Разработка узлов микропроцессорной техники

РЕФЕРАТ

Курсовий проект містить: 47 сторінок, 22 рисунки, 6 джерел літератури, 2 додатки.

 

Мета проекту: розробка функціональних вузлів мікропроцесорної техніки за заданими параметрами.

 

Задачі проекту:

- провести схематичну розробку заданих вузлів;

- провести аналіз функціонування розробленої схеми пристрою;

 

В даному курсовому проекті  розглядаються методи аналізу функціонування мікропроцесорних вузлів, принцип побудови їх схем електричних принципових.

 

ДЕШИФРАТОР, БУФЕРНИЙ РЕГІСТР, АКУМУЛЯТОР, ПОСТІЙНИЙ ЗАПАМ’ЯТОВУЮЧИЙ ПРИСТРІЙ, СУМАТОР – ВІДНІМАЧ, АРИФМЕТИЧНИЙ ЛОГІЧНИЙ ПРИСТРІЙ, ПРИСТРІЙ ЗЧИТУВАННЯ ПОШТОВИХ СИМВОЛІВ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зміст:

Вступ…………………………………………………………………………..   3

1.Вживання мікропроцесорів в медицині…………………………………...   5

1.1  Області застосування  мікропроцесорів………………………………… 12

1.2  Приклади застосування мікропроцесорів в медичній практиці…….… 13

2. Розрахункова частина…………………………………………………….... 18

2.1 Розрахунок пристрою  введення інформації………………………….....  19

2.2 Розрахунок перетворювачу  двійкового коду в зворотній код………...   24

2.3 Буферний регістр………………………………………………………….  28

2.4 Пристрій постійного  запам’ятовування 16х4…………………………… 29

2.5 Акумулятор………………………………………………………………..  30

2.6 Логічний арифметичний  пристрій……………………………………….  31

2.7 Пристрій відображення  інформації……………………………………… 34

Висновок……………………………………………………………………….. 46

Література……………………………………………………………………… 47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

 

 

Характерною рисою науково-технічного прогресу, що визначає потужний подальший підйом суспільного виробництва, є широке впровадження електроніки в усі галузі народного господарства.

 Сучасна електронна  цифрова обчислювальна техніка  широко застосовується у народному  господарстві. В даний час створено  чотири покоління ЕОМ з покращує  техніко-економічними показниками,  що сприяє подальшому розширенню  сфери застосування ЕОМ та  їх ефективності.

 Четверте покоління  ЕОМ на основі інтегральних  схем з великим ступенем інтеграції  елементів (ВІС) з'явилася на  початку 70 - х років і істотно  змінило параметри ЕОМ усіх  класів. Разом з тим виник абсолютно  новий клас  на основі ВІС  - мікропроцесорні обчислювальні  машини - мікроЕОМ.

 В кінці 70 - х років  в результаті інтеграції усіх  електронних пристроїв ЕОМ в  одному кристалі були створені  однокристальних мікроЕОМ, обчислювальна  потужність яких не поступається  обчислювальної потужності середніх  ЕОМ початку 70 - х років. 

 Мікропроцесори і мікроЕОМ  стали новим масовим класом  ЕОМ внаслідок малої матеріаломісткості  і вартості, низького енергоспоживання  і високої надійності. Вітчизняною  промисловістю щорічно виробляється  кілька десятків тисяч мікроЕОМ, сотні тисяч мікропроцесорів  і мікрокалькуляторів на їх  основі. Розробляються операційні  системи загального застосування  і стандартне програмне забезпечення  мікроЕОМ.

 Масовість цього нового  класу і його високі техніко-економічні  параметри надають революціонізуюче  вплив на ціле покоління приладів, обладнання, агрегатів з вбудованими  мікропроцесорними засобами.

 Мікропроцесори і мікроЕОМ  застосовують у різних галузях  народного господарства (в управлінні  технологічними процесорами, інформаційних  і вимірювальних комплексах, енергетиці, медицині та ін.) На базі випускаються мікропроцесорів і мікроЕОМ створені високопродуктивні пристрої числового програмного керування. Великосерійне виробництво ряду моделей міні - ЕОМ дозволяє розпочати роботи зі створення декількох типів проблемно - орієнтованих комплексів для автоматизації наукових досліджень і технологічних процесів.

 Побудова ЕОМ на  основі мікропроцесорних БІС  дозволяє зменшити вартість мікроЕОМ, порівнянних за своїми параметрами  з раніше створеними ЕОМ в  103 - 104 разів, габаритними розмірами  - в 104 раз, по потужності споживання - в 105 разів. Це означає, що  без збільшення загальних витрат  мікроелектронна технологія дозволяє  суспільству зробити в сотні  і тисячі разів більше еВ, ніж  раніше.

 Мікропроцесор - функціонально  закінчений пристрій обробки  інформації, керований програмою  з  пам'ятi. Поява мікропроцесорів  (МП) стала можливим, завдяки розвитку  інтегральної електроніки. Це  дозволило перейти від схем  малої і середньої ступені  інтеграції до великих і надвеликих  інтегральних мікросхем (ВІС і  НВІС).

 За логічним функцій  і структури МП нагадує спрощений  варіант процесора звичайних  ЕОМ. Конструктивно він являє  собою одну або декілька ВІС  або НВІС.

 За конструктивною  ознакою МП можна розділити  на однокристальних МП з фіксованою  довжиною (розрядністю) слова і  певною системою команд; багатокристальні (секційні) МП з нарощуваної розрядністю  слова мікропрограмним управлінням  (вони складаються з двох БІС  і більше).

 

 

 

 

 

 

 

1. ВЖИВАННЯ МІКРОПРОЦЕСОРІВ В МЕДИЦИНІ

 

 

 До складу МП (рис.  1.1) входять арифметичне-логічний пристрій, пристрій управління і блок внутрішніх регістрів.

 Арифметичне-логічний  пристрій складається з двійкового  суматора зі схемами прискореного  перенесення, зрушується регістри  і регістрів для тимчасового  зберігання операндів. Зазвичай  цей пристрій виконує по командам  кілька простих операцій: додавання,  віднімання, зсув, пересилання, логічне  додавання (АБО), логічне множення (І), додавання за модулем 2. Пристрій  управління керує роботою АЛП  і внутрішніх регістрів в процесі  виконання команди. Відповідно  до коду операцій, що міститься  в команді, воно формує внутрішні  сигнали управління блоками МП. Адресна частина команди спільно  з сигналами управління використовується  для зчитування даних з певної  комірки пам'яті або для запису  даних у клітинку. За сигналами  ПУ здійснюється вибірка кожної  нової, чергової команди. 

 Блок внутрішніх регістрів  БВР, що розширює можливості  АЛП, служить внутрішньою пам'яттю  МП і використовується для  тимчасового зберігання даних  і команд. Він також виконує  деякі процедури обробки інформації.

На рисунку 1.2 наведена більш  докладна структурна схема однокристального МП. Тут блок внутрішніх регістрів  містить регістри загального призначення  і спеціальні регістри: регістр-акумулятор, буферний регістр адреси, буферний регістр даних, лічильник команд, стека, ознак.

 

 

 

Рисунок 1.1 - Структурна схема мікропроцесору

 

Регістри загального призначення (РЗП), число яких може змінюватися  від 4 до 64, визначають обчислювальні  можливості МП. Їх функція - зберігання операндів. Але можуть виконувати також  і роль регістрів. Всі РЗП доступні програмісту, який розглядає їх як сверхоператівний  запам'ятовуючий пристрій.

 Регістр - акумулятор ("накопичувач"), призначений для  тимчасового зберігання операнда  або проміжного результату дій  виробленої в АЛП. Розрядність  регістра дорівнює розрядності  інформаційного слова. 

 Буферний регістр адреси  служить для приймання і зберігання  адресної частини виконуваної  команди. Можлива кількість адрес,  визначається розрядністю регістру.

 Буферний регістр даних  використовується для тимчасового  зберігання вибраного з пам'яті  слова перед передачею його  у зовнішнє шину даних. Його  розрядність визначається кількістю  байт інформаційного слова. 

 Лічильник команд містить  адресу комірки пам'яті, у якій  можна побачити байти виконуваної  команди. 

 Регістр команд приймає  і зберігає код чергової команди,  адреса якої знаходиться в  лічильнику команд. За сигналом  ПУ в нього передається з  регістра зберігається там інформація.

 Регістри стека діляться  на стек і покажчик стека.  У МП стек - набір регістрів,  що зберігають адреси команд  повернення при зверненні до  підпрограм або стан внутрішніх  регістрів при обробці переривань. Стек може бути виконаний не  тільки на внутрішніх регістрах  МП, складаючи його частину, а  й перебувати в ОЗП, займаючи  там відведену для нього зону. В останньому випадку для звернення  до нього необхідний спеціальний  регістр - покажчик стека. 

 Покажчик стека зберігає  адреси останньої зайнятої комірки  стека, яку називають вершиною. Містить в покажчику число  вказує, де знаходиться вершина  стека. Коли в стек записується  чергове слово, то число в  покажчику стека відповідно збільшується. Витяг слова з стека супроводжується,  навпаки, зменшенням числа, заповнює  покажчик стека. Крім такої  процедури передбачається можливість  зчитування без руйнувань вмісту  будь-якої комірки стека при  незмінному числі, доглянутому  в покажчику стека. 

 Регістр ознак являє  собою набір тригерів - прапорців.  У залежності від результатів  операцій, виконуваних АЛП, кожен  тригер встановлюється в стан 0 або 1. Прапорцеві  біти, що визначають  вміст регістра, индуцирують умовні  ознаки: нульового результату, знака  результату, перевиконання і т.  п. Ця інформація, що характеризує  стан процесора, важлива для  вибору подальшого шляху обчислень. 

 Розглянемо більш детально  основні частини мікропроцесора (рис. 1.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2  – Основні частини мікропроцесору

 

Внутрішня шина даних з'єднує  собою основні частини МП.

Шиною називають групу  ліній передачі інформації, об'єднаних  спільним функціональним ознакою. У  мікропроцесорної схемі використовується три види шин: даних, адрес і управління.

 Розрядність внутрішньої  шини даних т. е. кількість  переданих по ній одночасно  (паралельно) бітів числа відповідає  розрядності слів, якими оперує  МП. Очевидно, що розрядність внутрішньої  і зовнішньої шин даних повинна  бути однією і тією ж. У  восьмирозрядного МП внутрішня  шина даних складається з восьми  ліній, по яких можна передавати  послідовно восьмирозрядних слова - байти. Слід мати на увазі, що по шині даних передаються на тільки у процесі АЛП слова, але і командна інформація. Отже, недостатньо висока розрядність шини даних може обмежити склад (складність) команд і їх число. Тому розрядність шини даних відносять до важливих характеристик мікропроцесора - вона в більшій мірі визначає його структуру (числа розрядів вказані на малюнку в дужках поряд з назвами блоків).

 Шина даних МП працює  в режимі двонаправленої передачі, тобто по ній можна передавати  слова в обох напрямках, але  не одночасно. У цьому випадку  необхідне застосування спеціальних  буферних схем і мультиплексного  режиму обміну даних між МП  і зовнішньою пам'яттю. Мультиплексний  режим (від англійського слова  multiple - багаторазовий, множинний), іноді  званий багатоточковим, - режим одночасного  використання каналу передачі  великим числом абонентів з  поділом у часі коштів управління  обміном. 

 Мультиплексор - пристрій, який вибирає дані від одного, двох (або більше) вхідних інформаційних  каналів і подає ці дані  на свій вихід. Схема мультиплексора  складається з двухвходових логічних  елементів І - АБО, керованих  розподільником імпульсів. Промисловістю  випускаються мультиплексори, які  можуть входити до складу, а  також у вигляді окремих ВІС  (наприклад, восьмівходовий однорозрядних;  двовходовий чотирирозрядний; трехвходовий  чотирирозрядний та ін.)

 Демультиплексор - пристрій, що виконує протилежну мультиплексору  функцію, - подає дані, підводиться  до його входу, на один (або  більше) вихідний інформаційний  канал. 

 Мультиплексори і демультіплексори  дозволяють компонувати з мікропроцесорних  елементів мікроЕОМ для будь-якої  довжини машинного слова. Припустимо, що завдання обробки даних  полягає в складанні двох операндів,  кожен з яких представляє собою  восьмирозрядному двійкове число  - байт. Восьмирозрядному арифметично  - логічний пристрій виконує всі арифметичні і логічні операції. На перший вхід АЛП надходить байт з восьмирозрядного акумулятора, а на другий вхід - з восьмирозрядного проміжного регістру. Результат складання зазначених двох байтів передається з виходу АЛП через внутрішню шину даних в акумулятор. Така організація задовольняє одноадресної організації мікропроцесора. Для неї характерно те, що один з операндів, що беруть участь в обробці, завжди знаходиться в акумуляторі, адреса якого заданий неявно. Тому при виконанні операції додавання двох операндів потрібно вказувати тільки одну адресу - другого операнда, що міститься, наприклад в одному з восьми регістрів загального призначення (РЗП). До АЛП підключені регістр ознак, призначений для зберігання та аналізу ознак результату операції, і схема десяткової корекції (на рис. 1.2 не показано), що дозволяє проводити обробку даних в двійково-десятковому коді.

 До складу мікропроцесора  входять також покажчик стек, лічильник команд, буферний регістр  адреси, ОЗП. Перші два РЗП - регістри W і Z - призначені для  короткочасного зберігання даних  під час виконання команди  (ці регістри недоступні програмісту), інші шість РЗП - регістри B, C, D, E, H і L - cлужат осередками внутрішньої  пам'яті, званої сверхоперативной  запам'ятовуючим пристроєм (СОЗП). У них зберігаються операнди, що підлягають обробки в АЛП,  результати обробки даних, виконаних  в АЛП, і керуючі слова. У  кожному регістрі поміщається  один байт. Звернення до РОН  - адресне. Попарне розташування  регістрів B і C, D і E, H і L дає  можливість проводити обробку  багатобайтових слів, звану обробкою "подвоєною точності". Обмін  даними з РЗП (зчитування та  запис інформації) здійснюється  через мультиплексор, причому  потрібний регістр вибирається  за допомогою селектора регістрів  за сигналом УУ.