Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Запам'ятовуючі пристрої в системах керування. Організація введення-виведення. Програмне забезпечення керуючих мікропроцесорних та обчислювальних пристроїв

1.1 Призначення, основні типи і позначення пристроїв, що запам'ятовують. Постійні й оперативні запам'ятовуючі пристрої

У запам'ятовуючому пристрої (ЗП) або пам'яті мікро-ЕОМ зберігається програма роботи і всі необхідні вихідні дані. Пам'ять ЕОМ звичайно складається з двох частин оперативної і постійної пам'яті.

Постійний запам'ятовуючим пристрій (ПЗП) являє собою різновид пам'яті ЕОМ, вміст котрої постійній, тобто зберігається при вимиканні машини. Запис нової інформації в ПЗП неможлива, а читання може провадитися з великою швидкістю. У постійній пам'яті звичайно знаходяться програми і дану, обслуговуючу роботу апаратури мікро-ЕОМ.

ПЗП бувають з одноразовим та багаторазовим програмуванням.

ПЗП з багаторазовим програмуванням засновані на принципі ультрафіолетового або електричного стирання. Але ці ПЗП потребують додаткових програмуючих пристроїв.

В останній час використають ПЗП у вигляді так званої FLASH пам'яті, яка може програмуватися на місці встановлення без використання додаткових програмуючих пристроїв.

Оперативна пам'ять (ОЗП) - це пристрій, де розміщаються під час виконання програми, а також використовувані ними дані. Оперативна пам'ять характеризується більш високою швидкістю запису і читання і меншим обсягом, чим зовнішня пам'ять на магнітному носії інформації. При вимиканні електроживлення ЕОМ вміст оперативного запам'ятовуючого пристрою не зберігається.

Оперативна пам'ять може бути статичною чи динамічною.

Статичні ЗП мають запам'ятовувачі, які являють собою бістабільні елементи тригери, фізичний стан яких під час звертання не руйнується.

Динамічні ЗП мають запам'ятовувачі, які побудовані на конденсаторних запам'ятовувачах, що вимагають періодичної регенерації за допомогою спеціальної схеми.

А0 … А10 - адреса, D0 … D7 -дані, СЕ - дозвіл мікросхеми (сигнал читання - активний 0), WR/RD -сигнал запису (активний 0), CS - вибір мікросхеми

1.2 Організація пам'яті у обчислювальних пристроїв. Розподіл адресного простору. Способи адресації

У сучасних обчислювальних пристроїв прийнята байтова організація пам'яті незалежно від розрядності процесора. Одна адреса відповідає одному байту. Адреса слова та подвійного слова дорівнює адресі молодшого байта, який входить у склад слова чи подвійного слова. Таким чином адреси слів кратні 2, а адреси подвійних слів кратні 4.

Розподіл адресного простору залежить від типу обчислювального пристрою. Персональні комп'ютери не мають фіксованого розподілу адресного простору.

У керуючих пристроїв адресний простір має області, які виконують певні функції. Наприклад, область для програм, область для даних, область для відображення входів та виходів і так далі.

При звертанні до пам'яті використають різні способи адресації: пряма, непряма, регістрова адресація тощо.

1.3 Основні методи організації введення-виведення. Програмне введення-виведення, введення-виведення з використанням переривання і прямого доступу до пам'яті

У загальному випадку обмін даними між компонентами мікро-ЕОМ у залежності від того, яке з пристроїв є головним, а яке знаним, може здійснюватися в режимах програмному, переривання програми і прямого доступу до пам'яті.

Програмний режим найбільше універсальний і застосовується частіше усього. Обмін інформацією в цьому режимі здійснюється з ініціативи процесора, що одержав команду на проведення обміну від керуючої програми. Переданою інформацією можуть бути команда, адреси або дані.

Продемонструємо процедуру обміну інформацією в програмному режимі прикладами. Під час своєї звичайної роботи центральний процесор, що є завжди ініціатором обміну інформацією в програмному режимі, витягає чергову команду програми і дані з пам'яті мікро-ЕОМ і, після виконання команди, відправляє результат назад в пристрій, що запам'ятовує, обираючи потім чергову команду і читаючи дані. У такий спосіб виконується обмін інформацією між процесором і пам'яттю мікро-ЕОМ.

Іншим прикладом програмного режиму обміну служить вивід інформації на зовнішнього пристрою, при якому процесор, що є також ініціатором обміну, отримавши команду від керуючої програми, установлює на відповідній магістралі адресу потребуємого пристрою й одночасно дані, передані по магістралі даних.

Пристрій виводу інформації, що викликається, переконавшись, що саме його номер отриманий по магістралі адреси, читає інформацію з магістралі даних і передає її виконавчому елементу, при необхідності здійснивши проміжне посилення і перетворення сигналів до виду, що відповідає структурі вхідних сигналів об'єкта керування.

Програмний режим не потребує додаткових пристроїв.

У режимі роботи з переривання обмін даними відбувається з ініціативи зовнішнього пристрою. У випадку одержання сигналу переривання процесор припиняє виконання поточної програми і переходить на програму обслуговування пристрою, що запитує, що зберігається в запам'ятовуючому пристрої мікро-ЕОМ. Після завершення виконання програми обслуговування процесор повертається до того кроку перерваної основної програми, на якому він зупинився, отримавши сигнал переривання.

Для такого режиму потрібен додатковий контролер переривань, який працює разом з процесором.

Режим прямого доступу до пам'яті є самим швидким режимом передачі інформації між пам'яттю і зовнішнім пристроєм. У цьому режимі ініціатором обміну є периферійний пристрій, причому обмін даними здійснюється без програмного керування з боку процесора. Після одержання вимоги прямого доступу процесор перериває виконання поточної програми і передає керування процесом передачі інформації з магістралей мікро - ЕОМ зовнішньому пристрою, що виставив вимогу переривання, що, у свою чергу, самостійно здійснює адресацію і керування розмірами переданого масиву даних по своїй власній програмі. Після завершення обміну з пам'яттю зовнішній пристрій повертає керування магістралями процесору, що продовжує виконувати перервану програму. Звичайно режим прямого доступу використовується тоді, коли необхідно обмінюватися великими масивами інформації за мінімально короткий час, наприклад при передачі даних між накопичувачами на магнітних дисках і запам'ятовуючим пристроєм мікро-ЕОМ.

Для такого режиму потрібен додатковий контролер прямого доступу до пам'яті, який працює незалежно від процесора.

Сучасні процесори мають умонтовані контролери переривань та прямого доступу до пам'яті.

1.4 Контролери введення-виведення. Паралельне і послідовне введення-виведення

Контролери введення виведення забезпечують ввід та вивід даних при проведенні обміну інформації. При цьому може використовуватися паралельне та послідовне введення-виведення.

Паралельне введення-виведення забезпечує одночасний ввід або вивід декількох двійкових розрядів, наприклад, 8, 16 або 32. Послідовне введення виведення забезпечує послідовний ввід або вивід двійкових розрядів.

В системах керування паралельне введення-виведення використовується для вводу та виводу керуючих сигналів. Послідовне введення виведення використовується для обміну інформацією.

1.5 Програмне забезпечення. Прикладне і системне програмне забезпечення

Розрізняється системне і прикладне програмне забезпечення.

Системне програмне забезпечення забезпечує взаємодію обчислювального пристрою і зовнішнього середовища, наприклад, взаємодія з оператором в ЕОМ або взаємодію з керованим процесом у керуючих пристроїв. Системне програмне забезпечення поставляється разом із обчислювальним пристроєм і є його складовою частиною. Розробка системного програмного забезпечення потребує спеціальної підготовки і здійснюється системними програмістами.

Прикладне програмне забезпечення розробляється користувачем у залежності від конкретного застосування обчислювального пристрою за допомогою мов програмування високого рівня. Розробка прикладного програмного забезпечення, як правило, не потребує високого рівня підготовки в області обчислювальної техніки і може здійснюватися спеціалістами в даній прикладній області.

1.6 Операційні системи

Операційні системи забезпечують роботу обчислювальних пристроїв та являються важливою частиною системного програмного забезпечення. Для ЕОМ використовуються слідуючи операційні системи Windows 2000 та Windows XP. Ці операційні системи доступні для всіх ЕОМ. Сучасні системи керування виристовуєть операційну систему Windows СЕ.

Операційна система реального часу RMOS.

RMOS це багатозадачна операційна система реального часу, що може бути сконфігурована для будь-яких PC з процесором Pentium або вище, і використовується у системах керування на основі ЕОМ.

1.7 Машинно- і проблемно-орієнтовані мови програмування

Існують мови програмування двох рівнів.

Мови програмування низького рівня, коли програма представляється в машинному коді, або на мові Асемблер, у якому машинні коди команд заміняються умовними позначеннями. Система команд у таких мовах повторює систему команд центрального процесора, тому вони називаються машинно-орієнтованими мовами.

Мови програмування високого рівня, коли система команд орієнтована на рішення різноманітних прикладних задач, наприклад, математична обробка даних, рішення економічних задач, обробка зображень і т.д. Такі мови називаються проблемно-орієнтованими мовами. При програмуванні на мові високого рівня частіше усього використовується два підходи.

У першому випадку за допомогою програми-редактора складається вихідний текст програми у вигляді текстового файла, що представляє собою послідовність виконуваних операцій. Після цього за допомогою програми компілятора провадиться перетворення вихідного тексту в машинні коди, що потім можуть завантажуватися в пам'ять ЕОМ і виконуватися центральним процесором.

В другому випадку команда інтерпретатор перетворить кожний оператор програми в машинний код і відразу його виконує. Таким чином, перетворення вихідної програми в машинний код необхідно робити щораз при її виконанні. Це призводить до збільшення часу виконання програми, але спрощує її налагодження.

1.8 Уявлення програми на мові асемблера. Базовий набір команд. Макрокоманди. Транслятори

Мова програмування, команди якого відповідають командам центрального процесора, називається Асемблер.

Процес програмування включає такі етапи:

- упорядкування вихідного тексту програми на мові Асемблер за допомогою текстового редактора;

- перетворення вихідної програми в завантажувальний файл за допомогою транслятора

мови Асемблер;

- опрацювання й об'єднання наявних фрагментів програм за допомогою компоновника;

- налагодження програми за допомогою відладчика (програмного емулятора);

- завантаження програми в ОМК і перевірка її на реальному устрої.

Вихідний текст програми на мові Асемблер має визначений формат, у котрому кожна команда являє собою рядок з чотирьох конструкцій (чотири поля):

ПОМІТКА : ОПЕРАЦІЯ ОПЕРАНДИ ;КОМЕНТАР

WAIT0: JB P2. 0,WAIT0 ;Чекання замикання контакту

Мітка являє собою символічне ім'я осередку пам'яті, у якому зберігається відзначена команда або операнд. Мітка складається з буквено-цифрової комбінації, що починається з букви. Довжина мітки не більш 6 символів. Після мітки завжди ставиться двокрапка (:).

Операція являє собою символічне позначення команди ОМК або псевдокоманди мови Асемблер.

У полі операнда визначаються операнди, що приймають участь у даній команді. Операнд може бути заданий безпосередньо або у вигляді його адреси. При цьому припускається використовувати символічне позначення даних і адрес, але при цьому вони повинні бути визначені. У команді може бути не більш двох операндів. Операнди розділяються комою (,).

Коментар використовується для пояснення виконуваних команд. Перед коментарем ставиться крапка з комою (;). Поле коментарю цілком ігнорується Ассемблером.

Базовий набір команд повторює систему команд центрального процесора у вигляді умовних позначень та включає такі основні групи команд:

команди пересилки, за допомогою яких провадиться обмін даними;

арифметичні команди над двійковими числами, що включають команди складання, вирахування, множення і ділення;

команди логічних операцій над двійковими числами, виконувані порозрядно (логічне И, логічне АБО, виключне АБО);

команди переходу, що включають умовні і безумовні команди передачі керування по зазначеній адресі у вигляді мітки і команди виклику підпрограм;

спеціальні команди.

Повторювані фрагменти програм із різними параметрами (адресами, операндами і т.д.) можна виконати у вигляді макрокоманди. Макрокоманди мають своє ім'я і являють собою послідовність команд, при цьому замість окремих елементів можуть підставлятися їхні умовні позначення. При виклику макрокоманди замість умовних позначень підставляються їхні фактичні значення. У такий спосіб можна реалізувати нові функції у вигляді окремих команд.

1.9 Транслятори, компоновники, програмні й апаратні емулятори

Засоби налагодження мікропроцесорних і обчислювальних пристроїв призначені для налагодження програмного забезпечення в різноманітних режимах.

На першому етапі розробки програми налагодження здійснюється на програмних моделях, називаних емуляторами (сімуляторами).

Налагодження на реальних об'єктах провадяться після попереднього налагодження програми на емуляторі й усунення помилок у програмі.

Розробка програми складається з декількох етапів.

Спочатку на підставі наявного алгоритму керування розробляється вихідний текст програми за допомогою текстового редактора.

Потім за допомогою програми транслятора здійснюється трансляція програми, тобто перетворення її в машинні коди.

На такому етапі окремі фрагменти програми об'єднуються в загальну програму і створюється завантажувальна програма, що може завантажуватися в ЕОМ для виконання.

Для перевірки правильності роботи програми і її фрагментів використовуються програмні моделі - емулятори (сімулятори).

Якщо програма спочатку складається за допомогою текстового редактора, а потім перетворюється в машинні коди, то така трансляція зветься компіляцією.

Якщо програма складається за допомогою програмного редактора, який одразу перетворює ії в машинні коди, то така трансляція зветься інтерпретацією.

Компоновники здійснюють об'єднання окремих фрагментів програми в загальну програму, прив'язку програми до конкретної області усередині адресного простору ЕОМ і створюють завантажувальний файл, що являє собою програму в двійкових кодах у повній відповідності із системою команд центрального процесора. програмування адресація пам'ять

Для налагодження програм використовуються спеціальні програмні й апаратні відладочні засоби, що моделюють роботу центрального процесора.

Програмні відладочні засоби моделюють роботу центрального процесора на ЕОМ. При цьому можуть виникнути помилки, пов'язані зі зрадливим представленням об'єкта керування.

Апаратні відладочні засоби дозволяють перевірити роботу програму на реальних об'єктах, забезпечуючи можливість виконання фрагментів програми, виконання програми в уповільненому і покроковому режимах. У цьому випадку забезпечується більш достовірне налагодження програми, але необхідно додаткове устаткування, що забезпечує зв'язок з ЕОМ і моделювання відповідних режимів роботи на реальному об'єкті.

Література

Основна

1. Цифрова техніка: Учеб. пособие /Б.Е.Рыцар. - Киев: УМК ВО, 1991 - 372 с. - На укр.яз. (4 прим.)

2. Элементы автоматизированного электропривода / Р.Г.Попович, В.А.Гаврилюл, О.В.Ковальчук, В.И.Теряев. - К.: УМК ВО, 1990. - 260 с. - На укр. яз. (4 прим.)

3. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Ленинград, Энергоатомиздат, 1988. (5 прим.)

4. Сташин В. В. і ін.. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах / В.В. Сташин, А.В.Урусов, О.Ф.Мологонцева. : Энергоатомиздат, 1990. - 224 с. (2 прим.)

5. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. - М.: ИНФРА-М, 2000. - 480 с.:илл. (6 прим)

6. SIMATIC Totally Integrated Automation. Информация о продуктах. Приборы, системы, консультации, обучение. ДП “Сименс Украина”, Департамент “Средства автоматизации и приводы” 2006 (CD SIMATIC документация, Каталоги по автоматизации, 01/2007) .

7. SIMATIC S7 Комплексная автоматизация -программирование для начинающих. Курс ST-PRO1. Версия 5.5, SIEMENS AG, A&D 2004.

Додаткова

8. Системы управления с фаззи-логикой / В.И.Калашников, В.И.Справедливый, Ф.Палис. ДДТУ, Магдебургский университет. Донецк, Магдебург. 1997. - 38 с.

9. Интерфейсы средств вычислительной техники: Справочник. / Мячев А.А. М.: Радио и связь, 1993. - 352 с.

Методичні вказівки

10. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу «Микропроцессорные и вычислительные устройства ГПС»/Составители: Михайлов Е.П., Денисенко Т.А., Кузниченко Д.А., Кузниченко С.Д. Изд. ОГПУ, 1997. 30 с.

11. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Локальные системы автоматики» для студентов специальности 7.091402 и по курсу «Микропроцессорные и вычислительные устройства ГПС» для студентов специальности 7.090207./Составители: Михайлов Е.П., Тихончук С.Т., Денисенко Т.А. ОГПУ, 1997. 33 с.

12. Методичні вказівки до лабораторних робіт по дисциплінам "Електронні, мікропроцесорні та обчислювальні пристрої ГВС" та "Електронні, мікропроцесорні та обчислювальні пристрої ПТМ" за темою "Логічні програмовані контролери" Проектування систем автоматизації SIMATIC S7-300 для студентів машинобудівного інституту спеціальності 7.090207 та 7.090214 Склав доцент Михайлов Є. П., 2007 р. 36 с. Одеса ОНПУ

Размещено на Allbest.ru