WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 24 |

2) осуществлять преобразование последовательных двоич­ных кодов в параллельные и обратно;

3) сдвигать при необходимости хранимые данные вправо и влево;

4) пользоваться обратным кодом хранимой информации, имеющимся на инверсных выходах триггеров.

3.3. ОСНОВНЫЕ АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ Рассмотренные в предыдущем параграфе логические операции и описываемые ниже арифмети­ческие операции реализуются в арифметическологическом устройстве (АЛУ) микропроцессора, на котором построена ПМЭВМ. Операции выполняются над 8разрядными двоичными числами, причем старший (левый) разряд может использовать­ся для представления знака числа (значение 0 указывает на положительное число, а 1 — на отрицательное).

Сложение двоичных чисел производится по тем же прави­лам, что и сложение десятичных чисел, за исключением того, что перенос в следующий разряд осуществляется при сумме в данном разряде, равной 2, а не 10. Пусть, например, требуется сложить два числа:

00011 010B = 26D + 00001 100 В = 12D 00 100 110B=38D.

При сложении крайних правых четырех разрядов имели место все четыре возможные комбинации сложения одноразрядных чисел: 0+0=0, 1 + 0 = 1, 0+1 = 1, 1+1=0. В четвертом разряде сумма равна 2D, или 10 В. Следовательно, необходим перенос единицы из четвертого разряда в пятый. Тогда в пятом разряде опять же 1 + 1 = 0 и после переноса единицы в шестой разряд сумма в шестом разряде будет 1 + 0+0=1.

Нетрудно заметить, что реализация этих операций может быть выполнена с помощью всего двух логических элементов: суммы по модулю 2, или ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ, реализую­щего функцию f9, соответствующую выходу суммы S, и эле­мента И, реализующего функцию f5, соответствующую выходу переноса в следующий разряд С (рис. 3.3,с). Эта схема сложения одноразрядных чисел без учета входного переноса из предыду­щего разряда называется полусумматором.

Рис. 3.3. Одноразрядные суммирующие схемы: а полусумматор; б полный сумматор Чтобы реализовать сложение с учетом переноса из предыду­щего разряда, необходимо использовать два полусумматора, соединив их так, как показано на рис. 3.3,6. Эта схема носит название полного сумматора, или одноразрядного сумматора. Для сложения двух 8разрядных двоичных чисел потребуется 8 одноразрядных сумматоров, соединенных таким образом, чтобы сигнал переноса передавался в каждый следующий раз­ряд на вход Св соответствующего полного сумматора. Сигнал переноса из самого старшего разряда запоминается в специаль­ном триггере, называемом триггером флага переноса, для ука­зания переполнения, имевшего место при сложении.

Поскольку, как указывалось выше, старший разряд может отводиться под знак числа, с помощью 8разрядной суммирую­щей схемы можно оперировать как с любыми целыми положи­тельными числами в диапазоне от 00 000 000 В = OD до 11 111 111 В = 25 5 D, так и с целыми положительными и отрица­тельными числами в диапазоне от 01 111 111 В = 127D до 10 000 000 В = 128D (в этом случае единица в старшем разряде указывает на отрицательное число, а нуль на положитель­ное).

Для вычитания одного числа из другого используется спе­циальное кодовое представление отрицательных чисел, называе­мое дополнительным кодом. Дополнительный код (иначе, до­полнение до 2) получается прибавлением единицы к младшему разряду инверсного, или обратного, кода числа (дополнения До 1). Сложение уменьшаемого с вычитаемым, представленным в дополнительном коде, приводит к результату, который полу­чился бы при обычном вычитании. Таким образом, не нужно строить специальную схему для операции вычитания, а можно воспользоваться все той же схемой 8разрядного сумматора. Пусть, например, требуется выполнить вычитание: 38 D — 26 D. Перейдем к дополнительному коду для числа — 26. Инвертируя код числа 26D и прибавляя единицу в младшем разряде, полу­чаем:

00 011 010 — прямой код 11 100 101 — обратный код + 11 100 110 — дополнительный код. Теперь выполним сложение:

00100 110В + 11 100 110В 100001 100 В =12D.

В результате получили двоичный код десятичного числа 12 D и перенос из старшего разряда. Этот сигнал может быть исполь­зован при выполнении арифметических операций с 16разряд­ными числами по частям в одном 8разрядном сумматоре. При этом сначала производится сложение в дополнительном коде младших разрядов суммируемых чисел и запоминание сигнала (единицы) переноса, а затем сложение старших разрядов с уче­том этого сигнала переноса.

Для выполнения операций умножения и деления специальных команд в микропроцессоре КР580ИК80А не предусмотрено. Поэтому эти операции в ПМЭВМ выполняются программным путем с использованием операций сложения, сложения с допол­нительным кодом числа (вычитания) и сдвига (см. § 9.1).

Арифметические операции можно производить также над десятичными числами, закодированными так называемыми двоичнодесятичными кодами (двоичнокодированное представ­ление десятичного числа). При таком представлении чисел каж­дая десятичная цифра кодируется четырехразрядным двоичным кодом (кодом прямого замещения, или кодом 8421). После сложения двух двоичнокодированных чисел для получения правильного результата необходимо выполнить коррекцию ре­зультата этой операции. Для этого используется блок десятич­ной коррекции. Он осуществляет требуемую коррекцию ре­зультата путем исполнения специальной команды "десятичной коррекции" DAA (см. список команд в приложении 1), кото­рую необходимо выполнить после команды сложения.

АРХИТЕКТУРА ПМЭВМ И КОМПОНЕНТОВ 4.1. КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПМЭВМ Если пользователю микроЭВМ для работы с ней при программировании своих задач полезно все же иметь некоторое представление о содержимом того "черного ящика", с которым он имеет дело, то будущему кон­структору, конечно уж, необходимо знать абсолютно все его "болты и гайки". В связи с этим в данной главе нам предстоит заглянуть внутрь каждого из блоков будущей ЭВМ и попытать­ся проанализировать его работу на функциональном уровне.

Как отмечалось в гл. 2, ПМЭВМ состоит из центрального блока и устройств ввода/вывода. В качестве устройства ввода в ПМЭВМ используется клавиатура, а устройства вывода совокупность светодиодов. Центральный блок машины, как следует из рис. 2.4, состоит из центрального процессорного эле­мента, оперативного (ОЗУ) и постоянного (ПЗУ) запоминаю­щих устройств и портов ввода и вывода. Работа всех перечислен­ных блоков синхронизируется сигналами от синхрогенератора, входящего в состав МБ.

Конструктивно ПМЭВМ может быть оформлена в виде на­стольного прибора, на лицевой панели которого находятся кла­виатура (К) и светодиоды (СД). Все компоненты центрального блока могут быть размещены на одной печатной плате (в описы­ваемом варианте ПМЭВМ — одноплатная машина), установлен­ной внутри корпуса прибора.

Рис. 4.1. Внешний вид ПМЭВМ (а) и шестнадцатеричной клавишной па­нели ввода информации (б) Внешний вид ПМЭВМ при таком конструктивном оформле­нии приведен на рис. 4.1,д. На рис. 4.1,6 указаны основные органы клавиатуры. В более простом варианте конструкции машины светодиоды также размещаются на плате, а клавиатура оформля­ется в виде отдельной выносной панели, соединенной с машиной с помощью жгута. Разъемное подсоединение К к машине может быть рекомендовано лишь при наличии хорошего разъема, обеспечивающего надежное соединение контактов. Если такого разъема нет, жгут лучше подсоединить наглухо путем пайки. В этом случае вся машина "укладывается" в размеры средней толщины папки для бумаг.

Клавиатура содержит 16 кнопок, из которых кнопки К1 К8 служат для ввода данных, кнопки К9 — К11 — для управления вводом данных, а кнопка К12 — для управления запуском про­граммы. Кнопки К13К16 не задействованы. Кроме того, имеются еще две управляющие кнопки и один переключатель. Кнопка К17 предназначена для пошагового выполнения про­граммы. При ее нажатии происходит выполнение одного машин­ного цикла (см. § 4.4). Переключатель К18 предназначен для выбора режима работы ПМЭВМ. Он имеет два положения: "шаг" и "автомат". В положении "автомат" переключатель замкнут и происходит автоматическое выполнение программы. В положении "шаг" программу можно пропустить в пошаговом режиме путем многократного нажатия кнопки "машинный цикл" К17. Кнопка К19 ("сброс") предназначена для обнуле­ния счетчика команд (см. § 4.3).

Светодиоды компонуются в три группы по восемь штук в каждой. Они отображают состояния трех портов вывода. Схемы подключения светодиодов и клавиатуры описываются в § 7.3.

Прежде чем переходить к рассмотрению функциональной схе­мы ПМЭВМ, поговорим о том, как организованы связи между блоками в вычислительной машине.

4.2. ОСНОВНЫЕ СВЯЗИ И СТРУКТУРА ШИН В микроЭВМ, построенных на базе микропроцессоров, все связи между отдельными функцио­нальными блоками осуществляются, как правило, так называе­мыми шинами. Под шиной подразумевается физическая группа линий передачи сигналов, обладающих функциональной общ­ностью (по каждой линии передается один двоичный разряд информации). Так, например, данные в машине обычно переда­ются к различным ее функциональным узлам параллельно по восьми линиям. Физически шины реализуются в виде параллель­ных проводящих полосок печатной платы или в виде связанных в жгут проводов. Соответствующая группа из восьми линий передачи данных называется 8разрядной шиной данных. Кроме шины данных в микроЭВМ выделяют шину передачи адресов, или шину адреса, и шину управления. МикроЭВМ с такой орга­низацией связей относят к системам, обладающим архитектурой с тремя шинами.

Рис. 4.2. Упрощенная архитектура ЭВМ с тремя шинами Типовые связи в архитектуре ЭВМ с тремя шинами в общем случае будут иметь вид, представленный на рис. 4.2, если в ка­честве основных функциональных блоков машины использовать микропроцессорный блок (МБ), ОЗУ, ПЗУ и порты ввода/вы­вода. Линии шин адреса (ША) и управления (ШУ) являются однонаправленными [Здесь не рассматривается режим прямого доступа к памяти]. В них сигналы протекают в одном направ­лении — от центрального процессорного элемента ко всем остальным блокам. Шина адреса является 16разрядной. Число линий шины управления определяется составом сигналов, фор­мируемых системным контроллером.

Передаваемые по ША сигналы формируются в МП. Они необ­ходимы для определения пути передачи внутри микроЭВМ, в том числе для выбора ячейки памяти, куда необходимо за­нести или откуда необходимо считать информацию. В опреде­лении тракта передачи данных могут принимать участие и управ­ляющие сигналы, подсоединяющие или, напротив, блокирующие те или иные устройства микроЭВМ.

В отличие от ША и ШУ шина данных (ШД) является шиной двунаправленной. Данные по линиям шины могут передаваться от микропроцессора к какомунибудь устройству микроЭВМ либо пересылаться в МП от какогото устройства, доступ к ко­торому обеспечивают сигналы адресной шины.

Естественно, что в каждый момент времени данные могут передаваться лишь в одном направлении, определяемом режи­мом работы микропроцессора. К основным режимам работы МП можно отнести: запись данных в память машины; чтение данных из памяти машины; пересылку данных в устройство ввода/вы­вода; чтение данных с устройства ввода/вывода; выполнение операций с содержимым внутренних регистров микропроцес­сора.

При реализации последнего режима внешние по отношению к МП шины микроЭВМ не используются, т. е. все действия происходят внутри МП. Реализация первых четырех режимов оказывает определяющее влияние на работу шины данных.

Работа по реализации программы любой микроЭВМ, по­строенной по типу архитектуры с тремя шинами, состоит в вы­полнении следующих действий для каждой команды про­граммы.

1. Микропроцессор формирует адрес, по которому хранится код операции команды, переводя в соответствующее состояние шину адреса.

2. Код операции считывается из памяти по сформированному адресу и пересылается в микропроцессор.

3. Команда дешифрируется (идентифицируется) микропро­цессором.

4. Микропроцессор "настраивается" на выполнение одного из перечисленных выше пяти основных режимов в соответствии с результатами дешифрирования считанного из памяти кода команды.

Перечисленные выше пять режимов являются основными, но не единственно возможными. Существуют и другие, рас­сматриваемые в гл. 6.

Перейдем теперь к окончательному оформлению функ­циональной схемы ПМЭВМ.

4.3. ОБЩАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ПМЭВМ Кроме микропроцессорного бло­ка, функциональное назначение которого мы уже определили, в состав ПМЭВМ входят оперативное и постоянное запоминаю­щие устройства и порты ввода/вывода. Все эти блоки связаны между собой через шины адреса и данных. Шина управления в ПМЭВМ состоит всего из четырех линий передачи сигналов, причем в каждом режиме работы микропроцессора активна только одна линия.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 24 |




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.