В начале 70-х годов успехи технологии в микроэлектронике привели к созданию новой элементной базы электроники — микроэлектронных больших интегральных схем (БИС) {модуль 1 глава 1.6.3}. По степени интеграции (количеству активных элементов: диодов и транзисторов) интегральные схемы (ИС) условно подразделяются на ИС малой степени интеграции — до 100 активных элементов, средней степени интеграции (СИС) — до 1000 активных элементов, БИС — свыше 1000 активных элементов, СБИС — свыше 10000 элементов. Выпуск новой БИС при современном уровне автоматизации проектирования — очень сложный и дорогой процесс из-за больших первоначальных затрат на разработку ее логической структуры и топологии, изготовления фотошаблонов и технологической подготовки производства. Это 0,5-1 год работы большого коллектива. Поэтому изготовление БИС экономически оправдано при их выпуске, исчисляемом десятками-сотнями тысяч штук в год. Выпускать специализированные БИС для каждого конкретного применения практически не реально. В результате поиска областей массового применения микросхем с высоким уровнем интеграции их разработчиками была предложена идея создания одной универсальной БИС или некоторого набора БИС, специализация которых для каждого конкретного случая применения достигается не схемно, а программно. Так появились стандартные универсальные элементы — микропроцессорные БИС со структурой, аналогичной структуре ЭВМ.
Микропроцессор — это процессор, выполненный в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС).
Приставка «микро» к слову «процессор» подчеркивает миниатюризацию процессора в результате высокой степени интеграции образующих его схем. Таким образом, микропроцессор представляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из одной или нескольких программно-управляемых БИС и выполняющий функции автоматической обработки цифровой информации. Его миниатюрные габаритные размеры и незначительная масса, малое потребление энергии открыли возможность введения микропроцессора непосредственно в электронную схему измерительного прибора, средств управления, и других устройств. Микропроцессор намного дешевле, более экономичен и надежен в работе, чем обычный процессор, построенный из набора интегральных схем малого и среднего уровней интеграции.
микропроцессор программа регистр реверсивный
Схема микропроцессора
... элементов. Современные микропроцессоры представляют собой набор БИС, соединенных между собой определенным образом, которые составляют так называемые микропроцессорные комплекты (МПК). Микропроцессорные ... микропроцессорные вычислительные машины - микроЭВМ. В конце 70 - х годов в результате интеграции ... на основе однокристального микропроцессора. Описание структурной схемы микропроцессора. В состав МП ...
Микропроцессорная техника
Микропроцессор включает в себя:
арифметической
- регистры общего назначения (РОН), которые используются для хранения информации — сверхоперативного запоминающего устройства;
— Регистры предназначены для хранения операндов в процессе выполнения операций и функциональных схем, необходимых для выполнения преобразования операндов при передаче их с одного регистра на другой. Количество и назначение РОН в МП зависят от его архитектуры.
- аккумулятор — регистр, из которого берется одно из чисел, с которыми производятся арифметические или логические операции. В него помещается результат;
- счетчик адреса команд, в котором хранится адрес ячейки памяти, в которой записан код текущей команды;
- регистр флагов или условий в него помещаются сведения об особенностях результата выполнения арифметических или логических операций, например, нулевой результат, переполнение (перенос), четность и пр.;
- регистр адреса стека, в котором записан адрес последний занятой под стек ячейки памяти;
- блок управления шинами микропроцессорной системы, схемы формирующей сигналы на внешних шинах микропроцессора и, тем самым, управляющей микропроцессорной системой;
- блок дешифрирования кодов команд.
- Таймер — счетчик — предназначен для подсчета внутренних событий, для получения программно-управляемых временных задержек и для выполнения времязадающих функций МП.
- ОЗУ — служит для приема, хранения и выдачи информации, используемой в процессе выполнения программы.
- ПЗУ — служит для выдачи констант, необходимых при обработке данных в АЛУ.
— КЭШ память — хранит внутри МП копии тех команд операндов и данных, к которым производились последние обращения МП. Если МП необходимо считать данные, имеющиеся в КЭШ, то она их представляет, и нет необходимости обращаться к внешней памяти. В КЭШ помещаются результаты вычислений.
- ША, ШД, ШУ (адреса, данных, управления) — группы линий, по которым передается однотипная информация.
- Шинный интерфейс — выполняет функции согласования действий между внутренними устройствами МП и внешней системой, т.е.
управляет потоками и форматами данных между МП и внешними устройствами.
Классификация
1. По числу БИС:
Однокристальные, Многокристальные
2. По назначению:, Универсальные микропроцессоры
специализированных микропроцессоров,
3. По виду обрабатываемых сигналов:
— Цифровые — т.е. работающие с числовыми данными.
Аналоговые
4. По количеству выполняемых программ:, Однопрограммные, Не загружаемые МП, Загружаемые МП, Много- или мультипрограммные микропроцессоры, По типу параллелизма операндов:, Скалярные МП, Векторные МП, МП с набором инструкций типа SIMD
Примечание. В настоящее время, практически все фирмы-изготовители универсальных МП, имеют в своих изделиях SIMD технологии, это: MMX (Intel), AltiVec (PowerPC), MDMX (MIPS), Max-2 (HP), VIS (SPARC), MVI (Alpha) и др. Причем, часто такие технологии называют SWAR (SIMD Within A Register — SIMD внутри регистра).
Технические средства обработки информации
... является одним из главных универсальных средств вывода информации, которое показывает, что делает ... решения различных трудоемких научно-технических задач, а также для ... данных, некоторые управляющие программы).ВЗУ-устройства гораздо большей емкости, чем ОЗУ, но существенно более медленны. 3.2 Принцип последовательного выполнения ... мониторов, кроме самых дешевых, инструкций по настройке отображаются на ...
Их присутствие обусловлено реализацией таких приложений, как: — Упаковка/распаковка звука, видео и изображений
- Протоколы передачи данных
- Шифрование
- Построение реалистических изображений в реальном времени
- Распознавание речи и образов
- Нейронные сети
По типу параллелизма работы МП:, Суперскалярные МП, Мультискаляные МП
— VLIW МП — являются неким промежуточным звеном между суперскаляными и мультискалярными МП (но ближе к первым).
Командное слово типа VLIW формируется компилятором и содержит не одну, а несколько инструкций, которые могут (и должны) выполняться одновременно.
5. По характеру временной организации работы:, Синхронные микропроцессоры, Асинхронные микропроцессоры
6. По объему набора инструкций:
— CISC — Complete Instruction Set Computer — процессоры с полным набором инструкций . С одной стороны широкие возможности программирования, но с другой стороны, система команд не простая, что усложняет обработку инструкций и препятствует увеличению частоты МП.
- RISC — Reduced Instruction Set Computer — процессоры с сокращенным набором инструкций . Простая система коротких инструкций позволяет быстро декодировать и выполнять их за минимальное время (в пределе за 1 такт).
Регистр
Регистр — быстродействующие ячейки памяти, иногда представляется отдельным устройством, используемое для хранения n -разрядных двоичных данных и выполнения преобразований над ними.
Регистр представляет собой упорядоченный набор триггеров, обычно D-, число n которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами.
Основой построения регистров являются: D-триггеры, RS-триггеры, JK-триггеры.
Классификация регистров
Регистры классифицируютсяпо следующим видам:
- накопительные (регистры памяти, хранения)
- сдвигающие или сдвиговые
В свою очередь сдвигающие регистры делятся:
- по способу ввода-вывода информации:
- параллельные: запись и считывание информации происходит одновременно на все входы и со всех выходов;
- последовательные: запись и считывание информации происходит в первый триггер, а та информация, которая была в этом триггере, перезаписывается в следующий — то же самое происходит и с остальными триггерами
- комбинированные;
- по направлению передачи информации:
- однонаправленные;
- реверсивные
Типы регистров , Регистры различают по типу ввода (загрузки, приёма) и вывода (выгрузки, выдачи) информации:
1. С последовательным вводом и выводом информации
2. С параллельным вводом и выводом информации
3. С параллельным вводом и последовательным выводом. Например: SN74LS165J(N), SN74166J(N), SN74LS166J(N)
4. С последовательным вводом и параллельным выводом. Например: SN7416J(N), SN74LS164J(N), SN74LS322J(N), SN74LS673J(N)
Система сбора и обработки информации
... информационных систем является задача построения системы сбора и передачи информации, которая предназначена для сбора информации поступающей с датчиков и кодирование ... регистра последовательно во времени триггер, начиная со старшего разряда, переводит в положение 1 соответствующий разряд ... системе для каждого шага сложного процесса обработки сигнала обычно требуется отдельная схема. В цифровой системе ...
Использование триггеров с защёлками с тремя состояниями на выходе, увеличенная (по сравнению со стандартными микросхемами серии) нагрузочная способность позволяют использовать (в микропроцессорных системах с магистральной организацией) регистры непосредственно на магистраль в качестве регистров, буферных регистров, регистров ввода-вывода, магистрального передатчика и т. д. без дополнительных схем интерфейса.
Помимо вышеописанных двоичных регистров, регистр может основываться и на иной системе счисления, например троичной или десятичной.
Параллельные регистры
В параллельных (статических) регистрах схемы разрядов не обмениваются данными между собой. Общими для разрядов обычно являются цепи тактирования, сброса/установки, разрешения выхода или приема, то есть цепи управления. Пример схемы статического регистра, построенного на триггерах типа D с прямыми динамическими входами, имеющего входы сброса и выходы с третьим состоянием, управляемые сигналом EZ.
Сдвигающие (последовательные) регистры
Последовательные (сдвигающие) регистры представляют собою цепочку разрядных схем, связанных цепями переноса. Основной режим работы — сдвиг разрядов кода от одного триггера к другому на каждый импульс тактового сигнала. В однотактных регистрах со сдвигом на один разряд вправо слово сдвигается при поступлении тактового сигнала. Вход и выход последовательные.
Согласно требованиям синхронизации в сдвигающих регистрах, не имеющих логических элементов в межразрядных связях, нельзя применять одноступенчатые триггеры, управляемые уровнем, поскольку некоторые триггеры могут за время действия разрешающего уровня синхросигнала переключиться неоднократно, что недопустимо. Появление в межразрядных связях логических элементов, и тем более, логических схем неединичной глубины упрощает выполнение условий работоспособности регистров и расширяет спектр типов триггеров, пригодных для этих схем. Многотактные сдвигающие регистры управляются несколькими синхропоследовательностями. Из их числа наиболее известны двухтактные с основным и дополнительным регистрами, построенными на простых одноступенчатых триггерах, управляемых уровнем. По такту С1 содержимое основного регистра переписывается в дополнительный, а по такту С2 возвращается в основной, но уже в соседние разряды, что соответствует сдвигу слова. По затратам оборудования и быстродействию этот вариант близок к однотактному регистру с двухступенчатыми триггерами.
Регистром называется устройство, состоящее из нескольких триггеров и предназначенное для выполнения операций приёма, хранения и передачи информации. Наиболее распространены статические регистры. Каждому разряду слова, записанного в такой регистр, соответствует свой разряд регистра, выполненный на основе статического триггера. Разряды регистра нумеруются в порядке нумерации разрядов в слове. Из регистров слова обычно поступают на комбинационные логические схемы, где над ними производят логические операции. Результат операции, представляемый одним или несколькими словами, заносится в регистры результата.
Регистры делятся на параллельные, последовательные и параллельно-последовательные
Обзор генераторов псевдослучайных чисел
... называемые генераторы псевдослучайных чисел (ГПСЧ). Существуют истинно случайные генераторы. Примером такого может быть, например, игральный куб без смещённого центра тяжести. Линейный регистр сдвига ... примитивным периодом 31. Рисунок 3 - регистр сдвига с линейной обратной связью РСЛОС являются хорошими генераторами псевдослучайных последовательностей, но они обладают некоторыми нежелательными ...
Параллельный статический регистр представляет собой совокупность D-триггеров в соответствии с рисунком 3.52, имеющих общие сигналы управления и синхронизации и индивидуальные информационные входы для приёма разрядов записываемого в регистр слова. Каждый разряд регистра в общем случае может иметь несколько информационных входов соответственно числу источников информации, подключаемых к входу регистра. Процессы записи и считывания информации в параллельных регистрах обычно разделены во времени, что позволяет использовать в разрядах регистра простейшие триггерные схемы.
Рисунок 3.52 — Структурная схема параллельного регистра
Параллельные регистры могут строиться как по асинхронному, так и по синхронному принципу. В последнем случае тактирующие импульсы стробируют управляющие сигналы. Это позволяет повысить помехоустойчивость устройства, устраняя влияние ложных импульсов, возникающих в процессе формирования управляющих сигналов. Параллельные регистры предназначены для записи и хранения чисел в двоичном параллельном коде.
Последовательный регистр характеризуется последовательной записью слова, начиная с младшего или старшего разряда. Структурная схема последовательного регистра для сдвига от младшего разряда к старшему имеет вид в соответствии с рисунком 3.53.
Последовательные регистры обеспечивают последовательную запись кода двоичного числа. Для этого на информационные входы регистра последовательно подаются значения двоичных разрядов числа. Сдвигающие импульсы передают записанную информацию от разряда к разряду.
Рисунок 3.53 — Структурная схема регистра сдвига
Рассмотрим в качестве примера порядок записи числа 001. Запись числа производится согласно временным диаграммам, приведенными в соответствии с рисунком 3.54. При подаче напряжения высокого уровня на вход D триггера 1, он подготовлен к срабатыванию, и после первого тактового импульса Т он перейдёт в состояние логической единицы.
Рисунок 3.54 — К пояснению принципа работы регистра сдвига
Перед вторым тактовым импульсом на вход D триггера 1 подаётся напряжение низкого уровня, а на вход D триггера 2 -напряжение высокого уровня. После второго тактового импульса состояние триггеров станет 010. Третий тактовый импульс обеспечит перемещение логической единицы в триггер 3. Триггеры 1 и 2 будут в состоянии логического ноля. Запись числа закончена.
Поскольку каждый тактовый импульс сдвигает код числа в регистре на один разряд, то для записи N-разрядного кода требуется N тактовых импульсов
Сдвигающий регистр может использоваться как преобразователь параллельного кода в последовательный. В этом случае триггеры в исходном состоянии устанавливаются в положение, соответствующее параллельному коду. Последовательным выводом числа из регистра получают последовательный код. Обратное преобразование возможно путём снятия параллельного кода с выходов триггеров после ввода в регистр последовательного кода.
Если сдвиг осуществляется, как в сторону старших разрядов, так и в сторону младших, такие регистры называются реверсивными. Для включения режимов сдвига влево или вправо служат дополнительные логические схемы.
Параллельно-последовательный регистр имеет входы и выходы, как для параллельной, так и последовательной формы приёма и передачи слова. На основе таких регистров осуществляются операции преобразования последовательного кода в параллельный и наоборот.
Идентификация, классификация и кодирование объектов. Виды классификаторов. ...
... кодификатору конструкторских организаций, код классификационной характеристики, являющейся информационной частью сообщения, – по Классификатору изделий и конструкторских документов машино- и приборостроения (Классификатор ЕСКД). По ... присущих этим объектам. При этом человек интуитивно стремится выделить минимальное число основных признаков или один, который является идентификатором. Например, при ...
На практике широкое распространение получили универсальные регистры, позволяющие реализовать все типы регистров. Универсальные регистры выпускаются в виде серийных микросхем и входят в состав практически всех серий ЦИМС. Возможности таких регистров можно рассмотреть на примере четырехразрядного универсального регистра К555ИР11, УГО которого имеет вид в соответствии с рисунком 3.55.
Рисунок 3.55 — УГО универсального регистра
Регистр К155ИР11 может выполнять целый ряд функций, поскольку снабжен несколькими входами выбора режимов: S0,S1,DR,DL. Если на входы выбора S0 и S1 поданы напряжения низкого уровня, код регистра сохраняется и задерживается. При напряжениях высокого уровня на этих входах регистра данные от параллельных входов D0-D3 будут загружены в регистр и появятся на выходах Q0-Q3 в момент последующего положительного перепада тактового импульса.
При напряжении низкого уровня на входе S1 и высокого на S0 код поступающий на вход последовательных данных DR сдвигается по регистру вправо (от Q0 к Q3).
При обратном соотношении уровней на входах S1 и S0 код принимается последовательным входом DL и затем при каждом положитель- ном перепаде тактовых импульсов сдвигается влево, т.е. от Q3 к Q0.
Поскольку режимы хранения, загрузки и сдвига синхронные, следует фиксировать момент вводных команд управления режимами. Если на вход R подается напряжение низкого уровня, происходит сброс данных и на входах Q0-Q3 появляются напряжения низкого уровня.
