Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Принцип работы ЦВМ. Верхний и нижний уровни управления работой ЦВМ

В цифровых вычислительных машинах (ЦВМ), используют алфавитную (цифровую, дискретную) форму представления информации. То есть, в этом случае используется фиксированное множество знаков (алфавит), с помощью которого и записывается любая информация. В предельном случае, на аппаратном уровне, этот алфавит состоит всего из двух знаков: нуля и единицы.

В цифровых вычислительных машинах используется программная организация вычислительного процесса. В этом варианте решение задачи на цифровой ЭВМ сводится к выполнению последовательности шагов - команд программы, в каждом из которых выполняется либо некоторое преобразование данных, либо действие, связанное с проверкой условия, либо служебное действие, связанное с управлением самой ЭВМ.

Структурная схема вычислительной машины

Устройство управления используется для организации вычисления каждой команды выступающей в процессах из АЛУ.

Арифметико-логическое устройство (операционный блок) - предназначен для обработки данных поступающих из ОЗУ или находящихся внутри процессора

Сверх оперативное запоминающее устройство - используется для хранения данных и команд, а так же обмена ими с другими блоками вычислительной машины.

Интерфейс - устройство осуществляющее сопряжение между блоками машины по уровню сигналов и кодированию информации (информационно электрическое сопряжение). Интерфейсов может быть много

Оперативно запоминающее устройство - используется для хранения данных и программ участвующих в процессе вычисления.

ВЗУ - внешнее запоминающее устройство - здесь хранится операционная система, справочники, программы и файлы.

Пульт управления - используется для запуска программ, организации контроля и т.п.

Периферийное устройство - устройство связи с внешними потребителями, для преобразования информации и организации управления объектом.

Канал - устройство связи и сопряжения. Может работать как в мультиплексном так и в селекторном режимах.

Селекторный канал - связь между процессором и одним внешним устройством.

Мультиплексорный канал - обмен процессора со многими устройствами одновременно.

ВМ работает на двух уровнях управления:

1. Верхний уровень управления (командный) - здесь из ОЗУ в процессор поступают команды последовательно. Иногда в этом процессе осуществляется опережающая выборка - вместо одной команды сразу извлекается несколько близлежащих команд, что позволяет уменьшить время извлечения команд из памяти. Из ОЗУ команды поступают в регистр команд - специальное устройство которое хранит команду во время ее выполнения.

Команды делятся на 2 вида: а) операционные команды - предназначены для обработки данных в процессоре; б) управляющие команды - для смены порядка следования команд путем анализа логических условий.

Для определения вида команды отводятся специальные разряды.

Другая часть разрядов отводится под адреса.

Количество адресных полей определяется возможностями машины по одновременной обработке нескольких операнд

В основном машина работает с одним или двумя операндами и реже тремя.

2. Микропрограммный уровень - реализуется внутри процессора и предназначен для обработки каждой команды. Для этого для каждой команды создается микро программа ее обработки с целью формирования последовательности управляющих сигналов во все блоки машины для коммутации нужных цепей. Например, имеем трехадресную команду. С поля кода операции с помощью дешифраторов запускается микропрограмма имеющееся в устройстве управления. Для этого в устройстве управления имеется специальная память неизменяющаяся в процессе эксплуатации машины (постоянная память). Извлекается команда, причем количество микропрограмм равно числу команд с которыми работает вычислительная машина, которая переводит работу машины на один такт, т.е. в каждом такте выполняется часть действий. Для трехадресной команды в первом такте извлекается операнда х, находящаяся по адресу А1, во втором такте извлекается операнда у, находящаяся по адресу А2, в третьем такте выполняется операция сложения х с у. В четвертом такте результат переводится по адресу А3. В пятом такте определяется адрес следующей команды или выполняется операция (команда) ОСТАНОВ.

Для организации вычислений в ОЗУ заносится последовательность команд и данных с которыми работает программа. Они размещаются в свободных областях ОЗУ с помощью операционной системы. Раньше это делал программист. Каждая последовательность команд имеет начальный и конечный адреса. Адреса данных четко синхронизируются с адресами команд. Для получения последовательности команд используется специальная технология включающая в себя: разработку алгоритмов для решения задачи; На их основе строится программа с помощью языка программирования; для получения последовательности команд для процессора эту программу транслируют, т.е. получают последовательность команд в машинных кодах: интерфейс процессор цифровой

алгоритм

программа

транслятор

последовательность команд в машинных кодах

2. Мультиплексоры и демультиплексоры

Мультиплексор - цифровое устройство функционального назначения, предназначенное для подключения одного из входных каналов к выходу под воздействием управляющего (адресного) слова.

Входы мультиплексора делятся на две группы: информационные иадресные А. Код, задаваемый адресным словом, подключает соответствующий входк выходу F. Работа мультиплексора определяется следующим выражением

которое иногда называется мультипплексной формулой. При любом значении адресного кода все слагаемые, кроме одного, равны нулю. Иными словами, мультиплексор осуществляет коммутацию данных от нескольких источников на общую линию связи.

Схема мультиплексора 4х1 показана на рис. 2.10. Он включает четыре конъюнктора и один дизъюнктор. При отсутствии сигнала разрешения (Е=0) выход F имеет низкий уровень независимо от состояния других входов.

В сериях ИМС выпускаются мультиплексоры с размерностью не более 16х1.

При необходимости наращивание размерности мультиплексоров производится за счёт построения пирамидальной структуры из нескольких мультиплексоров. При этом первый ярус схемы образует столбец мультиплексоров, число которых таково, чтобы получить нужное число информационных входов. Все мультиплексоры столбца управляются одним и тем адресным кодом с числом разрядов , составленным из младших разрядов общего адресного кода. Старшие разряды адресного кода, число которых равно-используются при адресации малоразмерного мультиплексора второго яруса, который обеспечивает поочерёдную работу мультиплексоров первого яруса на общий выход.

На рис.2.11 показана схема, реализующая функции мультиплесора 32х1 и построенная на мультиплексорах меньшей размерности.

Демультиплексоры - цифровые устройства функционального назначения, выполняющие функцию, обратную операции мультиплексирования- передают данные из одного общего входного канала на один из нескольких каналов - приёмников.

Многоразрядные демультиплексоры составляются из нескольких одноразрядных. Условное обозначение де-мультиплексоров на примере демультиплексора размерностью 4х1 представлено на рис. 2.12.

Несложно заметить, что дешифратор со входом разрешения будет работать в режиме демультиплексора, если на вход разрешения Е подавать информационный сигнал. Действительно, при единичном значении этого сигнала адресация де-шифратора (подача адресного кода на его входы) приведёт к возбуждению соответствующего выхода, а при нулевом - нет, что и соответствует передаче информационного сигнала на адресуемый выход. В связи с этим в сериях ИМС отдельные демультиплексоры могут отсутствовать, а дешифратор со входами разрешения часто называют дешифратором - демультиплексором.

3. Мультиплексор как универсальное логическое устройство комбинационного типа

Поскольку выходная функция мультиплексора в СДНФ представляет собой логическую сумму термов, то возможно его применение в качестве универсального логического устройства (УЛУ). Универсальность его состоит в том, что его можно настроить на любую функцию. Известно, что общее число функций аргументов выражается как 2²ⁿ. Первым способом решения задачи является фиксация некоторых входов мультиплексора.

Пусть число аргументов и требуется реализовать любую функцию этого числа аргументов. Для двоичного кода число комбинаций связана с разрядностью кода m соотношением 2^m. Приравнивая число воспроизводимых функций к числу комбинаций кода настройки, имеем для числа двоичных разрядов соотношение . Полученному выражению отвечает соотношение между числом входом различного типа мультиплексоров. При этом на адресные входы следует подавать аргументы функции, а на информационные входы - коды настройки. Алфавитом настройки являются константы. Таким образом, при использовании мультиплесора 4х1, можно реализовать 2^m=4 логические функции. На рис.2.13 показан пример использования мультиплексора для реализации функции «исключающее ИЛИ» .

Размещено на Allbest.ru