1. По способу реализации алгоритмов обработки данных.
Известны два таких способа: аппаратный (схемный) и программный.
При аппаратном способе алгоритм обработки задан в виде схемы с жесткими связями между её частями. Число компонентов устройства при этом минимально, но для реше-ния другой задачи создаётся другая схема. Первоначально схемные алгоритмы реализо-вывались на ИМС малого уровня интеграции. В дальнейшем (с середины 1970-х годов) для этого использовались большие и сверхбольшие ИС, названные программируемыми логическими интегральными схемами ПЛИС.
При программном способе алгоритм задан в виде последовательности простых команд. Он реализуется в больших и сверхбольших интегральных схемах БИС/СБИС микропроцессоров МП. Первые такие МП появились в 1960-х годах.
2. По назначению.
Универсальные микропроцессоры МПпредназначены для применения во всех типах ЭВМ, персональных компьютеров,в телекоммуникационном оборудовании, системах
автоматического управления. Работают с 32- и 64-разрядными операндами. В послед- нее время в них включают блоки обработки мультимедийной информации. Взаимодей-
ствие с внешними устройствами и памятью осуществляется через специализированные ИС буферных регистров, шинных формирователей, периферийных адаптеров и т.д.
Цифровые процессоры обработки сигналов ЦПОС –специализированные МП, предназначенные для обработки оцифрованных аналоговых сигналов (речи, изображе-ния). В них осуществляется цифровая фильтрация, формирование многопопозицион-ных сигналов, кодируются речь и изображение. По сравнению с универсальными МП ЦПОС имеют меньшую разрядность и функционально проще. Основные операции, выполняемые ими – это задержка, перемножение и сложение. Сравнительно недавно появились специализированные аудиовизуальные МП.
Микроконтроллеры МК – специализированные МП встроенных систем управления
и обработки данных с разнообразными функциями, а также обеспечения взаимодействие частей систем между собой и внешними устройствами. Количество заложенных в них команд, универсальность, разрядность обрабатываемых данных меньше, чем у МП. Однако в них встроены элементы (ОЗУ, ПЗУ, РПЗУ, порты ввода-вывода и др.), которые при использовании МП выполняются в виде специализированных микросхем.
37)Структура и функционирование процессора
Процессор –это программно-управляемое устройство для обработки цифровой ин-
формации. Процессор состоит из ОУ и УУ (см. рисунок 7.1.1). В ОУ осуществляются непосредственная обработка данных, в УУ - управление этим процессом.
МикропроцессорМП– процессор, построенный на одной или нескольких больших
интегральных схемах БИС. (Первая ИМС 8-разрядного МП Intel 8080 разработана в
США в 1973 году, её аналогом является отечественная ИМС К580ВМ80).
Алгоритм функционирования процессора содержит ряд шагов.
1. Первый шаг – «выборка из памяти очередной команды». Из ячейки памяти, адрес которой содержится в счётчике команд, извлекается команда и помещается в регистр команд. Адрес следующей команды определяется либо приращением на единицу зна-чения счётчика команд, либо командой условного или безусловного переходов.
2. Второй шаг – «декодирование команды». На этом шаге выполняется подготовка к подаче управляющих сигналов для передачи данных между регистрами, функциональ-ными устройствами и ячейками памяти.
3. Третий шаг – «исполнение команды».
4. Четвёртый шаг – «запись результата».
В состав ОУ входят регистры, сумматоры, каналы передачи информации, мульти-плексоры для коммутации каналов, шифраторы и дешифраторы (кодеры и декодеры).
Каждый шаг алгоритма распадается на элементарные действия:
1) запись в регистр R1 какого-то числа, например 0, обозначаемая R1 0;
2) формирование дополнительного кода отрицательного числа;
4) сдвиг содержимого регистра R1, на один разряд влево, R1 СдвЛ(R1));
5) счёт, при котором число в счётчике (регистре) возрастает или убывает на
единицу (Сч (Сч ±1));
6) сложение (например, R2 (R2)+(R1));
7) сравнение содержимого регистра с некоторым числом и выдачей результата сравнения логическими уровнями «1» (при их равенстве) либо «0» (при неравенстве);
8) логические действия (конъюнкция, дизъюнкция и др.).
Элементарное действие, выполняемое в ОУ в течение одного такта называется микрооперацией МО. Несколько микроопераций, выполняемых в одном такте, называются микрокомандой МК. Набор микрокоманд, предназначенный для решения определённой задачи называется Рисунок 7.1.1 – Структурная схема процессора
38)Синтез процессора по принципам схемной и программируемой логики
При синтезе процессорапо принципу программируемой логикисоставляется программа решения конкретной задачи и записывается в память. Для решения другой задачи в память записывается другая программа и изменения схемы не требуются. Такая логика позволяет выпускать массовые и сравнительно дешёвые СБИС. Работа процессора, реализованного по принципу программируемой логики описана в п. 7.1.3.
Принцип схемной логики применяется, когда нецелесообразен массовый выпуск БИС и СБИС. Тогда для решения конкретной задачи составляется схема из ИМС ма-лого уровня интеграции. Для решения другой задачи – составляется другая схема, так как перенастроить первую схему на решение другой задачи невозможно. Устройства, спроектированные по принципу схемной логики имеют высокое быстродействие, так как программа заложена в соединениях и выполняется за минимальное число шагов.
При использовании схемной логики цифровые устройства разрабатываются в фор-ме цифровых автоматов Мили или Мура. На первом этапе составляется алгоритм работы ОУ в микрооперациях. Затем он составляется в микрокомандах (одна микроко-манда объединяет несколько микроопераций). По алгоритму составляется граф в форме Мили или Мура. По графу составляется таблица функционирования, а по ней – логические выражения для получения выходных сигналов. По этим логическим выражениям составляются логическая, а затем принципиальная и монтажная схемы.
Цифровые автоматыхарактеризуются функциями переходов и выходов.
Функции пeреходов автоматов Мили и Мура– одинаковые и определяют следующее состояние а(t+1) в зависимости от текущего состояния а(t) и входных сигналов х(t):
а(t+1) = f(а(t); х(t)).
Функция выходов автомата Мили определяет выходной сигнал y(t) через текущее состояние a(t) и входные сигналы x(t):
y(t) = φ (a(t); x(t)).
Функция выходов автомата Мура определяет выходной сигнал y(t) только через текущее состояние (a(t), (то есть состояние это и есть выходной сигнал):
y(t) = φ(a(t)).
Функционирование цифрового автомата отображается графом. Граф (граф состояний) – это рисунок, в котором состояния отображаются кружками, а переходы между состояниями – соединяющими их линиями. Графы цифровых автоматов Мили и Мура приведены на рисунке 7.1.2.
Автомат Мили (рисунок 7.1.2, а) принимает состояния а0, а1, а2, а3. Переход из а0 в а1 осуществляется под действием входного сигнала х1 и при этом выдаётся выходной
сигнал у2. Входной и выходной сигналы показываются над линией связи.
а) б)
Рисунок 7.1.2 - а) граф цифрового автомата Мили; б) граф ЦА Мура
39)Алгоритм работы устройства перемножения в микрооперациях
Схема алгоритма (рисунок 7.2.2) составляется с использованием таблицы 7.2.1.
Начало и конец алгоритма отображаются кружками; микрооперации (у) – прямо-угольниками; условные переходы – ромбами; последовательность шагов при выпол-нении алгоритма (блоки алгоритма) - цифрами в разрыве соответствующего контура.
Начало
1) у4: Запись «0» в регистр R3
2) у6: Запись числа разрядов n множителя в счётчик
3) Условный переход по содержимому счётчика циклов: если n = 0, то окончание работы, если n ≠0, то продолжение
4) Условный переход по содержимому младшего разряда R2: если (R2 [1]) ≠ 1, то переход к у1, если (R2 [1]) = 1, то переход к у3
5) у3: R3← (См) Запись в R3 содержимого сумматора (получение частичной суммы)
6) у1: R2← Сдв Пр(R2) Сдвиг содержимого R2 вправо на один разряд
7) у2: R2 [4]← R3 [1] Запись содержимого младшего разряда R3 в старший разряд R2
8) у5: R3 ← Сдв Пр (R3) Сдвиг содержимого R3 на один разряд вправо
0;
39)Алгоритм работы устройства перемножения в микрооперациях