € {0, 1, …, n}, j € {0, 1, …, n}, назвав это командой пересылки данных между регистрами.

     Используя некоторое исходное множество блоков, реализующих вентили И, НЕ, ИЛИ исключающее ИЛИ, можно строить более сложные блоки, из которых, в свою очередь, еще более сложные.

    На рисунке представлена схема суммирования с учетом переноса из i – 1 разряда двух i-х разрядов двоичных чисел, хранящихся в соответствующих регистрах, с получением i-го разряда суммы и переноса i + 1 разряд.

Скачано с www.znanio.ru