Программирование микропроцессорных систем
Методическое пособие - Компьютеры, программирование
Другие методички по предмету Компьютеры, программирование
ешними устройствами и жесткий диск, и флоппи дисковод. Но когда мы начнем изучать типовую схему микропроцессорного устройства, вы убедитесь, что это именно так. Внутри компьютера скрыто еще много устройств, которые по отношению к микропроцессору являются внешними, хотя находятся зачастую не только внутри компьютера, но и непосредственно на материнской плате - главной плате компьютера.
Процессор - это самая главная часть, сердце всей системы. Он предназначен для того, что бы выполнять различные операции с числами. Последовательность этих операций называется программой. Каждая операция кодируется в виде числа и записывается в память. Те числа, с которыми процессор выполняет свои операции, называются данными. Данные также записаны в память. По сути дела, процессор - это цифровой автомат, способный выполнять определенный набор операций с числами. Но главной его особенностью является возможность запрограммировать любую последовательность его действий.
Все три части вычислительной системы связаны между собой, так называемыми шинами данных. По этим шинам передаются цифровые сигналы от процессора к модулю памяти, от процессора - к портам ввода-вывода.
А также и в обратном направлении: от портов ввода вывода и памяти к процессору.
Рис. 1 Основные составляющие компьютерной системы
Какие же операции может выполнять процессор? Во-первых, все простейшие операции, которые можно произвести над числом. Он может читать число из любой ячейки памяти, складывать, вычитать, сравнивать, иногда умножать и делить прочитанные числа. Результат вычислений процессор записывает обратно в память. Кроме арифметических действий, процессор может выполнять логические операции с числами (Булевы функции).
Набор операций, которые процессор способен выполнять с участием портов ввода-вывода, гораздо меньше, чем операций с ячейками памяти. В них также можно записывать и считывать информацию. Однако хранение чисел - это не главное назначение портов.
Определение. Порт ввода - это специальное электронное устройство, на которое извне поступают какие-либо электрические сигналы, предназначенные для управления микропроцессорным устройством. Например, сигналы, возникающие при нажатии клавиш на клавиатуре, сигналы, возникающие при срабатывании различных датчиков, и т. п.
Процессор считывает их в виде чисел и обрабатывает полученные числа в соответствии с алгоритмом управления.
Определение. Порт вывода выполняет обратную функцию. В них процессор записывает различные числа, которые затем поступают на внешние устройства в виде электрических сигналов.
Эти сигналы используются для управления. Управлять можно любым устройством, которое допускает электрическое управление, это: индикаторы; дисплеи; электромагнитные реле; электромоторы; электропневмоклапаны; электрические нагреватели и т. д.
Нужно только усилить управляющие сигналы до требуемой мощности. Кроме перечисленных выше команд в любой микропроцессор заложен набор специальных команд, специфических для задач управления процессом вычислений. В дальнейшем мы остановимся подробнее на всех типах команд микропроцессора.
1. Лабораторная № 1
Триггерные схемы
Триггер - логическое устройство, способное хранить 1 бит данных. (Название единицы информации 1 бит происходит от слов binary digit, т. е. двоичный разряд). К триггерам принято относить все устройства, имеющие два устойчивых состояния. В основе любого триггера находится кольцо из двух инверторов, показанное на рис. 1.1, а. Общепринято это кольцо изображать в виде так называемой защелки, которая показана на рис. 1.1,б. Принципиальная схема простейшего триггера-защелки, выполненного на двух инверторах резисторно-транзисторной логики, дана на рис. 1.1, в. Цепи входного управления у этой защелки нет.
После подачи на триггер напряжения питания состояния его транзисторов могут быть равновероятны: либо насыщен транзистор VT1, а VT2 находится в состоянии отсечки, либо наоборот. Эти состояния устойчивы. Защелка не может работать как мультивибратор. Пусть по каким-то причинам при включении питания на коллекторе одного из транзисторов, например VT1, коллекторное напряжение снижается, тем самым уменьшается базовый ток IБ2 транзистора VT2, следовательно, падает и сила его коллекторного тока IК2. Из-за этого на коллекторе VT2 напряжение Uи.п - I К2R К2 должно повыситься. Если это так, то должен еще быстрее возрастать базовый ток IБ1 транзистора VT1, ускоряя его переход к состоянию насыщения. Этот процесс идет быстро, лавинообразно. Он называется регенеративным. Процесс окончится, когда перестанет изменяться коллекторный ток транзистора VT1 и он перейдет в состояние насыщения. Транзистор VT2 окажется в состоянии отсечки.
Дальнейшее изменение токов IК1 и IК2 станет невозможным. Поскольку защелка симметрична, выключая и включая питание Uи.п можно получить один из двух вариантов устойчивого состояния транзисторов в защелке. Если считать, что напряжение низкого уровня соответствует логическому 0, обнаруживаем, что запись данных в защелку способом включения и выключения питания даст равновероятный, а поэтому неопределенный результат: 1,0 или 0,1. Однозначную запись 1 бита информации в защелку можно осуществить, если снабдить ее цепями управления и запуска.
В настоящее время существует много разновидностей триггерных схем. Все они появились как результат разработки новых цепей запуска. Для записи данных, ?/p>