Электротехника и основы электроники

Буквы RG на рисунке означают регистр;

на входы D1 – Dn подается код числа для

записи, C3 – вход команды записи; CЧ1,

СЧ2 – входы для команды считывания;

R – установка регистра в нулевое поло-

жение; Q1, Qn – выходы.

Рис. 23

МИКРОПРОЦЕССОРЫ

Микропроцессором (МП) называют программно управляемое микро-электронное устройство, осуществляющее обработку цифровой информации. Микропроцессор содержит одну или несколько больших интегральных схем. В случае использования нескольких больших интегральных схем они должны быть совместимы, т.е. предназначены для совместного применения с общими источниками питания, иметь единую систему логических сигналов, одинаковую разрядность и быстродействие.

Микропроцессор реализует такие функции, как выборку в предписан-ной программной последовательности, декодирование и управление выпол-нением команд, а также выполнение операций тестирования и преобразова-ния данных. Таким образом, он осуществляет заданную в виде программы последовательность действий – процесс, откуда и название – процессор.

МП оперирует информацией в двоичной системе счисления. Каждый разряд двоичного числа называется битом. Информация, которую обраба-тывает микропроцессор, представляется группой битов, которые составляют слово. Количество битов в слове зависит от типа МП и может быть 4, 8, 12, 16 и т.д. Количество битов в слове, предназначенное для передачи данных, равно числу проводников и образует так называемую шину данных.

Группа, состоящая их восьми битов называется байтом. Деление слова на байты позволяет упростить представление двоичного кода, применив шестнадцатиричную форму записи. Представление двоичного слова в шестнадцатиричном коде позволяет уменьшить вероятность появле-ния ошибок при составлении программы работы микропроцессора.

МП представляет собой СБИС – тонкую пластину кристаллического кремния в форме прямоугольника со сторонами размером от 3 до 7 мм. Пластина монтируется в пластмассовый или металлический корпус шириной 10 – 15 мм и длиной 20 – 70 мм. Вдоль длинных сторон корпуса распола-гаются выводы в количестве 16 – 60 для соединения МП с другими устройст-вами. Первый МП появился в 1971 году, содержал 2250 транзисторов из четырех кристаллов, с кристаллом ОЗУ емкостью 32 бита. Уже в 1974 г. был разработан МП К580, содержащий 5 тыс. транзисторов с памятью 64 Кбайта (1 Кбайт =1024 =2 ), а в 1984 г. был разработан МП типа К1810, содержащий 29 тыс. транзисторов с памятью в 1 Мбайт (2І°).

Применение микропроцессорных модулей: 80% МП – это встраи-ваемые устройства в различные автоматизированные системы управления и 20% - используются для построения ЭВМ. По прогнозам к 2000 г. число выпускаемых МП превысит число электрических ламп и составит 5 – 10 млрд. штук.

Упрощенная структурная схема микропроцессора серии К580 МК 80 А представлена на рис. 24.

Рис. 24

МП состоит из схем, реализующих арифметические и логические операции над данными различных регистров, служащих для временного хранения и преобразования данных и команд, а также устройств управления и связи с внешними блоками.

МП применяют совместно с запоминающим устройством программы (ЗУП), с запоминающим устройством данных (ЗУД), а также с устройством ввода-вывода (УВВ).

Система, состоящая из микропроцессора и указанных устройств, получила название микропроцессорной системы, или микроЭВМ (рис. 25).

Рис. 25

Функционирование всех узлов и блоков микропроцессорной системы осуществляется с помощью генератора тактовых импульсов.

Регистр команд PpК предназначен для хранения в МП команды, считанной из ЗУП, на период ее выполнения. Выполнение команды осуществляется блоком управления БУ, который связан с общими регистрами МП.

Аккумулятор АК представляет собой основной регистр, предназначенный для ввода данных в МП и вывода их из него. В аккумулятор поступает операнд (числа) из ЗУД перед проведением соответствующей операции в арифметико-логическом устройстве. В аккумулятор же вводится результат проведенной в АЛУ операции.

Арифметическо-логическое устройство АЛУ осуществляет операции сложения, вычитания, сравнения, а также операции И, ИЛИ над двумя числами (операндами) с выдачей результата по одному выходу. Вид операции задается командным кодом, содержащимся в регистре команд.

Регистр временного хранения РрВXр предназначен для хранения данных перед проведением операций в АЛУ. Если, например, требуется провести операцию арифметического сложения двух чисел, то одно число предварительно хранится в аккумуляторе, а второе – в одном из регистров временного хранения.

Счетчик команд СК содержит адрес команды выбираемой PpК из ЗУП в текущий момент времени. Он представляет собой суммирующий счетчик, содержание которого увеличивается на единицу к концу выполнения текущей команды.

Если МП работает с подпрограммами, то в СК записывается предварительное число, соответствующее адресу первой команды подпрограммы, а по завершении последней команды в подпрограмме счетчик устанавливается на адрес команды основной программы.

SP – стековый регистр – производит операции записи и извлечения чисел. Содержимое SP автоматически уменьшается на 2 после каждой записи и увеличивается на 2 после каждого извлечения. Необходимость работы стекового регистра возникает при обращении к подпрограммам для записи адреса возврата из подпрограммы.

Рр Пр – регистр признаков. В разрядах Рр Пр записывается информация в двоичном коде о разрядах переноса, знака, признаках четности и нуля.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Высш. шк., 1982.- 496с.

2. Основы промышленной электроники: Учеб. для неэлектротехничес- ких спец. вузов / В.Г. Герасимов, О.М. Князьков, А.Е. Краснопольский, В.В. Сухоруков; Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: Высш. шк.,- 1986. - 336 с.

3. Электротехнический справочник: В 3тт. Т.2. Электротехнические изделия и устройства.- М.: Энергоатомиздат, 1986.- 712 с.

4. Основы радиоэлектроники: Учеб. пособие / Ю.П. Волощенко, Ю.Ю. Мартюшев, И.Н. Никитина и др.; Под ред. Г.Д. Петрухина.- М.: Изд-во МАИ, 1993.- 416 с.

5. Барков В.А. Электроника робототехнических систем. Усилительно-преобразовательные устройства.: Учеб. пособие.- СПб.: СПбГТУ, 1993.- 144 с.

6. Хоровиц П., Хилл У. Искуство схемотехники: В 3 тт.: Пер. с англ.- М.: Мир, 1993. Т.1. 598 с.

7. Фишер Дж., Гетланд Х.Б. Электроника – от теории к практике: Пер. с англ.- М.: Энергия, 1980.- 400 с.