Шпаргалка

Готовые шпоры по микропроцессорным системам управления

Категория:

Шпаргалка

Дисциплина:

Микропроцессорные системы управления

Город:

Беларусь, Минск

Учебное заведение:

БНТУ, ФИТР

Стоимость работы:

10 руб.

Оценка: 10
Объем страниц: 38
Год сдачи: 2020
Дата публикации: 07.05.2021

Фрагменты для ознакомления

Оглавление

1.  Основные понятия цифровой техники. Назначение и области применения микропроцессорных устройств. 2

2.  Представление информации в микропроцессорных системах. Непрерывные и дискретные сообщения. Использование аналоговых и дискретных сигналов. Последовательный и параллельный способ представления информации. 3

3.  Микропроцессор. Определение. Состав и основные характеристики микропроцессоров. 4

4.  Архитектуры микропроцессоров. Основные концепции CISC, RISC, HLL, VLIW, EPIC. 5

5.  Прямой, обратный и дополнительный коды. Алгебраическое сложение двоичных целых чисел. 6

6.  Разрядные сетки ЭВМ. Представление чисел с плавающей запятой. Нормализация чисел. Смещённый порядок. Восстановление смещённого порядка. 7

7.  Размещение чисел с плавающей запятой в разрядной сетке ЭВМ. Особенности при вводе-выводе чисел в системе Intel. 8

8.  Системы адресации. Функции способов адресации. Двух- и трёх- уровневая схемы трансляции адреса. 9

9.  Способы адресации при адресной организации памяти. Понятие косвенной адресации. Относительная адресация. Автоинкрементная и автодекрементная адресация. 10

10. Используемые технологии производства микропроцессоров: n-канальная, р-канальная, CMOS, I2L, TTL, STTL, ESL. 11

11. Память в микропроцессорных устройствах: ОЗУ, ПЗУ. Основные характеристики полупроводниковой памяти. Типы микросхем ПЗУ. Типы микросхем ОЗУ. 12

12. Память в микропроцессорных устройствах: буферная память, стековая, кэш-память. 14

13. Периферийные устройства в микропроцессорных устройствах. Аналого-цифровые преобразователи. Основные типы АЦП. Параметры АЦП. Статические параметры АЦП. Динамические параметры АЦП. 15

14. Цифро-аналоговые преобразователи. Основные типы ЦАП. Параметры ЦАП. Статическая характеристика преобразования ЦАП (в виде графика). Интерфейс данных ЦАП. Опорное напряжение. 17

15. Системный расчёт АЦП: краткие сведения об АЦП, исходные предпосылки для расчёта (выбора) АЦП (округление (квантование), виды погрешностей, среднеквадратичная погрешность (СКП) квантования по уровню, СКП квантования по времени, многоканальный режим АЦП), предварительный расчёт АЦП, порядок предварительного расчёта АЦП. 18

16. Интерфейсы: основные элементы, режимы обмена, классификация в зависимости от способа передачи данных. Стандартный формат асинхронной последовательной передачи данных. 20

17. Стандартные промышленные интерфейсы: RS-232, I2C, RC-485. 22

18. Стандартные промышленные интерфейсы: USB, IEEE-1394, оптическое волокно. 23

19. Классификация современных микроконтроллеров. Четырехразрядные микроконтроллеры. Восьмиразрядные микроконтроллеры. 16- и 32-разрядные микроконтроллеры. 24

20. Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). 26

21. Цифровые процессоры обработки сигналов (ЦПОС). Состав и основные характеристики. 27

22. Кодирование алфавитно-цифровой информации и управление печатающим устройством с помощью микро- ЭВМ системы Intel: ASCII-код, ESC-последовательности. 29

23. Параллельный порт. Виды LPT портов. Управление работой печатающего устройства INTEL, порты и регистры (регистр данных, регистр статуса, регистр управления), функция CHR$. 31

24. Классификация принтеров. Технологии печати, преимущества и недостатки. 33

25. Функции алгебры логики. Булев базис. Законы алгебры логики. 35

26. Совершенная дизъюнктивная нормальная форма. Минимизация CДНФ. Карты Карно. Метод Квайна. 37

 

1. Основные понятия цифровой техники. Назначение и области применения микропроцессорных устройств

Наибольшее употребление в цифровой электронной технике имеют сигналы в виде последовательности импульсов. Импульсным называют сигнал, напряжение которого очень быстро, скачком изменяется от одного значения до другого. Наибольшее применение получили периодические импульсные сигналы, напряжение которых принимает в каждый текущий момент одно из двух постоянных значений, которые принято называть уровнями. Такие импульсы называют прямоугольными, а уровни — высоким и низким или, иначе, уровнем логической 1 и уровнем логического 0. Напряжение уровня 1 всегда по абсолютному значению больше напряжения уровня 0. Переход от низкого уровня к высокому принято называть положительным перепадом, а от высокого к низкому — отрицательным. Время между двумя соседними положительными (или отрицательными) перепадами называют периодом повторения импульсной последовательности и обозначают буквой Т. Каждый период состоит из длительности импульса, обозначаемой буквой т, и длительности паузы. Отношение Г/т принято называть скважностью импульсов. Если импульсы и паузы по длительности одинаковы, то скважность равна 2 — такую последовательность импульсов часто называют меандром. Для определенности импульс, начинающийся с положительного перепада, называют положительным, а с отрицательного — отрицательным. Начало импульса — это его фронт, окончание —с пад. Основным звеном цифровой техники является логический элемент — электронное устройство, способное выполнять простейшие логические операции. У логических элементов и других цифровых устройств серии К176 при напряжении питания 9 В уровень логического 0 не превышает 0,3 В, а уровень 1 — не менее 8,2 В. Уровнями сигналов на входе и выходе цифровых логических устройств, выраженными в двоичной системе счисления, характеризуют логическое состояние и работу всех цифровых микросхем.

Замечательным свойством микропроцессорных систем является их высокая гибкость, возможность быстрой перенастройки при необходимости даже значительных изменений алгоритмов управления. Перенастройка осуществляется программным путем без существенных производственных затрат. Создание микропроцессоров позволяет уменьшить стоимость и размеры технических средств обработки информации, увеличить их быстродействие, снизить энергопотребление. Характерные особенности микропроцессорных информационно управляющих систем, предназначенных для автоматизации технологических процессов:

  • наличие ограниченного набора четко сформулированных задач;
  • требования оптимизации структуры системы для конкретного применения;
  • работа в реальном масштабе времени, т.е. обеспечение минимального времени реакции на изменение внешних условий; 
  • наличие развитой системы внешних устройств, их большое разнообразие; 
  • существенное различие функциональных задач;
  • высокие требования по надежности с учетом большой продолжительности непрерывной работы;
  • сложные условия эксплуатации;
  • обеспечение автоматического режима работы или режима с участием оператора как элемента системы.
     

2. Представление информации в микропроцессорных системах. Непрерывные и дискретные сообщения. Использование аналоговых и дискретных сигналов. Последовательный и параллельный способ представления информации

Любой процесс функционирования технического объекта или системы связан с передачей, приемом и переработкой информации. Информация — совокупность фактов, явлений, событий, представляющих интерес, подлежащих регистрации и обработке. В термине «информация» всегда существуют два партнера: источник и потребитель информации. Информация, представленная в виде, удобном для обработки, называется данными. Определенная структура информационного объекта, подвергаемого обработке, именуется форматом. Информация, вложенная и зафиксированная в некоторой материальной форме, называется сообщением. Сообщения делятся на: ∙непрерывные (аналоговые); ∙дискретные (цифровые).

Непрерывные сообщения могут принимать любые значения и изменяться в произвольные моменты времени. Данные сообщения естественным образом передают речь, музыку и изображения. Основным примером непрерывного сообщения является аналоговый сигнал, это сигнал, величина которого непрерывно изменяется во времени. Аналоговый сигнал обеспечивает передачу данных путем непрерывного изменения во времени амплитуды, частоты либо фазы. В соответствии с этим, он имеет бесконечное число значений. К аналоговым относятся и шумоподобные сигналы.

Под дискретными сообщениями понимаются сообщения, параметры которых могут принимать лишь некоторое конечное число значений в определенном диапазоне. Основным примером дискретного сообщения является логический (цифровой) сигнал(1/0) или (+/-). Процесс изменения напряжения от низкого уровня(-) к высокому (+), называется фронтом сигнала (положительным перепадом, положительным фронтом), а обратный процесс — спадом (отрицательным перепадом, отрицательным фронтом).

Для обработки аналоговых сигналов необходимо с требуемой степенью точности заменять непрерывные сообщения на цифровые путем квантования непрерывного сообщения по уровню и времени. Другими словами, необходимо определить для них максимальные границы по уровню (по величине) сигнала. Затем в этих границах необходимо провести их дискретизацию, то есть разбить на строки и принять, что значение сигнала в строке постоянно. Разбив на строки по уровням, мы имеем минимальное изменение сигнала между двух соседних строк (наименьшее изменение аналогового сигнала), которое называется разрешением. 

Последовательный и параллельный способ представления информации

Цифровая информация может быть представлена последовательным и параллельными кодами.

При последовательном коде каждый временной такт предназначен для отображения одного разряда кода слова. Такт — промежуток времени, между последовательными сигналами синхронизации. Величина такта выбирается такой, чтобы во время его прохождения в рассматриваемом объекте заканчивались все переходные процессы, вызванные изменением входных сигналов.

При параллельном коде все разряды кода слова представляются в одном временном такте, фиксируются отдельными элементами и проходят через отдельные линии, каждая из которых служит для представления и передачи только одного разряда. При параллельной передаче информации код слова развертывается в пространстве, в отличие от последовательной, в которой развертывается во времени.

 

3. Микропроцессор. Определение. Состав и основные характеристики микропроцессоров

Микропроцессор (МП) — этопрограммно-управляемоеэлектронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации — ее перемещения, осуществления арифметических и логических операций по командам, которые он считывает из памяти. Последовательность команд называется программой. Микропроцессор включает в себя: 

  • арифметическо-логическое устройство (АЛУ), которое служит для осуществления собственно арифметических и логических операций.
  • регистры общего назначения (РОН), которые используются для хранения информации — сверхоперативного запоминающего устройства.
  • аккумулятор — регистр, из которого берется одно из чисел, с которыми производятся арифметические или логические операции. 
  • счетчик адреса команд, в котором хранится адрес ячейки памяти, в которой записан код текущей команды;
  • регистр флагов или условий — в него помещаются сведения об особенностях результата выполнения арифметических или логических операций.
  • регистр адреса стека, в котором записан адрес последний занятой под стек ячейки памяти;
  • блок управления шинами микропроцессорной системы, схемы формирующей сигналы на внешних шинах микропроцессора и, тем самым, управляющей микропроцессорной системой;
  • блок дешифрирования кодов команд
  • Таймер — счетчик — предназначен для подсчета внутренних событий, для получения программно-управляемых временных задержек и для выполнения времязадающих функций МП.
  • ОЗУ — служит для приема, хранения и выдачи информации, используемой в процессе выполнения программы.
  • ПЗУ — служит для выдачи констант, необходимых при обработке данных в АЛУ.
  • КЭШ память — хранит внутри МП копии тех команд операндов и данных, к которым производились последние обращения МП. 
  • ША, ШД, ШУ (адреса, данных, управления) — группы линий, по которым передается однотипная информация.
  • Шинный интерфейс — выполняет функции согласования действий между внутренними устройствами МП и внешней системой, т.е. управляет потоками и форматами данных между МП и внешними устройствами. 

В тех случаях, когда память и средства ввода/вывода размещаются на той же подложке интегральной схемы, что и микропроцессор, последний превращается в микроконтроллер. Более подробный анализ позволяет определить микроконтроллеры как устройства, имеющие память RAM или ROM вместо кэш-памяти, присутствующей обычно в большинстве периферийных устройств. В противоположность микроконтроллерам, микропроцессоры имеют устройство управления памятью и большой объем кэш-памяти. Микропроцессор характеризуется: 1) тактовой частотой, определяющей максимальное время выполнения переключения элементов; 2) разрядностью, т.е. максимальным числом одновременно обрабатываемых двоичных разрядов. Разрядность МП обозначается m/n/k/ и включает: ∙m — разрядность внутренних регистров, определяет принадлежность к тому или иному классу процессоров; ∙n — разрядность шины данных, определяет скорость передачи информации; ∙k — разрядность шины адреса, определяет размер адресного пространства. Например, МП i8088 характеризуется значениями m/n/k=16/8/20; 3) архитектурой Архитектура МП дает представление о функциональном поведении логической структуры и ее организации, определяет особенности построения программных средств, описывает внутреннюю организацию потоков данных и управляющей информации. 

 

4. Архитектуры микропроцессоров. Основные концепции CISC, RISC, HLL, VLIW, EPIC

Основные черты CISC-концепции: Ранее других появились процессоры CISC. Термин CISC означает сложную систему команд и является аббревиатурой английского определения Complex Instruction Set Computer. Благодаря этому процессоры выполняют самые разнообразные задачи обработки данных. При разработке набора команд CISC заботились об удобстве программиста/компилятора, а не об эффективности исполнения команд процессором. В систему команд вводили много сложных команд. Часто эти команды представляли собой программы, написанные на микрокоде и записанные в ПЗУ процессора. Команды CISC имеют разную длину и время выполнения. Зато машинный код CISC-процессоров— язык довольно высокого уровня. Основной недостаток CISC — большая сложность реализации процессора при малой производительности.

Основные черты RISC-концепции: Со временем стало необходимо повысить скорость работы процессоров: ∙одинаковая длина команд; ∙одинаковый формат команд — код команды регистр-приемник два регистра-источника; ∙операндами команд могут быть только регистры; ∙команды выполняют только простые действия; ∙большое количество регистров общего назначения; ∙конвейер(ы); ∙выполнение команды не дольше, чем за один такт; ∙простая адресация.

 

5. Прямой, обратный и дополнительный коды. Алгебраическое сложение двоичных целых чисел

Прямой, обратный и дополнительный коды двоичного числа — способы представления двоичных чисел с фиксированной запятой в компьютерной арифметике, предназначенные для записи отрицательных и неотрицательных чисел.

Прямой код

Прямой код — способ представления двоичных чисел с фиксированной запятой. Главным образом используется для записи неотрицательных чисел. Прямой код используется в двух вариантах. В первом (основной) — для записи только неотрицательных чисел: неотрицательные числа в прямом коде. В этом варианте мы можем записать максимальное число 255. Второй вариант — для записи как положительных, так и отрицательных чисел.

В этом случае старший бит объявляется знаковым разрядом. При этом, если: — знаковый разряд равен 0, то число положительное, — знаковый разряд равен 1, то число отрицательное. Прямой код используется главным образом для представления неотрицательных чисел. Использование прямого кода для представления отрицательных чисел является неэффективным — очень сложно реализовать арифметические операции и, кроме того, в прямом коде два представления нуля — положительный ноль и отрицательный ноль.

Обратный код

Обратный код — метод вычислительной математики, позволяющий вычесть одно число из другого, используя только операцию сложения. Обратный двоичный код положительного числа состоит из одноразрядного кода знака (битового знака) — двоичной цифры 0, за которым следует значение числа. Обратный двоичный код отрицательного числа состоит из одноразрядного кода знака (битового знака) — двоичной цифры 1, за которым следует инвертированное значение положительного числа. Для неотрицательных чисел обратный код двоичного числа имеет тот же вид, что и запись неотрицательного числа в прямом коде. Для отрицательных чисел обратный код получается из неотрицательного числа в прямом коде, путем инвертирования всех битов (1 меняем на 0, а 0 меняем на 1). Для преобразования отрицательного числа записанное в обратном коде в положительное достаточного его проинвертировать. Обратный код решает проблему сложения и вычитания чисел с различными знаками, но и имеет свои недостатки: — арифметические операции проводятся в два этапа, — как и в прямом коде два представления нуля — положительный и отрицательный

Дополнительный код

Дополнительный код — наиболее распространенный способ представления отрицательных чисел. Он позволяет заменить операцию вычитания на операцию сложения и сделать операции сложения и вычитания одинаковыми для знаковых и беззнаковых чисел. В дополнительном коде старший разряд отводится для представления знака числа. Диапазон десятичных чисел которые можно записать в дополнительном коде от -128 до +127. Запись положительных двоичных чисел в дополнительном коде та-же, что и в прямом и обратном кодах.

 

6. Разрядные сетки ЭВМ. Представление чисел с плавающей запятой. Нормализация чисел. Смещённый порядок. Восстановление смещённого порядка

В ЭВМ применяется чаще всего одна из двух форм представления чисел: – с фиксированной запятой (точкой); - с плавающей запятой (точкой). Числа представляются в машинном слове, имеющем для конкретной ЭВМ всегда фиксированное число разрядов (битов). Это число является одной из важнейших характеристик любой ЭВМ и называется разрядностью машины. Разные разряды слова при кодировании команд и данных имеют несовпадающие функциональные назначения. При рассмотрении их функций используют также термин «разрядная сетка машины». В числах с фиксированной (естественной) запятой положение запятой в разрядной сетке машины заранее обусловлено для всех чисел раз и навсегда. Место запятой, отделяющей целую часть числа от дробной, определяется на этапе конструирования ЭВМ. Сразу же указывается количество разрядов, отводимых для изображения целой и дробной частей. Единственной особенностью, о которой необходимо упомянуть, является ситуация, которая носит название «переполнение разрядной сетки» (переполнение с фиксированной запятой) и которая возникает, когда результат умножения превышает максимально возможное для данной разрядности значение. Эта ситуация считается в ЭВМ исключительной. При ее возникновении записать получившееся значение невозможно. В этом случае устанавливается в «1» специальный флаг переполнения, старший бит результата (бит переноса из старшего разряда слова) теряется, а в качестве результата выдается искаженное число. Описываемая ситуация не считается критической, и после окончания данной операции вычисления продолжаются.

В форме с плавающей запятой число представляется двумя компонентами: мантиссой и порядком. Мантисса используется для записи цифр числа, а порядок – для указания положения запятой. Разрядная сетка машины в этом случае делится на несколько частей: – один разряд – для кодирования знака числа (это всегда самый старший, левый, разряд слова); – M разрядов – для записи мантиссы; – Р разрядов – для записи порядка (с учетом его знака). Порядок р содержит знаковый разряд, от значения которого коэффициент А может быть целым или дробным. Мантисса числа всегда считается дробной, а знак мантиссы определяет знак всего числа. Порядок числа определяет положение запятой в записи мантиссы. При корректировке порядка соответствующим образом меняется и положение запятой – запятая как бы «плавает». Местоположение запятой при этом тоже строго фиксируется: считается, что мантисса всегда представляется как число, меньшее единицы, но такое, в котором первая цифра после запятой для всех абсолютно чисел отлична от нуля. Такая форма представления мантиссы называется нормализованной.

Если известно, что мантисса имеет вид «0,xxxx..», то ее код в машинном слове может не содержать символов «0,», а местоположение запятой предполагается перед старшей значащей цифрой мантиссы. Порядок Р всегда представляется целым числом со знаком + или -. А для кодирования абсолютной величины порядка остается (Р-1) цифр.

81