Разработка микропроцессорного устройства

В современном мире роль информатики, средств обработки, передачи, накопления информации неизмеримо возросла. Средства информатики и вычислительной техники сейчас во многом определяют научно-технический потенциал страны, уровень развития ее народного хозяйства, образ жизни и деятельности человека. Для целенаправленного использования информации ее необходимо собирать, преобразовывать, передавать, накапливать и систематизировать. Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, называются информационными процессами. Получение и преобразование информации является необходимым условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Живые существа способны не только воспринимать информацию из окружающей среды с помощью органов чувств, но и обмениваться ею между собой. Человек также воспринимает информацию с помощью органов чувств, а для обмена информацией между людьми используются языки. За время развития человеческого общества таких языков возникло очень много. Прежде всего, это родные языки (русский, татарский, английский и др.), на которых говорят многочисленные народы мира. Роль языка для человечества исключительно велика. Без него, без обмена информацией между людьми было бы невозможным возникновение и развитие общества. Информационные процессы характерны не только для живой природы, человека, общества. Человечеством созданы технические устройства - автоматы, работа которых также связана с процессами получения, передачи и хранения информации. Деятельность человека, связанную с процессами получения, преобразования, накопления и передачи информации, называют информационной деятельностью.
4
Новой эрой в развитии обмена информацией стало изобретение книгопечатания. Благодаря печатному станку, знания, информация стали широко тиражируемыми, доступными многим людям. Это послужило мощным стимулом для увеличения грамотности населения, развития образования, науки, производства. В результате научно-технического прогресса человечество создавало все новые средства и способы сбора, хранения, передачи информации. Но важнейшее в информационных процессах - обработка, целенаправленное преобразование информации осуществлялось до недавнего времени исключительно человеком. Вместе с тем постоянное совершенствование техники, производства привело к резкому возрастанию объема информации, с которой приходится оперировать человеку в процессе его профессиональной деятельности. В настоящее время компьютеры используются для обработки не только числовой, но и других видов информации. Благодаря этому информатика и вычислительная техника прочно вошли в жизнь современного человека, широко применяются в производстве, проектно-конструкторских работах, бизнесе и многих других отраслях. Компьютер находится на рабочем столе специалиста любой профессии. Он позволяет связаться по специальной компьютерной почте с любой точкой земного шара, подсоединиться к фондам крупных библиотек, не выходя из дома, использовать мощные информационные системы - энциклопедии, изучать новые науки и приобретать различные навыки с помощью обучающих программ и тренажеров. Модельеру он помогает разрабатывать выкройки, издателю компоновать текст и иллюстрации, художнику - создавать новые картины, а композитору - музыку. Дорогостоящий эксперимент может быть полностью просчитан и имитирован на компьютере. Разработка способов и методов представления информации, технологии решения задач с использованием компьютеров, стала важным аспектом деятельности людей многих профессий.
1 Формализация задачи
Даны два массива чисел числа восьмиразрядные со знаком. Количество чисел в массивах одинаковое и равно N . Найти сумму положительных чётных в первом массиве и положительных нечётных чисел во втором массиве. Сравнить суммы между собой.
Разработать микропроцессорное устройство, выполняющее операции вычисления целых чисел, используя:
- Принцип схемной логики;
- Принцип программируемой логики.
В процессорное устройство необходимо включить логические элементы для формирования адресов ячеек памяти.
Адрес
Данные массива «А» от -127 до +127
№ элемента
Дес.
число
Дв.
число
Шестн. число
Прямой код
Обратный код
Дополнительный код
0001
0
48
00110000
30
00110000
0002
1
117
01110101
75
01110101
0003
2
-80
01010000
50
01010000
10101111
10110000
0004
3
-60
00111100
3С
00111100
11000011
11000100
0005
4
120
01111000
78
01111000
0006
5
104
01101000
68
01101000
0007
6
-34
00100010
22
00100010
11011101
11011110
0008
7
83
01010011
53
01010011
N
Адрес
Данные массива «B» от -127 до +127
№ элемента
Дес.
число
Дв.
число
Шестн. число
Прямой код
Обратный код
Дополнительный код
0001
0
36
00100100
24
00100100
0002
1
-8
00001000
8
00001000
11110111
11111000
0003
2
97
01100001
61
01100001
0004
3
-94
01011110
5Е
01011110
10100001
10100010
0005
4
-105
01101001
69
01101001
10010110
10010111
0006
5
68
01000100
44
01000100
0007
6
-32
00100000
20
00100000
11011111
11100000
0008
7
-25
00011001
19
00011001
11100110
11100111
N
5
2 Два подхода к построению процессорного устройства
Существует два принципиально разных подхода к проектированию микропроцессорного устройства: использование принципа схемной логики и использование принципа программируемой логики .
В первом случае в процессе проектирования подбирается некоторый набор цифровых микросхем (обычно малой и средней степени интеграции) и определяется такая схема соединения их вводов, которая обеспечивает требуемое функционирование (т. е. функционирование микропроцессора определяется тем, какие выбраны микросхемы и по какой схеме выполнено соединение их выводов). Устройства, основанные на таком принципе схемной логики, способны обеспечивать наивысшее быстродействие при заданном типе технологии элементов. Недостаток этого принципа построения процессора состоит в трудности использования БИС (больших интегральных схем) и СБИС (сверхбольших интегральных схем). Это связано с тем, что при использовании схемного принципа каждый разрабатываемый процессор окажется индивидуальным по схемному построению и потребует изготовления индивидуального типа БИС. Тогда выпускаемые промышленностью БИС окажутся узкоспециализированными, число выпускаемых типов БИС будет большим, а потребность в каждом типе БИС окажется низкой. Выпуск многих типов БИС малыми сериями по каждому типу для промышленности окажется экономически невыгодным.
6
Эти обстоятельства заставляют обратиться к другому подходу в проектировании цифровых устройств, основанному на использовании принципа программируемой логики. Этот подход предполагает построение с использованием одной или нескольких БИС некоторого универсального устройства, в котором требуемое функционирование обеспечивается занесением в память устройства определённой программы. В зависимости от введённой программы такое универсальное управляющее устройство способно обеспечивать требуемое управление операционным устройством при решении самых разнообразных задач. В этом случае число типов БИС, необходимых для построения управляющего устройства, окажется небольшим, а потребность в БИС каждого типа высокой, что обеспечит целесообразность их выпуска промышленностью.
Процессор, построенный на одной или нескольких БИС, называется микропроцессором .
7

3 Синтез операционного устройства
Операционным называют устройство, предназначенное для выполнения каких-либо операций.
Операционные устройства могут быть простыми , предназначенными для выполнения конкретного алгоритма над определённым видом информации, и сложными , предназначенными для выполнения множества алгоритмов над информацией разного вида.
Любое операционное устройство представляет собой цифровой автомат. К простым операционным устройствам относятся, например, счётчики, регистры. Простые операционные устройства не требуют какого-либо управления, в отличие от сложных.
Сложное операционное устройство состоит из двух частей: из операционного автомата, реализующего алгоритм, и из управляющего автомата, отвечающего за поведение операционного автомата.
Сложные операционные устройства бывают последовательные, т. е. с многотактовым выполнением своих функций, или параллельными, или однотактовыми. Часто используются промежуточные, параллельно-последовательные формы операционных устройств.
Процесс функционирования операционного устройства распадается на последовательность элементарных действий в его узлах, например:
1). Установка регистра в некоторое состояние;
2). Инвертирование содержимого разрядов регистра;
3). Пересылка содержимого из одного узла в другой;
4). Сложение;
8
5). Сравнение содержимого регистра с некоторым числом;
6). Некоторые логические действия (операции дизъюнкции, конъюнкции, эквивалентности и др.).
Каждое такое элементарное действие, выполняемое в одном из узлов операционного устройства в течение одного тактового периода, называется микрооперацией .
Совокупность нескольких одновременно выполняемых операций называется микрокомандой , а набор микрокоманд, предназначенный для решения определённой задачи, называется микропрограммой .
Для синтеза операционного устройства нужно чётко знать, какие операции выполняются и в какой последовательности.
Синтез операционного устройства включает в себя построение алгоритма операционного устройства. Прежде, чем строить алгоритм, операционное устройство разбивается на отдельные блоки.
Для выполнения поставленной задачи необходимо иметь:
· Регистр для хранения и обработки числа R;
· Регистры для хранения чётных Sч и нечётных Sн чисел;
· Регистр для формирования адресов ячеек памяти Rа;
· Счётчики чисел в массивах Сч(а) и Сч(в);
· Сумматор Sm;
· Компаратор для сравнения суммы чётных и нечётных чисел Comp;
· Шифратор CD и дешифратор DC для перевода чисел.
· Если суммы четных и нечётных чисел равны, то Сч = 1.
9

Описание микроопераций:
у0 : обнуление регистра адреса: Rа ← 0;
у1 : запись в счётчик числа 1: Сч(а) ← 1;
у2 : запись в счётчик числа 1: Сч(в) ← 1;
у3 : обнуление регистра для хранения суммы чётных чисел: Sч ← 0;
у4 : обнуление регистра для хранения суммы нечётных чисел: Sн ← 0;
у5 : считывание в регистр очередного элемента массива А: R ← А [Сч(а)];
у6 : суммирование значений регистров R и Sч и запись результата в регистр Sч: Sч ← Sч + R;
у7 : увеличение адреса числа на 1: Rа ← Rа + 1;
у8 : переход к следующему элементу массива А: Сч(а) ← Сч(а) + 1;
у9 : считывание в регистр очередного элемента массива В: R ← В [Сч(в)];
у10 : суммирование значений регистров R и Sн и запись результата в регистр Sн: Sн ← Sн + R;
у11 : увеличение адреса числа на 1: Rа ← Rа + 1;
у12 : переход к следующему элементу массива В: Сч(в) ← Сч(в) + 1;
у13 : сравнение значений регистров Sч и Sн: Comp ← Sч = Sн.
у14 : Сч = 1.
10

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать полную версию