Счётчики

Микропроцессор

Центральный микропроцессор - это мозг компьютера. ЦП выполняет следующие функции:

· управление и координация работы всех других компонентов микрокомпьютера;

· выборка команд и обрабатываемых данных из основной памяти;

· декодирование команд;

· выполнение с помощью АЛУ арифметических, логических и других операций, закодированных в командах;

· передача данных между микропроцессором и основной памятью, а также между микропроцессором и устройствами ввода-вывода;

· отработка сигналов от устройств ввода-вывода, в том числе отработка сигналов прерывания с этих устройств.

Модели процессоров включают следующие совместно работающие устройства:

АЛУ (арифметико-логическое устройство) выполняет основную работу по переработке информации, хранимой в оперативной памяти. В нем выполняются арифметические и логические операции. Кроме того, АЛУ вырабатывает управляющие сигналы, позволяющие ЭВМ автоматически выбирать путь вычислительного процесса в зависимости от получаемых результатов. Операции выполняются с помощью электронных схем, каждая из которых состоит из нескольких тысяч элементов. Микросхемы имеют высокую плотность и быстродействие.

АЛУ формирует по двум входным переменным одну – выходную, выполняя заданную функцию (сложение, вычитание, сдвиг и т.д.). Выполняемая функция определяется микрокомандой, получаемой от устройства управления. АЛУ содержит в своем составе т.н. флаговый регистр - устройство, хранящее характеристику результата выполнения операции над данными. Программный анализ флагов позволяет производить операции ветвления программы в зависимости от конкретных значений данных.

УУ (устройство управления) – вырабатывает распределенную во времени и пространстве последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и выполнение команд.

На этапе цикла выборки команды УУ интерпретирует команду, выбранную из программной памяти.

На этапе выполнения команды, в соответствии с типом реализуемой операции УУ формирует требуемый набор команд низкого уровня для АЛУ и других устройств (микрокоманды). Эти команды задают последовательность простейших низкоуровневых операций (микроопераций), таких, как пересылка данных, сдвиг данных, установка и анализ признаков, запоминание результатов и др. Последовательность микрокоманд, соответствующая одной команде, называется микропрограммой.

В простейшем случае УУ имеет в своем составе три устройства:

· регистр команды, содержащий код команды во время ее выполнения;

· программный счетчик, содержащий адрес очередной подлежащей выполнению команды;

· регистр адреса, в котором вычисляются адреса операндов, находящихся в памяти.

AGU (Address Generation Unit) – устройство генерации адресов. Это устройство не менее важное, чем АЛУ, т.к. оно отвечает за корректную адресацию при загрузке или сохранении данных. Абсолютная адресация в программах используется только в редких случаях. Как только берутся массивы данных, в программном коде используется косвенная адресация, заставляющая работать AGU.

Математический сопроцессор (FPU). Процессор может содержать несколько математических сопроцессоров. Каждый из них способен выполнять, по меньшей мере, одну операцию с плавающей точкой независимо от того, что делают другие АЛУ. Метод конвейерной обработки данных позволяет одному математическому сопроцессору выполнять несколько операций одновременно. Сопроцессор поддерживает высокоточные вычисления как целочисленные, так и с плавающей точкой и, кроме того, содержит набор полезных констант, ускоряющих вычисления. Сопроцессор работает параллельно с ЦП, обеспечиваю, таким образом, высокую производительность. Система выполняет команды сопроцессора в том порядке, в котором они появляются в потоке. Математический сопроцессор компьютера IBM PC позволяет ему выполнять скоростные арифметические и логарифмические операции, а также тригонометрические функции с высокой точностью.

Дешифратор инструкций (команд). Анализирует инструкции в целях выделения операндов и адресов, по которым размещаются адреса. Затем следует сообщение другому независимому устройству о том, что необходимо сделать для выполнения инструкции. Дешифратор допускает выполнение нескольких инструкций одновременно для загрузки всех исполняющих устройств.

Регистры – внутренняя память процессора. Регистр – это электронное цифровое устройство для временного запоминания информации в форме двоичного числа или кода. Запоминающим элементам в регистре является триггер, который может находиться в одном из двух состояний (0 и 1). В общем случае регистр содержит несколько связанных друг с другом триггеров – по одному триггеру на каждый разряд запоминаемого двоичного числа.

Разрядность регистра - число триггеров в регистре.

Многие регистры специализированы по своей функции.

Регистры считываются и записываются очень быстро, поскольку они находятся внутри центрального процессора. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах.

Основные характеристики процессора:

· Тактовая частота. Любая операция процессора (машинная команда) состоит из отдельных элементарных действий – тактов. В персональном компью­тере тактовые импульсы задает одна из микросхем (специальный генератор импульсов), входящая в микропроцессор­ный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате. Очевидно, что чем чаще следуют импульсы от генератора, тем быстрее будет выполнена операция, состоящая из фиксированного числа тактов. Следовательно, тактовая частота определяется количеством импульсов в секунду и измеряется в мегагерцах – т.е. миллионах импульсов за 1 сек. Разумеется, тактовая частота не может быть произвольно высокой, поскольку в какой-то момент процессор может просто "не успеть" выполнить очередной такт до прихода следующего импульса. Однако инженеры делают все возможное для повышения значения этой характеристики процессора, и на данный момент тактовая частота самых современных процессоров уже превышает 1000 МГц, т.е. 1 ГГц (1 гигагерц).

· Разрядность процессора. Показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Формально эта величина есть количество двоичных разрядов в регистрах процессора и для современных моделей она равна 32. Тем не менее, все не так просто. Дело в том, что помимо описанной "внутренней" разрядности процессора существует еще разрядность шины данных, которой он управляет, и разрядность шины адреса. Эти характеристики далеко не всегда совпадают.

Разрядность МП обозначается m/n/k/ и включает:

m - разрядность внутренних регистров, определяет принадлежность к тому или иному классу процессоров;

n - разрядность шины данных, определяет скорость передачи информации;

k - разрядность шины адреса, определяет размер адресного пространства.

Счётчики

1. Определение, назначение, микрооперации, производимые счетчиками

2. Классификация счетчиков

3. Счётчики с непосредственными связями и последовательным переносом.

4. Счётчики с трактом последовательного переноса

5. Счётчик с параллельным переносом асинхронный (синхронный)

6. Реверсивный счётчик с общим входом сложения-вычитания.

1. Определение и операции, производимые счетчиками, основные параметры.

1.1 Счётчик – цифровой последовательностный автомат, который осуществляет счёт цифровых импульсов и хранение кода числа подсчитанных импульсов.

Рисунок – 2 Структурная схема автомата Мили

1.2 Микрооперации над кодовыми словами:

· Сброс –установка в исходное состояние;

· Предварительная запись начальной информации в параллельной форме;

· Инкремент- увеличение хранящегося кодового слова на +1 (суммирующий счетчик);

· Декремент – уменьшение хранящегося кодового слова на минус 1 (вычитающий счетчик);

· Инкремент и декремент( универсальный счетчик) – - увеличение или уменьшение хранящегося кодового слова соответственно на +1 или минус 1;

· Хранение информации;

· Выдача хранимой конечной информации в параллельной форме.

1.3 Основные параметры:

· M=2ⁿ - коэффициент пересчёта (модуль счёта) – число внутренних состояний счётчика;

· 2^m - информационная ёмкость, основание пересчёта;

· t_k – время установления выходного кода;

· разрешающая способность по времени переключения – минимальный допустимый интервал (min ∆T) между двумя счётными (тактовыми) импульсами;

· максимальное быстродействие – максимальное число импульсов в единицу времени, или максимальная частота переключения счетчика, воспринимаемая без сбоев.

2. Счётчики классифицируются по назначению, типу, количеству используемых триггеров (разрядности), режимам работы, конечному и начальному состоянию, типом переноса (организацией связи между триггерами).

В схемотехнике счётчиков обычно используются счётные Т-триггеры.

Классификация по модулю счёта. Встречаются счётчики:

· одноразрядные;

· многоразрядные;

· двоичные;

· десятичные;

· двоично-кодированные (двоично-десятичные);

· с любым коэффициентом пересчёта.

Счётчики по порядку изменения состояния:

· с последовательным порядком изменения состояния;

· с произвольным порядком изменения состояния;

· суммирующие;

· вычитающие;

· реверсивные.

Счётчики по способу организации счёта:

· синхронные;

· асинхронные.

Счётчики по способу организации цепей переноса:

· с последовательным переносом;

· с параллельным переносом;

· со сквозным переносом;

· с групповым переносом.

Условно - графическое обозначение и принцип действия счетчика

3. Функциональная схема счётчика с непосредственными связями и последовательным переносом.

4. Функциональная схема счётчика с трактом последовательного переноса

t_k,max=n·t_k,тр при переходах ,

где t_k,тр - время установления одного триггера.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 439; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!