У лівій частині
рис. 1.2 розташовані регістр команд,
дешифратор кода операції та
ПУ (хоча дешифратор відноситься
до ПУ, він намальований окремо
для більшої наочності). Стековий
регістр адреси на малюнку
відсутня, так як стік представляє
собою певну зону ОЗП.
Обмін інформацією
між регістрами та іншими блоками
мікропроцесора проводиться через
внутрішню шину даних, причому
передачі команд і даних розділені
в часі. Зв'язок із зовнішнім
шиною даних здійснюється через
буферний регістр даних.
Мікропроцесор - це
програмно-керований пристрій. Процедура
виконуваної ним обробки даних
визначається програмою, тобто
сукупністю команд. Команда ділиться
на дві частини: код операції
та адресу. У коді операції
полягає інформація про те, яка
операція повинна бути виконана
над даними, що підлягають обробці.
Адреса вказує місце, де розташовані
ці дані (в регістрах загального
призначення мікропроцесора, тобто
у внутрішній або зовнішній
пам'яті). Слово даних, яке обробляється,
представляє один байт. Команда
може складатися з одного, двох
чи трьох байтів, послідовно розташованих
в пам'яті.
Перший байт команди
містить код операції. Лічені
на початку інтервалу виконання
команди, званого циклом команди,
її перший байт надходить по
внутрішній шині даних в регістр
команд, де зберігається протягом
усього циклу. Дешифратор коду
операції дешифрує вміст регістра
команд - визначає характер операції
і адреси операндів. Ця інформація
подається в ПУ, яке виробляє
керуючі сигнали, що направляються
в блоки мікропроцесора, які беруть
участь у виконанні даної команди.
У тому випадку,
коли код операції безпосередньо
вказує адресу даних - об'єкта
обробки, операція починається
відразу після зчитування першого
байта команди. Якщо ж у команді
міститься більше ніж один
байт, то інші байти, що несуть
інформацію про адресу комірки
пам'яті, де зберігаються дані,
передаються або в буферний
регістр адреси, або в один
із РЗП тільки після завершення
всієї процедури зчитування команди
або, інакше кажучи, після отримання
повної інформації про місцезнаходження
операндів і про те, яка операція
повинна виконуватися, починається
операція. Розглянемо приклад виконання
операції додавання двох операндів.
Перший операнд зберігається
в акумуляторі, другий в одному
з РЗП (його адреса вказана
в команді), звідки він передається
в проміжний регістр. Відповідно до коду
операції АЛП підсумовує надходять на
його вхід байти і видає результат, який
фіксується в акумуляторі. Цей результат
можна використовувати при подальших
етапах обробки.
Поряд з багатокристальними
і однокристальними МП використовуються
секціоновані або розрядно-модульні
МП. Основною їхньою відмінною
рисою є те, що кожен модуль
призначений для обробки декількох
розрядів машинного слова, а
слово загалом обробляється групою
модулів або секцій, з'єднаних
між собою.
1.1 Області застосування мікропроцесорів
При побудові різних мікропроцесорних
систем обліку підлягають різні технічні
і виробничо-технологічні фактори,
що впливають на ефективність використання
систем в апаратурі. Склад апаратури
МПС повинен забезпечувати: - просте
нарощування розрядності і продуктивності,
- можливість широкого розпаралелювання
обчислювач-ного процесу, - ефективну
обробку алгоритмів вирішення різних
завдань, - простоту технічної та математичної
експлуатації.
Сама МПС, будучи
оснащеної різними пристроями
введення - виведення (ПВВ) інформації,
може застосовуватися в якості
закінченого вироби. Проте часто
до МПС необхідно подавати
сигнали від безлічі вимірювальних
датчиків і виконавчих механізмів
будь - якого складного об'єкта
управління або технологічного
процесу. У цьому випадку вже
утворюється складна обчислювальна
система, центром якої є МП.
Прості в архітектурному виконанні
мікропроцесори застосовуються
для вимірювання часових інтервалів,
управління найпростішими обчислювальними
операціями (у калькуляторах), роботою
кіно-, фото-, радіо-і телеапаратури.
Вони використовуються в системах
охоронної та звукової сигналізації,
приладах і устаткуванні побутового
призначення. Бурхливо розвивається
виробництво електронних ігор з використанням
мікропроцесорів. Мікропроцесори набули
широкого застосування в медицині також.
1.2 Приклади застосування мікропроцесорів
в медичній практиці
Як приклад по розробці
спеціалізованих контролерів, призначених
для застосування при розробці медичної
техніки широкого призначення, розглянемо
сімейство контролерів [60]. У комплект
контролерів входять декілька типів.
1. Одноплатний мікропроцесорний
контролер ОКМК-1-02 побудований на
основі однокристальної мікро-ЕОМ
типу КР1816ВЕ35. володіє розвиненою
системою команд, вбудованому оперативною
пам'ятю, таймером, схемами паралельного
інтерфейсу та обслуговування
переривань. До складу мікроконтролера
входять також швидкодіючий ЛЦП
типу К1113ПВ1 з аналоговим комутатором
на чотири входи КР590КМ6, постійна
пам'ять. К573РФ5 на 2 «Байта і паралельний
периферійний адаптер КР580ВВ55А.
Контролер ОКМК-1-02 призначений для
вбудовування в медичні прилади
для організації функцій управління,
обробки сигналів, взаємодії із
зовнішніми пристроями. Цей контролер
вже використано в апаратах
штучної вентиляції легенів ШВЛ
«Спірон-301» і «Спіром-303», спіромоніторе
СМ-5, електрохірургічної високочастотному
апараті для ендоскопії «Ендотом-1»,
офтальмотонографі ОТГ-А та інших
розробках і показав ефективність
вирішення всіх перерахованих
завдань. Він придатний звичайно
ж і для застосування в електрофізіологічної
і фотометричної апаратури.
2. Одноплатний мікропроцесорний
контролер ОКМК-1-04 складається з
однокристальної мікро-ЕОМ типу
КР1816ВЕ35. має постійну пам'ять
2кБайт (мікросхема К573 РФ5). Паралельний
периферійний адаптер КР580ВВ55А
(24 лінії введення-виведення), програмований
таймер КР580ВІ53 з трьома 16-ти розрядними
лічильниками. Контролер ОКМК-1-04 призначений
для вбудовування в медичні прилади, де
може виконувати функції управління, вимірювання
і генерації часових послідовностей, взаємодії
з периферійними пристроями в реальному
часі.
Контролер вже використовується
в апараті для високочастотної
ШВЛ «Спірон-601» ультразвуковому
ехоофтальмометрі ЕОМ-24 і ін.
3. Одноплатний мікропроцесорний
контролер ОМК-3-03 виконаний, як
двопроцесорна система спеціально
сконструйована для вирішення
завдань, що вимагають обробки
даних в реальному часі. У контролері
використовуються паралельно працюють
процесори К580ВМ80А і К1816ВЕ35. Причому
процесор К1816ВЕ35 використовується
звичайно як консоль оператора.
Цей контролер знайшов застосування
в апараті ШВЛ «Спірон-201»
в діалізному апараті АДС-1І1Н-А-01
в комплексі технічних засобів
для безнирковому очищення крові
«Ренат-01» в автоматизованому
аналізаторі кислотно-лужної рівноваги
крові «АКОР-А» і ін.
У сучасних системах
аналізу експериментальних даних
все більш широке застосування
знаходять електронні обчислювальні
машини п. зокрема персональні
комп'ютери, за допомогою яких
вирішуються різні завдання щодо
збору та обробки даних. Ці
засоби ефективно використовуються
і при обробці електрофізіологічні
та фотометрическом інформації.
Опис автоматизованого комплексу
аналізу сигналів шкірно-резистивном
реакції (КРР) на основі ПЕОМ
типу 1ВМ РС / ХТ.[5]
Комплекс забезпечує знімання
і поділ сигналів КРР на складові,
управляє процесом реєстрації сигналів
на магнітографі та їх подальшим багатопараметричних
аналізом. Він розрахований на спільну
синхронну роботу з пристроями пред'явлення
звукових та зорових стимулів, що дозволяє
використовувати його для вирішення
дослідницько-діагностичних завдань,
пов'язаних з оцінкою функціональних
станів.
Вимірювання провідності
шкіри здійснюється при харчуванні
вимірювальної ланцюга постійним
струмом при напрузі в 1В.
Отриманий сигнал ШРР поділяється
на тонічну і фізичну складові
за допомогою фільтра верхніх
частот, який має постійну часу 1 с. З метою
зменшення проникнення у вимірювальний
канал перешкод промислової частоти на
вході встановлений фільтр нижніх частот
з частотою зрізу 10 Гц на рівні - 6 дБ.
Виділення в сигналі
тонічної і фазичної складових
(або фонового рівня і реакції)
пов'язане з дослідженням стану
активності різних структур (мезенцефальної
і таломічної) ретикулярної формації.
Найбільші труднощі зустрічаються
при вивченні фазичної складової,
величина якої становить лише
кілька відсотків від топічної.
Сигнал фазичної складової оцінюється
по амплітуді і латентного
періоду, широко використовується
опенька амплітуди фазичної реакції
у відсотках по відношенню
до топічної рівня. Форма сигналу
фізичної становить дає можливість
виділити такі параметри, як
час наростання і час спаду
реакції, які мають інформативне
значення.
На рисунку 1.3 а)
представлена блок-схема апаратної
частини автоматизованого комплексу,
який працює таким чином. Блок
1 містить схему, за допомогою
якої виділяється сигнал ШРР:
ця ж схема розділяє сигнал
на топічну і фазичну складові.
Складові сигналу, а також синхросигнали
стимулятора, супроводжуючі подачу
подразником пацієнтові, реєструються
на трьохканальному самописці
4. Ці ж сигнали і текстової
коментар експериментатора записуються
на чотирьохканальною магнітограф
2. Для наступної цифрової обробки
записані сигнали вводять через
АЦП 3 в ПЕОМ 5. Результати обробки
виводяться па принтер і на
самописець 4 (див. рис.1.3 б).
Автоматизований комплекс
містить наступне програмно-алгоритмічне
забезпечення:
- програму введення, що
здійснює формування аналізованих
інтервалів, корекцію базової лінії,
введення сигналів в ПЕОМ та
створення файлу даних.
- програму обчислення
параметрів сигналу ШРР;
- програму виводу результатів
обробки на принтер і самописець.
Алгоритми введення і обробки
сигналів в ПЕОМ передбачають
виділення та оцінку таких
параметрів ШРР: рівня тонічної
складової: амплітуди фізичної
становить, вираженою у відсотках від
рівня топічної складової: латентного
періоду, визначеного за досягненні амплітуди
сигналу встановленого порогу: латентного
періоду, визначається опосередковано
за формою сигналу реакції; інтервалу
часу від моменту подачі подразника до
моменту досягнення максимальної амплітуди
сигналу: періоду наростання реакції від
50 до 100% амплітуди сигналу.
Для економії обсягу
оперативної пам'яті ПЕОМ з
безупинно надходять з магнітограф
сигналів виділяються і аналізуються
тільки ті відрізки аналогового
запису, які містять реакції, викликані
подразниками. Початок відрізка
аналізу визначається за синхросигнали
стимулятора, супроводжуючого пред'являються
пацієнтові подразник. Тривалість
інтервалу епохи аналізу задається
програмно до початку обробки
сигналів. Так само (тобто програмним
способом) задаються число інтервалів,
що підлягають аналізу, і величина
порогу початку вимірювань.
Накопичення інформації
у формі файлів даних дозволяє
виробляти зміна задаються з
клавіатури ПЕОМ умов аналізу
й неодноразово обчислювати параметри
сигналу, не повторюючи процес
введення з магнітограф, що
спрощує роботу з комплексом
і значно економить час.
Ще одним прикладом
використання ПЕОМ в електрофізіологічних
дослідженнях може служити система
для оцінки стану периферичної гемодинаміки
на основі аналізу реографічних даних
[6]. Система включає чотирьох канальний
Реограф типу Р4-02, дисплеї, алфавітно-цифровий
друкуючий пристрій (АЦПУ), осцилограф,
ЕОМ типу «Електроніка-60М». До складу
ЕОМ включені чотирьохканальний
десятирозрядний АЦПУ, перепрограмований
запам'ятовуючий пристрій, процесор
і інтерфейси зовнішніх пристроїв.
Система реалізує вимір таких
параметрів периферичної гемодинаміки:
периферичного кровотоку, хвилинного
периферичного кровотоку, відносини
периферичних кровотоків двох каналів
(першого і другого, третього і
четвертого), відносини площ систолічної
та діастолічної гілок реограми, відносини
площ систолічної та діастолічної гілок
до повної площі циклу. Зазначені параметри
зручно використовувати для оцінки периферичного
кровотоку цікавлять ділянок тіла, а також
для порівняльної оцінки кровопостачання
симетричних органів (наприклад, верхні
і нижні, праві і ліві долі легенів).
Комплекс алгоритмів
і програм системи забезпечує
її функціонування в наступних
режимах:
- введення за заданому
числу каналів калібрувального
сигналу реографія;
- вимірювання калібрувальних
коефіцієнтів у кожному із
заданих каналів;
- введення в ЕОМ досліджуваних
аналогових сигналів реографі:
- вимірювання необхідних
параметрів реограми в кожному
з каналів;
- обчислення показників кровонаповнення
і виведення їх значень на
АЦПУ.
Рисунок 1.3 - Структурна схема
апаратної частини автоматизованого комплексу
для аналізу сигналів шкірно-резистивної
реакції
2.Розрахункова частина
Завдання
А.Пристрій прочитування поштових
символів.
Б.Перетворювач двійкового
коду в зворотній код.
В.Пристрій постійного запам’ятовування
16 х 4 за програмою:
1010, 1000, 1001, 0100, 0100, 1011, 0111, 0000,
0101, 1010, 0110, 1111, 1101, 1011, 1110, 0111.
Г.Повний чотири розрядний
паралельний суматор – віднімач
з накопиченням інформації.
Виконання завдання
Необхідно розрахувати і
побудувати пристрій, представлений
на рис. 2.1, таке, що складається з окремих
блоків: А, Б, В, Г сполученими між собою
чотири розрядними шинами даних.