Презентация на тему Тематический план дисциплиныпо

чисел в микропроцессорных системах
Раздел 4. История развития микропроцессоров
Раздел 5.

Микропроцессоры (МП)

Раздел 8. Понятие памяти. Типы памяти. Принципы адресации

Раздел 7. Микропроцессорные системы (МПС)

Раздел 6. Система команд микропроцессора

Раздел 9. Устройства ввода/вывода

Раздел 10. Микроконтроллеры

Раздел 11. Организация прерываний в МПС

Раздел 12. Организация прямого доступа к памяти

Раздел 13. Таймеры

счисления
Тема 2.2. Представление натуральных и вещественных чисел в P

– ичных системах счисления

Тема 2.3. Перевод натуральных и вещественных чисел из одной системы счисления в другую

обратного, дополнительного кода числа
Тема 3.4. Коды, распознающие ошибки. Дополнительный

избыточный код. Коды, исправляющие ошибки. Код Хемминга

Тема 3.2. Представление вещественных чисел в форме с плавающей и фиксированной запятой

Тема 3.5. Коды, исправляющие ошибки. Код Хемминга

Тема 3.3. Арифметические операции над целыми и вещественными числами

разряда (старшего) и собственно числа. Знаковый разряд имеет значение
0

– для положительных чисел; 1 – для отрицательных чисел.

Обратный код образуется из прямого кода заменой нулей - единицами, а единиц - нулями, кроме цифр знакового разряда. Для положительных чисел обратный код совпадает с прямым. Используется как промежуточное звено для получения дополнительного кода.
Дополнительный код образуется из обратного кода добавлением 1 к младшему разряду.

фиксированной запятой
Плавающая запятая — форма представления действительных чисел, в которой

число хранится в форме мантиссы и показателя степени.
При записи чисел целая часть отделяется от дробной точкой, то в терминологии фигурирует название «плавающая точка».

ошибки. Код Хемминга
Избыточные коды основаны на разбиении исходной последовательности бит

на порции, которые часто называют символами. Затем каждый исходный символ заменяется на новый, который имеет большее количество бит, чем исходный

Корректирующие коды — коды, служащие для обнаружения или исправления ошибок, возникающих при передаче информации под влиянием помех, а также при её хранении.

любой позиционной системы счисления -  простота выполнения арифметических операций и

ограниченное количество символов (цифр), необходимых для записи любых чисел.

четность числа единичных символов: к последовательности добавляется элемент такой,

чтобы число единичных символов в получившейся последовательности было четным. 

Коды, исправляющие ошибки. Код Хемминга

Тема 5.2. Понятие архитектуры МП и его типы: Гарвардская,

Неймановская, RISC, CISC

Тема 5.3. Тактовый сигнал

Тема 5.4. Понятие конвейерной обработки данных

Тема 5.5. Типы данных МП

Тема 5.6. Шины МП

Тема 5.7. Структура функциональных блоков МП: блока сегментации, блока разбиения на страницы, блока АЛУ, блока шинного интерфейса

Тема 5.8. Структура функциональных блоков МП: блока предварительной выборки команд, блока дешифрации команд, блока с плавающей точкой, блока управления

Тема 5.9. Принцип функционирования АЛУ и его Регистры

Тема 5.10. Регистры флагов и команд

преобразование информации и управление другими устройствами компьютера («МОЗГ» компьютера)
Современный

процессор представляет собой микросхему или чип выполненную на миниатюрной кремниевой пластине – кристалле. Поэтому его принято называть – микропроцессор.

Неймановская, RISC, CISC
 Архитектура фон Неймана
Дж. фон Нейман придумал схему постройки

компьютера в 1946 году. Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.

 Гарвардская архитектура

Гарвардская архитектура отличается от архитектуры фон Неймана тем, что программный код и данные хранятся в разной памяти. В такой архитектуре невозможны многие методы программирования 

команд .
Архитектура процессоров, построенная на основе упрощённого

набора команд, характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации.

CISC-процессоры

Complex instruction set computer — вычисления со сложным набором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложнённом наборе команд. Типичными представителями CISC являются микропроцессоры семейства x86

Понятие архитектуры МП и его типы: Гарвардская, Неймановская, RISC, CISC

(Такт – чрезвычайно малый промежуток времени, измеряемый микросекундами, в

течении которого может быть выполнена элементарная операция).
Единица измерения тактовой частоты – Гц (герц)

Для современных компьютеров тактовая частота измеряется от сотен мегагерц (1 МГц=1000 Гц) до нескольких гигагерц ( 1ГГц=1000 МГц)

центральный процессор с целью повышения быстродействия. 
 Например, конвейер микропроцессора с

архитектурой MIPS-I содержит четыре стадии:
получение и декодирование инструкции,
адресация и выборка операнда из ОЗУ,
выполнение арифметических операций,
сохранение результата операции.

с любыми внутренними устройствами микропроцессорной системы (контроллера или компьютера).

В качестве обязательных устройств, которые входят в состав любой микропроцессорной системы, можно назвать ОЗУ, ПЗУ, таймер и порты ввода-вывода.

Циклы обмена информацией делятся на два основных типа:
 Цикл записи (вывода), в котором процессор записывает (выводит) информацию;
 Цикл чтения (ввода), в котором процессор читает (вводит) информацию.

создается вся система. Количество ее разрядов (линий связи) определяет

скорость и эффективность информационного обмена, а также максимально возможное количество команд.

Шина адреса — вторая по важности шина, которая определяет максимально возможную сложность микропроцессорной системы, то есть допустимый объем памяти и, следовательно, максимально возможный размер программы и максимально возможный объем запоминаемых данных

Шины МП

на страницы, блока АЛУ, блока шинного интерфейса

блока дешифрации команд, блока с плавающей точкой, блока управления
Блок

управления и синхронизации
Блок управления и синхронизации (Timing and Control) предназначен для выработки синхронизирующих и управляющих сигналов, обеспечивающих координацию совместной работы блоков ОЭВМ во всех допустимых режимах ее работы. В состав блока управления входят:
устройство формирования временных интервалов
логика ввода-вывода
регистр команд
регистр управления потреблением электроэнергии
дешифратор команд, логика управления ЭВМ.

который под управлением устройства управления (УУ) служит для выполнения арифметических и

логических преобразований над данными, представляемыми в виде машинных слов, называемыми в этом случае операндами.

котором образуется результат вычислений;
 регистры операндов (слагаемого/сомножителя/делителя/делимого и др.) в

зависимости от выполняемой операции;
регистр адреса (или адресные регистры), предназначенные для запоминания (бывает что формирования) адреса операндов результата;
 k индексных регистров, содержимое которых используется для формирования адресов;
l вспомогательных регистров, которые по желанию программиста могут быть аккумуляторами, индексными регистрами или использоваться для запоминания промежуточных результатов.

Функции регистров, входящих в арифметико-логическое устройство

Принцип функционирования АЛУ и его Регистры

и сбрасываться как аппаратными, так и программными средствами.
Флаг дополнительного

переноса АС программно доступен по записи ("0" и "1") и чтению.
Флаги F0, RS1, RS0 программно доступны по записи ("0" и "1") и чтению.
Флаг Р является дополнением содержимого аккумулятора до четности.
Флаг переполнения OV программно доступен по записи ("0" и "1") и чтению.

Регистры команд

Регистр состояния программы (PSW) предназначен для хранения информации о состоянии АЛУ при выполнении программы.
Регистр указателя данных (DPTR) предназначен для хранения 16 - разрядного адреса внешней памяти данных или памяти программ.
Указатель стека (SP) представляет собой восьмиразрядный регистр, предназначенный для организации особой области памяти данных (стека), в которой можно временно сохранить любую ячейку памяти.

Форматы команд

одной ячейки, эту ячейку называются источником; ячейка, содержимое которой

изменяется, называется приемником. 

двухадресная команда

 В малых ЭВМ для кодирования команд широко используется принцип кодирования с переменным числом бит под поле КОП для различных групп команд.

определения и история развития
Тема 7.2. Структуры МПС: классическая,

магистральная

система (МПС) представляет собой функционально законченное изделие, состоящее из одного

или нескольких устройств, главным образом микропроцессорных: микропроцессора и/или микроконтроллера.

процесс обработки цифровой информации и управление им, выполненное на

одной или нескольких БИС. 

МП или его части. По существу, это БИС с

процессорной организацией, разработанной для построения микропроцессорных систем. 

БИС и СБИС, совместимых по конструкторско-технологическому исполнению и предназначенных

для совместного применения при построении МП, микроЭВМ и других вычислительных средств. (чипсет). 

Определения

и внешняя память МПС
Тема 8.2. Понятие времени доступа

к памяти, времени цикла памяти

Тема 8.3. Понятие динамических и статических ОЗУ, их структурная схема

Тема 8.4. Назначение и виды ПЗУ

Тема 8.5. Понятие ROM-памяти, её структурное представление ячейки

Тема 8.6. Понятие PROM-памяти, её структурное представление ячейки

Тема 8.7. Понятие EEPROM-памяти, её структурное представление ячейки

Тема 8.8. Кэш память и её структурное представление. Понятие кэш – попадания и кэш промаха

Тема 8.9. Принцип записи данных в кэш память, типы записей

устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных,

используемых в вычислениях, в течение определённого времени.
Память делится на оперативную (внутреннюю) и долговременная (внешняя).

памяти. Оперативную память изготавливается в виде модулей памяти, которые

устанавливаются на материнской плате компьютера.

оперативной памяти стирается.
Для долговременного хранения информации используется внешняя

память.
Устройство, которое обеспечивает запись и считывание информации, называется накопителем или дисководом, а хранится информация на носителях информации

Прямой доступ к памяти  — режим обмена

данными между устройствами или же между устройством и основной памятью (RAM) без участия Центрального Процессора (ЦП). В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не пересылаются в ЦП и обратно.
 Время доступа представляет собой промежуток времени между выдачей запроса на чтение и моментом поступления запрошенного слова из памяти. Длительность цикла памяти определяется минимальным временем между двумя последовательными обращениями к памяти

ОЗУ (DRAM)
Тип энергозависимой полупроводниковой памяти с произвольным доступом; также ОЗУ широко используемая в качестве оперативной

памяти современных компьютеров.

Статических ОЗУ(RAM)

 энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. Обязательным условием является адресуемость (каждоемашинное слово имеет индивидуальный адрес) памяти.

используется для хранения массива неизменяемых данных.

Пример использования:

В постоянную память часто записывают микропрограмму управления техническим устройством: телевизором, сотовым телефоном, различными контроллерами, или компьютером (BIOS или OpenBoot на машинах SPARC).

в этом случае массив данных часто в разговоре называется «прошивка»:
микросхема ПЗУ;
Один

из внутренних ресурсов однокристальной микроЭВМ (микроконтроллера), как правило FlashROM.
Массив данных существует самостоятельно:
Компакт-диск;
перфокарта;
перфолента;
монтажные «1» и монтажные «0».

По разновидностям микросхем ПЗУ

ROM —масочное ПЗУ, изготавливается фабричным методом. В дальнейшем нет возможности изменить записанные данные. PROM  — ПЗУ, однократно «прошиваемое» пользователем.

EPROM -  электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ.
EEPROM — электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ. Память такого типа может стираться и заполняться данными несколько десятков тысяч раз. Используется в твердотельных накопителях. Одной из разновидностей EEPROM является флеш-память.

– постоянное запоминающее устройство) предназначена только для хранения информации,

а записывать или изменять в ней что-либо нельзя. Именно данное условие указывает на то, что данную память используют только для чтения данных.
Память ROM еще называется энергонезависимо памятью, поскольку любая информация, которая была в нее занесена, будет сохранена даже при выключении питания компьютера, и уже именно поэтому в Память ROMзаносятся команды запуска ПК, проще говоря, в нее помещают программное обеспечение, которое загружает систему.

запоминающих устройств, постоянная память с пережигаемыми перемычками.
Преимущества
Записанные данные невозможно уничтожить

электрическим способом, разрушение происходит лишь при физическом воздействии на носитель.
Высокая скорость доступа к данным — 35 нс и менее

перепрограммируемое ПЗУ (ЭСППЗУ), один из видов энергонезависимой памяти (таких как PROM и EPROM). Память такого

типа может стираться и заполняться данными до миллиона раз.

память – это сверх быстрая память, которая по сравнению с

оперативной памятью имеет повышенное быстродействие. Кэш память дополняет функциональное назначение оперативной памяти.

Диаграмма кэша памяти ЦПУ

процентом попаданий. Запросы данных, которые могут быть удовлетворены кэшем,

считаются попаданиями. Если данный кэш не содержит нужные данные, то запрос передаётся дальше по конвейеру памяти, и засчитывается промах. Конечно, промахи приводят к большему времени, которое требуется для получения информации. В результате в вычислительном конвейере появляются "пузырьки" (простои) и задержки. Попадания, напротив, позволяют поддержать максимальную производительность.

схема, принцип работы
Тема 9.2. Параллельный порт. Назначение, структурная

схема, принцип работы

порт называется потому, что информация через него передаётся по

одному биту, бит за битом (в отличие от параллельного порта). Хотя некоторые другие интерфейсы компьютера — такие как Ethernet, FireWire и USB — также используют последовательный способ обмена, название «последовательный порт» закрепилось за портом, имеющим стандарт RS-232C.

для работы с последовательным портом компьютера, сочетающая в себе

возможности терминала, просмотра, журнолирования и экспорта данных. Во многих случаях COM Port Toolkit оказывается удобнее и функциональнее стандартного Гипертерминала.
С помощью COM-порта можно соединить два компьютера, используя так называемый "нуль-модемный кабель".

тип интерфейса, разработанный для компьютеров (персональных и других) для подключения различных периферийных

устройств. В вычислительной технике параллельный порт является физической реализацией принципа параллельного соединения. Он также известен как принтерный порт или порт Centronics. Стандарт IEEE 1284 определяет двунаправленный вариант порта, который позволяет одновременно передавать и принимать биты данных

порт, полностью совместим с интерфейсом Centronics.
Nibble Mode — позволяет организовать

двунаправленный обмен данными в режиме SPP путём использования управляющих линий (4 бит) для передачи данных от периферийного устройства к контроллеру. Исторически это был единственный способ использовать Centronics для двустороннего обмена данными.
Byte Mode — редко используемый режим двустороннего обмена данными. Использовался в некоторых старых контроллерах до принятия стандарта IEEE 1284.
EPP (Enhanced Parallel Port) — разработан компаниями Intel, Xircom и Zenith Data Systems — двунаправленный порт, со скоростью передачи данных до 2МБайт/сек.(1991)

микроконтроллеров в малых вычислительных системах

себе функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ или ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный

выполнять простые задачи.
С появлением однокристальных микро-ЭВМ связывают начало эры массового применения компьютерной автоматизации в области управления. По-видимому, это обстоятельство и определило термин «контроллер»

Понятие микроконтроллеров

В Меню

время микроконтроллеры используются от самых простейших бытовых приборов до

самых развитых компьютерных систем.

В Меню

прерываний, типы прерываний
Тема 11.2. Контроллер прерываний, его структурная схема

Прерывание — сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом

выполнение текущей последовательности команд приостанавливается и управление передаётся обработчику прерывания, который реагирует на событие и обслуживает его, после чего возвращает управление в прерванный код.

В начале прерывания использовались в основном для управления процессором устройствами ввода-вывода. Затем прерывания стали использовать для организации внутренней работы ЭВМ. В соответствии с этим существуют следующие типы прерываний:
1. Аппаратные прерывания – прерывание от устройств компьютера.
2. Программные прерывания – прерывание, которые вырабатывают процессы, находящиеся на стадии выполнения.
3.Логические прерывания – Эти прерывания вырабатывает сам процессор, когда встречается с каким-либо необходимым условием:
      а) деление на  0
      б) переполнение регистров микропроцессора
      в) пошаговое выполнение программ
      г) режим контрольных точек.

В Меню

процессор имеет встроенный контроллер APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller) для

выполнения ряда новых функций и поддержки ранее введенной системы прерываний. Часть контроллера  APIC - I/O APIC  встраивается в чипсет, обеспечивающий работу процессора в вычислительной системе  и, кроме дополнительных функций, выполняющий функции контроллера PIC, поддерживая аппаратную совместимость с прежними вычислительными системами.

Контроллер прерываний, его структурная схема

Программируемый контроллер прерываний PIC 8259A представляет собой устройство, реализующее до восьми

уровней запросов на прерывания с возможностью программного маскирования и изменения порядка обслуживания прерываний.      За счет каскадного включения  число уровней прерывания может быть расширено до 64. 

Структура контроллера прерываний 8259А

прерываний  IRQx.
PRB - схема принятия решений по приоритетам; схема

идентифицирует приоритет запросов и выбирает запрос с наивысшим приоритетом.
ISR - регистр обслуживаемых прерываний; сохраняет  запросы прерываний, находящиеся на обслуживании контроллера прерываний.
RGM - регистр маскирования прерываний; обеспечивает запрещение одной или нескольких линий запросов прерывания.
BD - буфер данных; предназначен для сопряжения с системной шиной данных.
RWCU - блок управления записью/чтением; принимает управляющие сигналы от микропроцессора и задает режим функционирования контроллера прерываний.
CMP - схема каскадного буфера-компаратора; используется для включения в систему нескольких контроллеров.
CU - схема управления; вырабатывает сигналы прерывания и формирует трехбайтовую команду CALL для выдачи на шину данных.

В Меню

12.1 Контроллер прямого доступа к памяти, его структурная схема

доступ к памяти
При работе в режиме прямого доступа к

памяти контроллер ПДП выполняет следующие функции:
·          принимает запрос на ПДП от внешнего устройства;
·          формирует запрос микропроцессору на захват шин системной магистрали;
·          принимает сигнал, подтверждающий вход микропроцессора в состояние захвата (перехода в z-состояние, при котором процессор отключается от системной магистрали);
·          формирует сигнал, сообщающий внешнему устройству о начале выполнения циклов ПДП;
·          выдает на шину адреса системной магистрали адрес ячейки ОП, предназначенной для обмена;
·          вырабатывает сигналы, обеспечивающие управление обменом данными;
·          по окончании ПДП контроллер либо организует повторение цикла ПДП, либо прекращает режим ПДП, снимая запросы на него.
Циклы ПДП выполняются с последовательно расположенными ячейками памяти, поэтому контроллер ПДП имеет счетчик числа переданных байтов.



 



схема взаимодействия устройств
микропроцессорной системы в режиме
ПДП.

В Меню

от ВУ или от микропроцессора контроллер выставляет микропроцессору запрос

на захват системной магистрали и ожидает от него подтверждения захвата (т.е. отключения МП от СМ, перехода его выходов в состояние высокого сопротивления, Z-состояния). При получении сигнала подтверждения захвата контроллер начинает выполнять циклы ПДП.

функция в МПС, структурная схема