Пример реализации устройства управления

(для процессора с одноадресными командами)

Пусть требуется реализовать пятиразрядный процессорс одноадресными командами по схеме рис. 47, имеющий формат команды:

Рис. 50. Формат команды пятиразрядного процессора

Процессор должен выполнять следующую последовательность действий:

1) переслать первый операнд из памяти в аккумулятор;

2) сложить содержимое аккумулятора со вторым операндом, выбираемым из памяти;

3) поместить результат из аккумулятора в память.

Для реализации указанных действий воспользуемся командами MOV A,M; ADD M; MOV M,A, описанными выше. Закодируем команды цифрами 2, 1 и 0 соответственно. Учитывая, что процессор стартует с нулевого адреса, изобразим заполнение памяти:

Таблица 22

Первые три ячейки занимают команды: первая из них – помещает содержимое ячейки с адресом 4 (100(В)) в аккумулятор; вторая – прибавляет к содержимому аккумулятора содержимое ячейки с адресом 5 (101(В)); третья – сохраняет результат в ячейку ОЗУ с адресом 6(110(В)).

Определим длительность команд в тактах (8, 8, 7). Следовательно, дешифратор тактов имеет 3-входа, 8-выходов, а счетчик тактов – трехразрядный.

Так как под кодировку команды отведено два разряда - дешифратор кода команды имеет 2-входа, 4-выхода.

Таким образом, матрица, формирующая сигналы управления Yn, имеет 8 строк и 4 столбца.

Матрицу удобно заполнять по столбцам, имея перед собой последовательность формирования управляющих сигналов по тактам, для конкретной команды. На пересечении столбца, соответствующего реализуемой команде, со строками, соответствующими тактам, включаются элементы “2-И”, на выходе которых подписывают управляющие сигналы, соответствующие данному такту. Когда все столбцы сформированы, объединяют одноименные управляющие сигналы из всех точек на элементе “ИЛИ”.

Руководствуясь данным принципом, на рис. 51 составлена схема логической матрицы устройства управления пятиразрядного процессорас одноадресными командами.

Рис. 51. Схема матрицы, формирующей сигналы управления

Приведенная схема упрощена, так как первые четыре такта всех реализуемых команд формируют одинаковые управляющие сигналы.

5.5. Вопросы для повторения

1. Перечислите регистры микропроцессора. Поясните их назначение.

2. В чем особенность регистра аккумулятора?

3. Каково назначение коммутатора?

4. Каково назначение устройства управления?

5. Поясните принцип работы управляющего автомата с жесткой логикой.

6. Контрольная работа

Цель работы - ознакомление с основными методами представления информации в микропроцессорных системах управления, освоение правил перевода чистовых данных из одной системы счисления в другую, изучение методов повышения надежности передачи информации по линиям связи, изучение методики записи и преобразования логи­ческих выражений, анализ таблиц истинности и составление логических схем.

6.1. Задания к контрольной работе

Контрольная работа включает четыре задания.

Задание 1

Два числа, одно из которых - номер Вашей зачётной книжки, а другое представляет собой сумму числа 40 и числа из двух послед­них цифр номера зачётной книжки, перевести в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления. Сложить эти числа в двоичной системе счисления и результат перевести в десятич­ную систему счисления, а затем записать в двоично-десятичном коде.

Задание 2

Пользуясь таблицей кодов КОИ-7 (см. табл. 1) записать свою фамилию и имя, разделенные пробелом, в виде последователь­ности двоичных и шестнадцатеричных кодов. Дополнить полученную последовательность кодов восьмым контрольным разрядом для кон­троля на четность и записать новые последовательности кодов по­вышенной надежности.

Задание 3

Записать логическое выражение для функции F(X,Y,Z) согласно заданной таблице истинности (табл. 23). Полученное логическое выражение упростить и составить по нему логическую схему. Вариант значений логической функции при раз­личных значениях аргументов X,YиZ определяется по послед­ней цифре номера Вашей зачетной книжки.

Таблица 23

Рис. 52. Варианты логических схем

Задание 4

Для заданной схемы, составленной из трех логических эле­ментов ЛЭ1, ЛЭ2, ЛЭ3 записать логическое выражение и составить таблицу истинности. Вариант схемы берётся из рис. 52 согласно последней цифре номера зачётной книжки, вариант типов элементов ЛЭ1, ЛЭ2 и ЛЭ3 берется на табл. 24 согласно предпоследней цифре номера зачётной книжки.

Таблица 24

6.2. Методические указания к контрольной работе

После изучения первой главы пособия об осно­вах представления информации в вычислительных устройствах выполнение первого задания особых трудностей не пред­ставляет.

Второе задание лучше выполнять в виде таблицы, где после­довательности двоичных и шестнадцатеричных кодов для простого представления в КОИ-7 и для представления с дополнительным старшим раз­рядом контроля четности записываются в отдельные колонки (табл. 25).

Например, при передаче сообщения "МИКРО-ЭВМ" по каналам связи каждая буква кодируется в КОИ-7 согласно табл. 1. КОИ-7 даст семь двоичных разрядов, которые записываются во вто­рую колонку табл. 25. Для записи этих кодов в шестнадцатерич­ной форме в восьмой разряд добавляем 0 и переводим из двоичной системы счисления в шестнадцатеричную (третья колонка табл. 25). Если при передаче выполняется проверка на отсутствие "сбоев" путем контроля четности, то в восьмой разряд добавляется 0 или 1 так, чтобы количество единиц при передаче каждой буквы было четным (четвертая колонка табл. 25).

Таблица 25

Выполнение третьего задания поясним на примере из табл. 24. Логическое выражение проще всего записать в нормальной дизъюнктивной форме, для чего берётся столько слагаемых, сколь­ко единиц в колонке функции (в данном случав четырех слагаемых). Каждое слагаемое представляет собой логическое произведение всех трёх аргументов, причем, если в строке аргумент равен нулю, то он берётся с инверсией.

Полученное выражение необходимо упро­стить, используя законы алгебры логики. В рассмотренном примере функция будет иметь вид:

Для составления логической схемы используют логические эле­менты И, ИЛИ и НЕ и соединяют так, чтобы сигналы X,Y и Z, про­ходя через эти элементы, выполняли действия согласно правилу приоритета логических операций, то есть сначала инверсию, затем конъюнкта и в последнюю очередь дизъюнкцию. На схеме полезно указывать промежуточные результаты (рис. 53).

Рис. 53. Пример логической схемы

Четвёртое задание – это задача, обратная третьему заданию. На рис. 53 показано, как составить по схеме логическое выражение. Таблицу истинности получают из логического выражения подстанов­кой значений аргументов и его вычислением для всех восьми строк.

6.3. Содержание отчёта по контрольной работе

Отчет по контрольной работе должен содержать:

1. исходные данные, промежуточные и конечные результаты с подробными пояснениями для всех четырех заданий согласно варианту;

2. список литературы.

Вопросы к экзамену

1. Системы счисления. Преобразование чисел из одной системы счисления в другую.

2. Двоичная арифметика (операции сложения, вычитания, умножения).

3. Однопеременные коды. Код Грея. Защита информации от помех. Код Хемминга.

4. Двоичные коды (прямой, обратный, дополнительный, кодирование десятичных чисел и алфавитно-цифровой информации).

5. Понятие логической переменной и логической функции. Логические операции (И, ИЛИ, НЕ, исключающее ИЛИ – схема технического аналога, таблица истинности, условное обозначение). Логические операции над многоразрядными двоичными кодами. Маскирование данных.

6. Дешифратор и мультиплексор.

7. Триггеры (асинхронный, синхронный и двухтактный RS, JK, D и T триггеры – назначение, функциональная схема, принцип действия, таблица состояния).

8. Регистр и счетчик.

9. Полусумматор, сумматор, многоразрядный параллельный сумматор.

10. Классификация микросхем памяти.

11. Элемент памяти и структура статического ОЗУ.

12. Основные функциональные узлы центрального процессора.

13. Принцип работы управляющего автомата с жесткой логикой.

Литература

1. Каган Б.М. ЭВМ и системы. М.: Энеpгоатомиздат, 1985. - 522 с.

2. Электронные промышленные устройства: Учебник для студ. вузов спец. «Промышленная электроника» / В.И. Васильев, Ю.М. Гусев, В.Н. Миронов и др. М.: Высш. шк., 1988. - 303 с.

3. Введение в микроЭВМ / С.А. Майоров, В.В. Кириллов, А.А. Приблуда. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. - 304 с.

4. Компьютер: справочное руководство. В 3 т. Т. 1. / Пер. с англ.; Под ред. Г. Хелмса. - М.: Мир, 1986. - 416 с.

5. Основы цифровой техники / Л.А. Мальцева, Э.М. Фромберг, В.С. Ямпольский. – М.: Радио и связь, 1987. – 128 с.

6. Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение. – М.: Радио и связь, 1990. – 160 с.

7. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. – М.: Радио и связь, 1987. – 352 с.