Основы функционирования и программирования микротренажера МТ1804: Учебно-методическое пособие

Ф Е Д Е РАЛ Ь Н О Е АГ Е Н Т С Т В О П О О БРАЗО В АН И Ю В О РО Н Е Ж С К И Й Г О С У Д АРС Т В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РС И Т Е Т

О С Н О ВЫ Ф У Н К Ц И О Н И Р О ВА Н И Я И П Р О Г Р А М М И Р О ВА Н И Я М И К Р О Т Р Е Н А Ж Е Р А М Т 1804 П особие (спец иальность010803 (014100) "М икроэлектроника и полупроводниковы е приборы ")

В оронеж 2005

2

У тверж дено науч но-м етодич еским от 20 января 2005 г протокол № 1.

советом

ф изич еского ф акультета

С оставители: Борм онтовЕ .Н . Бы кадорова Г .В .

П особие подготовлено на каф едре ф изики полупроводников и м икроэлектроники ф изич еского ф акультета В оронеж ского государственного университета. Реком ендуется для студентов 4 и 5 курсов ф изич еского ф акультета спец иальности 010803 (014100) "М икроэлектроника и полупроводниковы е приборы ", студентов 4 и 5 курсов, обуч аю щ их ся в бакалавриатуре и м агистратуре понаправлению "Ф изика" (програм м а "Ф изика полупроводников. М икроэлектроника"), а такж е студентов спец иальности 210401 (2001) “М икроэлектроника и твердотельная электроника” .

3

С одержани е 1. П озиц ионны е систем ы сч исления … … … … … … … … … … … … … … … 1.1. Д воич ная систем а сч исления … … … … … … … … … … … … … … … .. 1.2. В осьм ерич ная и ш естнадц атерич ная систем ы сч исления … … … … 1.3. П еревод ч исел из двоич нойсистем ы сч исления в систем ы сч исления соснованием 2n и обратно… … … … … … … … … … … .. 1.4. Ариф м етич еские операц ии впозиц ионны х систем ах сч исления … 1.5. П редставление ц елы х ч исел в Э В М … … … … … … … … … … … … … ... 2. Э лем енты алгебры логики … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . 2.1. Л огич еские ф ункц ии … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 2.2. Л огич еские операц ии в систем е ком пью тернойм атем атики MathCAD … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 2.3. Л огич еские основы устройства ком пью тера … … … … … … … … … . 2.3.1. Базовы е логич еские элем енты … … … … … … … … … … … … .. 2.3.2. Т аблиц ы истинности составны х логич еских ф ункц ий … … .. 2.3.3. П остроение логич еских сх ем … … … … … … … … … … … … ... 2.3.4. С ум м атор двоич ны х ч исел … … … … … … … … … … … … … … 3. П рограм м ирование м икропроц ессорнойсекц ии К1804В С 1 … … … … … 3.1. М икропроц ессорная секц ия К 1804В С 1 … … … … … … … … … … … . 3.2. М естная регистровая пам ять… … … … … … … … … … … … … … … ... 3.3. О перац ионная ч асть… … … … … … … … … … … … … … … … … … … . 3.4. У правляю щ ая ч асть… … … … … … … … … … … … … … … … … … . … 4. П рограм м ирование сх ем управления м икропроц ессорной серии К 1804 4.1. П остроение проц ессора … … … … … … … … … … … … … … … … … … 4.2. У правление адресом м икроком анды … … … … … … … … … … … … .. 4.3. У правление последовательностью м икроком анд … … … … … … … . 5. У стройствои ф ункц ионирование м икротренаж ера М Т 1804 … … … … .. 5.1. С труктура м икротренаж ера М Т 1804 … … … … … … … … … … … … .. 5.2. Конструкц ия устройства М Т 1804 … … … … … … … … … … … … … .. 5.3. П орядок работы с устройством М Т 1804 … … … … … … … … … … … 6. М етодика составления, загрузки и вы полнения м икропрограм м устройства М Т 1804 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . 6.1. Ф орм атм икроком анд … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 6.2. С оставление м икропрограм м , их загрузка и вы полнение … … … … Л итература … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …

4 4 5 6 8 8 12 12 16 17 17 19 19 20 28 28 30 31 31 39 39 39 44 50 50 52 55 56 56 62 65

4

1. П ози ци онны е си стемы счи слени я 1.1. Д воич ная систем а сч исления И спользование двоич ной систем ы сч исления в Э В М обусловлено тех нич еским и возм ож ностям и, т.е. налич ием элем ентов с двум я устойч ивы м и состояниям и, условноприним аем ы м и за 0 и 1. О снованием двоич ной систем ы сч исления является ч исло2, и разряды ч исла последовательноим ею тследую щ ие веса: 2 12

211

210

29

28

27

26

25

2 4 23 22 2 1 2 0 2-1

4096 2048 1024 512 256 128 64 32 16

8

4

2

1

2 -2

2-3

0.5 0,25 0,125

и так далее. П реобразование из двоич ной систем ы сч исления в десятич ную сводится к нах ож дению сум м ы произведений весов на ч исло единиц соответствую щ их разрядов. П рим ер 1.1. П реобразовать из двоич ной систем ы сч исления в десятич ную следую щ ие ч исла: 1012; 0,112; 10,01 2.

1012 =1⋅ 22 +0⋅ 21 +1⋅ 20 = 4+0+1=5 0,112 =1⋅2−1 +1⋅ 2−2 = 0,5+0,25 =0,75 10,012 =1⋅ 21 +0⋅ 20 +0⋅ 2−1 +1⋅ 2−2 = 2+0,25 = 2,25. П реобразование десятич ны х ч исел в двоич ны е производится последую щ им алгоритм ам : а) преобразование ц елы х ч исел производится последовательны м делением десятич ного ч исла на основание 2 и ч тением результата и остатков в обратном порядке. П рим ер 1.2. Н айти двоич ны йкод ц елогодесятич ногоч исла 11. 11 10 1

2 5 2 4 2 2 1 2 1 0

⇒

1011 2;

б) преобразование дробны х десятич ны х ч исел проводится последовательны м ум нож ением дробной ч асти на основание 2 и ч тением ц елы х ч астей результатовум нож ения.

5

П рим ер 1.3. Н айти двоич ны йкод дробногодесятич ногоч исла 0,875. х2 0,875 0,750 0,500

1,750 1,500 1,000

⇒

0,1112

П рим ер 1.4. Н айти двоич ны йкод см еш анногодесятич ногоч исла 10,52. П ри преобразовании см еш анного ч исла из десятич ной систем ы сч исления в двоич ную , отдельнопреобразую тся ц елая и дробная ч асти, а затем результаты преобразованийсум м ирую тся. 10 2 10 5 2 0 4 2 2 1 2 1 0 х2 0,52 1,04 0,04 0,08 0,08 0,16 0,16 0,32 0,32 0,64 0,64 1,28 0,28 0,56

⇒

⇒

10102;

0,52 10=0,1000012

С ледовательно, 10,5210=1010,1000012. 1.2. В осьм ерич ная и ш естнадц атерич ная систем ы сч исления О снованием восьм ерич ной систем ы сч исления является ч исло 8, а для записи ч исел использую тся ц иф ры 0,1,2,3,4,5,6,7. П рим ер 1.5. Записатьвразвернутом виде восьм ерич ное ч исло1041,78. 1041,78 = 1⋅8 3 + 0⋅82 + 4⋅81 + 1⋅80 + 7⋅8 -1. П рим ер 1.6. П еревести из десятич нойввосьм ерич ную систем усч исления ч исло 72810.

6

728 72 8 8 0

8 91 8 8 11 8 11 8 1 8 3 3

С ледовательно, 72810 = 13308. О снованием ш естнадц атерич ной систем ы сч исления является ч исло16, а для записи ч исел использую тся ц иф ры 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F. П рим ер 1.7. П еревести из ш естнадц атерич ной в десятич ную систем усч исления ч исло2FA16. 2FA16 = 2⋅16 2 + 15⋅161 + 10⋅160 = 778. П рим ер 1.8. Записатьвсвернутойф орм е ч исло С ⋅162 + F⋅16 1 + 2⋅160 + 8⋅16-1 + D⋅16-2. С ⋅162 + F⋅161 + 2⋅160 + 8⋅16 -1 + D⋅16-2 = CF2,8D16.

1.3. П еревод ч исел из двоич нойсистем ы сч исления всистем ы сч исления с основанием 2 n и обратно Е сли основанием рассм атриваем ой систем ы сч исления является степень ч исла 2, топеревод ч исел из этой систем ы сч исления в двоич ную и обратно м ож нопроводитьпоболее просты м правилам . Д ля тогоч тобы ц елое двоич ное ч ислопредставитьв систем е сч исления с основанием 2n (n=2, 3, … ), нуж новы полнитьследую щ ие действия: - двоич ное ч ислоразбитьсправа налевона группы поn ц иф р вкаж дой; - если в последней левой группе окаж ется м еньш е n разрядов, тодополнить этугруппуслева нулям и донуж ногоч исла разрядов; - каж дую группу, представляю щ ую собой n-разрядное двоич ное ч исло, записатьсоответствую щ ейц иф рой всистем е сч исления с основанием 2n. П рим ер 1.9. Д воич ное ч исло 1011011000110102 перевести рич ную систем усч исления.

в ш естнадц ате-

Разбиваем данное ч ислосправа налевона тетрады и под каж дой из них записы ваем соответствую щ ую ш естнадц атерич ную ц иф ру. П ри этом неполную тетрадуслева дополняем нулям и.

7

0101

1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 ⇒ 5В 1А16

5

B

А

1

Д ля перевода дробны х двоич ны х ч исел в систем у сч исления с n основанием 2 (n=2, 3, … ), нуж новы полнитьследую щ ие действия: - двоич ное ч ислоразбитьслева направона группы поn ц иф р вкаж дой; - если в последнейправойгруппе окаж ется м еньш е n разрядов, тонеобх одим о дополнитьэтугруппусправа нулям и донуж ногоч исла разрядов; - каж дую группу, представляю щ ую собой n-разрядное двоич ное ч исло, записатьсоответствую щ ейц иф рой всистем е сч исления с основанием 2n. П рим ер 1.10. П еревести в восьм ерич ную систем усч исления двоич ное ч исло 0,0101110011 2. 0, 0 1 0 0,

2

111

001

100

7

1

4

⇒ 0,27148.

П ри переводе произвольного двоич ного ч исла, содерж ащ его ц елую и дробную ч асти, в систем усч исления с основанием 2n (n=2, 3, … ) необх одим о отдельно перевести ц елую и отдельно дробную ч асти, затем объединить их ч ерез запятую . Д ля тогоч тобы произвольное ч исло, записанное в систем е сч исления с основанием 2n, перевести в двоич ную систем усч исления, нуж нокаж дую ц иф ру этого ч исла зам енить ее n-знач ны м эквивалентом в двоич ной систем е сч исления. П рим ер 1.11. П еревести ш естнадц атерич ное ч исло 2F0,C716 в двоич ную систем усч исления. 2 0010

F

0,

C

7

⇒ 1011110000,110001112

1 1 1 1 0 0 0 0, 1 1 0 0 0 1 1 1 1.4. Ариф м етич еские операц ии впозиц ионны х систем ах сч исления

Ариф м етич еские операц ии в позиц ионны х систем ах сч исления вы полняю тся по тем ж е правилам , ч то и в десятич ной. С ледует только пом нить, ч топри вы полнении операц ии вы ч итания всегда из больш егопоабсолю тной велич ине ч исла вы ч итается м еньш ее и ставится соответствую щ ий знак больш его по абсолю тнойвелич ине ч исла. П рим ер 1.12. В ы полнитьследую щ ие действия вдвоич нойсистем е сч исления: а) 1101+1,101; б) 1110-101,1;

в) 101 х 0,11; г) 110 : 10.

8

а)

б)

+ 1101

___1,101 1110,101

1110 - _101,1 1000,1

в)

х

101 0,11 101 101_ 11,11

г) 110

10 10 10 0

10 11

1.5. П редставление ц елы х ч исел вЭ В М Н аиболее простое представление ц елы х ч исел – прям ой код, когда знак ч исла кодируется встарш ем разряде: 0 – знак “+” , (полож ительное ч исло); 1 – знак “–” , (отриц ательное ч исло). Т ак, в восьм иразрядны х м аш инах под знак ч исла отводится старш ий разряд, а сем ьостальны х под код ч исла. П рим ер 1.13. П редставить в прям ом коде на восьм и разрядах полож ительны е и отриц ательны е ч исла: 127; 43; –127 ; –43. +127 10=011111112 +4310=001010112

ц елы е

-12710=111111112 -4310=101010112

М аксим альное знач ение ц елого отриц ательного ч исла, представленного на n-разрядном регистре в ф орм ате ц елое чи сло с о зн а к ом , равно 2 n-1-1. М иним альное знач ение ц елогонеотриц ательногоч исла, представленногона nразрядном регистре вф орм ате ц е лое чи с ло со зн а к ом , равно2n-1. Н онаиболее ш ирокое распространение в Э В М получ илопредставление ц елы х ч исел в дополнительном коде, ч топозволяет зам енитьвы ч итание или слож ение ч исел сразны м и знакам и толькооперац иейслож ения. Д ополнительны й код отриц ательного двоич ного ч исла получ ается по следую щ ем управилу: - получ итьобратны йкод м одуля двоич ногоч исла зам еной1 на 0 и 0 на 1; - прибавитьк обратном укоду1. П рим ер 1.14. П олуч итьдополнительны й код отриц ательного ч исла –1011 на восьм иразрядном регистре. Ч исло: 00001011 О бр. код: 11110100 + _______1 Д оп. код: 11110101

9

П олож ительны е ч исла в прям ом , обратном и дополнительном кодах изображ аю тся одинаково– двоич ны м и представлением с 0 взнаковом разряде. П рим ер 1.15. П редставитьвф орм ате 1 байтполож ительное ч исло17 10=10001 2 в прям ом , обратном и дополнительном кодах . 0 0010001 – прям ойкод; 0 0010001 – обратны йкод; 0 0010001 – дополнительны й код. К ак бы ло отм еч ено вы ш е, отриц ательны е ч исла в прям ом , обратном и дополнительном кодах им ею тразное представление. П рим ер 1.16. П редставитьвф орм ате 1 байтотриц ательное ч исло-26 10=11010 2 в прям ом , обратном и дополнительном кодах . 1 0011010 – прям ойкод; 0 0011010 – прям ойкод абсолю тногознач ения данногоч исла; 1 1100101 – обратны йкод; 1 1100110 – дополнительны й код.

Задания 1.1 П еревести из двоич нойсистем ы сч исления в десятич ную следую щ ие ч исла: а) 111001112; 112; 11100012; б) 0,01112; 0,11 2; 0,0012; 0,11012; в) 11,012; 1,012; 1011,001 2; 10,12. 1.2. П еревести из десятич ной систем ы сч исления в двоич ную следую щ ие ч исла: а) 50; 11110; 18; 252; 32; 16; б) 0,17; 0,085; 0,1; 0,81; 0,00110; в) 13,8; 10,01 10; 100,10110; 25,1. 1.3.

О триц ательны е десятич ны е ч исла представитьв прям ом коде в двоич ной систем е сч исления (на двенадц атиразрядном регистре): -131; -101; -215; -17; -325.

1.4.

О триц ательны е десятич ны е ч исла представить в двоич ной систем е сч исления вдополнительном коде (на ш естнадц атиразрядном регистре):

10

-213; 1.5.

-18; -10010; -19; -1314.

В ы полнитьследую щ ие действия в двоич нойсистем е сч исления: а) 101,1 + 0,101 1,1 + 1001,1

0,1001 + 1,0011 11,001 + 0,0011

б) 111,001 – 0,111 10,01 – 0,11111

1010,0 - 101,0011 1010 – 101

в) 11001,1 х 1,01 11,01 х 1,01

101,001 х 11,001 1101,1 х 1,0001

г) 1,001 : 1,01 101,101 : 1,011

101,1 : 1,11 11,11 : 0,11

1.6. Записать в развернутом виде натуральны е ч исла 0, 1, 2, … , 14, 15 в десятич нойи двоич нойсистем ах сч исления. 1.7. К акой ч исловой эквивалент им еет ц иф ра 5 в десятич ны х ч ислах : 5783? 3615? 51? 1570? 1.8. Заполнитьследую щ ую таблиц у. С и стема с чи слени я

О сновани е

Ц и фры

ш естнадц атерич ная десятич ная

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 8

0,1,2,3,4,5,6,7

2

1.9.

Заполнитьследую щ ую таблиц у. С и стема с чи с лени я десятич ная

О сновани е 10

Р азряды (с тепени ) 10000

В осьм ерич ная двоич ная

1.10. Записатьвразвернутом виде ч исла: а) А8=142706; б) А2=1100101; в) А16=143511;

г) А10=142,706; д) А8=142,706; е) А16=1F3,5C1.

1000

100

10

1

11

1.11. К акие ч исла следую тза ч ислам и: 12? 11112? 1012? 1010112? 78? 37 8? 1178? 1F16? 9AF916? CDEF16? 1.12. К акие ч исла предш ествую т ч ислам : 102? A10 16? CD16?

1010 2?

20 8?

11112?

10008?

111 2?

1016?

1.13. К акой ц иф рой заканч ивается ч етное двоич ное ч исло? К акой ц иф рой заканч ивается неч етное двоич ное ч исло? К аким и ц иф рам и м ож ет заканч иваться ч етное троич ное ч исло? 1.14. К акое наибольш ее десятич ное ч исло м ож но записать трем я ц иф рам и в систем е сч исления: а) двоич ной; б) восьм ерич ной; в) ш естнадц атерич ной? 1.15. В какойсистем е сч исления справедливоравенство: а) 21 + 24 = 100; б) 20 + 20 = 100; в) 22 + 44 = 110? 1.16. Д есятич ное ч исло59 эквивалентноч ислу214 в некоторой другой систем е сч исления. Н айти основание этойсистем ы . 1.17. В ы ч ислитьзнач ение вы раж ения: а) 2568 + 10110,12⋅ (608 + 1210) – 1F16; б) 1AD16 – 10010111002 : 10102 + 2178; в) 101010 + (10616 – 110111012) ⋅ 128; г) 10112 ⋅ 11002 : 148 + (1000002 – 408). 1.18. Запиш ите десятич ны е ч исла в прям ом , обратном и дополнительном кодах (ф орм ат1 байт): 31; -63; 65; -127; -9; -15; 127; -100. 1.19. Н айти десятич ны е представления ч исел, записанны х вобратном коде: а) 1 1111000; б) 1 0011011; в) 0 1101001. 1.20. Н айти десятич ны е представления ч исел, записанны х в дополнительном коде: а) 1 1011000; б) 1 0011111; в) 1 1001001. 1.21. Т рех знач ное десятич ное ч ислооканч ивается ц иф рой 3. Е сли этуц иф ру перем естить на два разряда влево, т.е. с него будет нач инаться запись нового ч исла, то это новое ч исло будет на единиц у больш е утроенного исх одногоч исла. Н айти исх одное ч исло. 1.22. В осстановить неизвестны е ц иф ры , обознач енны е знаком вопроса, в следую щ их прим ерах на слож ение и вы ч итание, определив внач але, в какойсистем е записаны ч исла:

12

а) + 5?55 ?327 ?16?4

б) - 1536 ?42 67?

1.23. В ы полнить ариф м етич еское действие ком пью терном представлении.

2010–6010

в 16-разрядном

1.24. П еревести из двоич ной систем ы сч исления ввосьм ерич ную : 1011002; 100010002; 0,1001012; 10,0011101002. 1.25. П еревести из двоич ной систем ы сч исления вш естнадц атерич ную : 10112; 100111012; 0,001101 2; 0,00101012; 10101,00110012. 1.26. П еревести из восьм ерич нойсистем ы сч исления вдвоич ную : 7518; 10108; 3528; 0,621 8; 71,0018. 1.27. П еревести из ш естнадц атерич нойсистем ы сч исления вдвоич ную : A5116; 1FC016; 0,79A16; 1D,BCD 16. 1.30. Ч исло 2110, записанное в некоторой систем е сч исления, эквивалентно ч ислу 150, записанном у в систем е сч исления с основанием в 2 раза больш им . Ч ем уравноэточ исловдесятич нойсистем е сч исления? 1.31. Д аноравенствоА 2х =В х . Ч ем уравноВ , если А =10? 1.32. Д аноравенство121х =448. Ч ем уравнох? 1.33. Д аноравенствоА х =В 2х . Ч ем уравноВ , если А =20? 1.34. Д аноравенство320х =151 х +2. Ч ем уравнох? 2. Элементы алгебры логи к и 2.1. Л огич еские ф ункц ии М атем атич еским аппаратом , описы ваю щ им преобразование инф орм ац ии и ф ункц ионирование ц иф ровы х сх ем , является а лге бра логи к и или булева а лге бра , основы которой залож ил в 18 веке английский уч ены й Д ж ордж Бульв работе “И сследование законов м ы ш ления” . Ф ункц ия Y = f ( X 1 , X 2 ,..., X i ,..., X n , )

13

назы вается логич еской, если каж дая перем енная Хi и ф ункц ия Y м огут приним ать только два знач ения: “1” (единиц а) и “0” (ноль) (да-нет, истиналож ь, true-false). Л огич еская перем енная м ож ет бы ть реализована на основе лю бой ф изич еской систем ы , им ею щ ей два устойч ивы х , ч еткоразлич им ы х состояния, одном уиз которы х условноприписы вается знач ение “1” , другом у– “0” . П ростейш ей логич еской ф ункц ией является ф ункц ия логич еского отриц ания Н Е : Y (X ) = X . О на им еетследую щ ую таблиц уистинности: X

Y(X)

0 1

1 0

Ф ункц ия логич ескогоум нож ения И (конъю нкц ия) записы вается как Y ( X 1, X 2) = X 1 ⋅ X 2 = X1∧X2.

О на истинна тогда и толькотогда , когда знач ения обеих перем енны х истинны , и им еетследую щ ую таблиц уистинности: X1

Х2

Y(X1,Х2)

1 0 1 0

1 1 0 0

1 0 0 0

Ф ункц ия логич ескогослож ения И Л И (дизъю нкц ия) им еетвид Y ( X 1, X 2) = X 1 + X 2 = X1∨X2.

О на лож на, если обе перем енны е лож ны , и им еет следую щ ую истинности: X1

Х2

Y(X1,Х2)

1 0 1 0

1 1 0 0

1 1 1 0

таблиц у

14

Н а основе данны х ф ункц ий м ож ет бы ть получ ена лю бая логич еская ф ункц ия. С истем а из просты х логич еских ф ункц ий, на основе которы х с пом ощ ью суперпозиц ии м ож ет бы ть получ ена лю бая логич еская ф ункц ия, назы вается фу н к ц и он а льн о полн ой. Ф ункц ионально полны м и являю тся, наприм ер, такие совокупности логич еских ф ункц ий: Y = X ;  Y = X 1 + X 2 Y = X  Y = X 1 ⋅ X 2

;

- ш трих Ш еф ф ера (отриц ание конъю нкц ии). Ш трих Ш еф ф ера им еетследую щ ую таблиц уистинности:

Y = X 1 ⋅ X 2 = X 1/ X 2

X1

Х2

Y = X 1⋅ X 2

1 1 1 0

1 0 1 0

0 1 1 1

Y ( X1, X 2) = X1+ X 2 = X1 ↑ X 2 - стрелка П ирса (ф ункц ия В ебба или отриц ание

дизъю нкц ии). Э та ф ункц ия им еетследую щ ую таблиц уистинности: X1

Х2

Y = X1+ X 2

1 1 1 0

1 0 1 0

0 0 0 1

Ф ункц ия слож ения по м одулю 2 (операц ия несовпадения), назы ваем ая И С К Л Ю Ч АЮ Щ Е Е И Л И , записы вается ввиде Y ( X 1, X 2) = X 1 ⊕ X 2 = ( X 1 ∧ X 2) ∨ ( X 1 ∧ X 2) . О на им еетследую щ ую таблиц уистинности: X1

Х2

Y(X1,Х2)

1 0 1 0

1 1 0 0

0 1 1 0

15

Ф ункц ия логич еского следования (им пликац ия) в естественном язы ке соответствуетоборотуе с ли … , т о … : Y ( X 1, X 2) = X 1 ⇒ X 2 . О на им еетследую щ ую таблиц уистинности: X1

Х2

Y(X1,Х2)

1 0 1 0

1 1 0 0

1 1 0 1

Л огич еская ф ункц ия эквивалентности или логич еского равенства образуется соединением двух вы сказы ваний в однос пом ощ ью оборота т огда и т ольк о т огда , к огда … . Э та ф ункц ия им еет обознач ения ∼ или ⇔ и следую щ ую таблиц уистинности:

X1

Х2

Y(X1,Х2)

1 0 1 0

1 1 0 0

1 0 0 1

П ри вы ч ислении логич еских вы раж ений соблю дается следую щ ий приоритет логич еских операц ий: снач ала вы полняю тся действия в скобках , затем отриц ание элем ентарны х перем енны х , логич еское ум нож ение, логич еское слож ение, им пликац ия, эквивалентность. П рим ер 2.1. В ы полнить операц ии дизъю нкц ия, конъю нкц ия, стрелка П ирса, ш трих Ш еф ф ера и исклю ч аю щ ее И Л И над ч ислам и Х1=1 и Х2=0. Х1∨Х2 = 1 + 0 = 1 Х1∧Х2 = 1 ⋅ 0 = 0 X1 ∨ X2 = 1 + 0 = 0 X1 ∧ X2 = 1 ⋅ 0 = 1 X 1⊕ X 2 = 1⊕ 0 = 1

П рим ер 2.2. В ы полнить операц ии дизъю нкц ия, конъю нкц ия, стрелка П ирса, ш трих Ш еф ф ера и исклю ч аю щ ее И Л И над ч ислам и Х1=1010 и Х2=1110.

16

Х1∨Х2 = 1010 + 1110 = 1110 Х1∧Х2 = 1010 ⋅ 1110 = 1010 X1 ∨ X2 = 1010 + 1110 = 1110 = 0001 X1 ∧ X2 = 1010 ⋅1110 = 1010 = 0101 X 1 ⊕ X 2 = 1010 ⊕ 1110 = 0100

Задания 2.1 . В ы полнитьследую щ ие логич еские операц ии: 2.1.1. X 1 ∨ X 2 2.1.3. X 1 ∨ X 2 2.1.5. X 1 ∨ X 2 2.1.7. X 1 ∧ X 2 2.1.9. X 1 ⊕ X 2 2.1.11. X 1 ⇒ X 2

2.1.2. X 1 ∧ X 2 2.1.4. X 1 ∨ X 2 2.1.6. X 1 ∧ X 2 2.8. X 1 ⊕ X 2 2.1.10 X 1 ∧ X 2 2.1.12 X 1 ⇔ X 2

а) при Х1=1, Х2=1; б) при Х1=1, Х2=0; в) при Х1=0, Х2=1; г) при Х1=0, Х2=0. 2.2.

В ы полнитьследую щ ие логич еские операц ии:

2.2.1. X 1 + X 2 2.2.3. X 1 + X 2 2.2.5. X 1 + X 2 2.2.7. X 1 + X 2 2.2.9. X 1 + X 2 2.2.11. X 1 ⊕ X 2 2.2.13. X 1 ⊕ X 2 2.2.15. X 1 ⇒ X 2

2.2.2. X 1⋅ X 2 2.2.4. X 1⋅ X 2 2.2.6. X 1⋅ X 2 2.2.8. X 1⋅ X 2 2.2.10. X 1⋅ X 2 2.2.12. X 1 ⊕ X 2 2.2.14. X 1 ⊕ X 2 2.2.16. X 1 ⇔ X 2

а) при Х1=1011, Х2=1111; б) при Х1=11, Х2=01; в) при Х1=1110, Х2=1001; г) при Х1=001, Х2=100. 2.3. В ы полнитьследую щ ие логич еские операц ии: 2.3.1. ( X 1 ∨ X 2 ) ∧ X 3 2.3.3. ( X 1 ∧ X 2 ) ⊕ X 3

2.3.2. X 1 ⊕ X 2 ⊕ X 3 2.3.4. X 3 ⊕ X 3 ∧ ( X 1 ∨ X 2 )

2.3.5. X 2 ⇔ X 1 ⇒ X 1 2.3.6. X 1 ⊕ X 2 ⇒ X 1 а) при Х1=1, Х2=0 и Х3=1; б) при Х1=101, Х2=111 и Х3=100; в) при Х1=10, Х2=11 и Х3=11.

17

2.2. Л огич еские операц ии всистем е ком пью тернойм атем атики MathCAD Л оги че с к и е опера т оры систем ы MathCAD предназнач ены для вы полнения булевских операц ийи вы бираю тся из палитры Л огич еская Л инейка: - отриц ание NOT (¬); - логич еское слож ение OR (∨); - логич еское ум нож ение AND (∧); - ш трих Ш еф ф ера (/); - стрелка П ирса (↓); - исклю ч аю щ ее И Л И XOR (⊕). Аргум ентам и логич еских операторов являю тся логич еские перем енны е 0 и 1 (TRUE / FALSE). П рим ер 2.3. В ы ч ислитьследую щ ие вы раж ения: ¬[ ¬[¬( 1 ⊕ 1) ] ] = 1 x := 1

y := 0

¬[ x ⊕ ( ¬y ) ∨ ( ¬x ⊕ y ) ] = 1

П рим ер 2.4. В ы полнитьоперац ию логич ескогоследования P ∨ Q , где Р=1100, Q=1010. Реш ение средствам и систем ы MathCAD использованием операц ии векторизац ии.  1  1 P :=   0 0  

1   0 Q :=   1 0  

м ож но

провести

с

 1  → 0 ( ¬P ∨ Q) =   1 1  

2.3. Л огич еские основы устройства ком пью тера 2.3.1. Базовы е логич еские элем енты В се логич еские операц ии в ком пью тере реализую тся базовы м и логич еским и элем ентам и (вентилям и), составляю щ им и ф ункц ионально полную систем у: Н Е , И Л И , И ; ш трих Ш еф ф ера И -Н Е ; стрелка П ирса И Л И -Н Е . П оскольку лю бая логич еская операц ия м ож ет бы ть представлена в виде ком бинац ии основны х базовы х элем ентов, толю бы е устройства ком пью тера, производящ ие обработкуили х ранение инф орм ац ии, м огут бы ть собраны из базовы х логич еских элем ентов, как из “кирпич иков” .

18

К аж ды й логич еский элем ент им еет свое условное обознач ение, которое вы раж ает его логич ескую ф ункц ию , но не указы вает на то, как им енно электронная сх ем а реализована. Э то упрощ ает запись и поним ание слож ны х логич еских сх ем . Ч тобы представить два логич еских состояния 0 и 1 в вентилях , соответствую щ ие им вх одны е и вы х одны е сигналы им ею т один из двух установленны х уровней напряж ения. Н априм ер, +5 В и 0 В , +2,4 В и 0,4 В . С х ем а Н Е (инвертор) (рис.2.1) реализует операц ию отриц ания. Е сли на вх оде сх ем ы 0, тона вы х оде 1. К огда на вх оде 1, на вы х оде 0. X

X

Рис.2.1. Л огич ескийэлем ентН Е (инвертор). С х ем а И Л И (дизъю нктор) (рис.2.2) реализует операц ию логич еского слож ения, таблиц а истинности которой приведена в таблиц е истинности для данной ф ункц ии. X

1

X∨Y

Y

Рис.2.2. Л огич ескийэлем ентИ Л И (дизъю нктор). С х ем а И (конъю нктор или конвертор) (рис.2.3) реализует операц ию логич еского ум нож ения, таблиц а истинности которой приведена в таблиц е истинности для даннойф ункц ии. X

&

X∧Y

Y

Рис.2.3. Л огич ескийэлем ентИ (конвертор). С ледую щ ие две сх ем ы ш трих Ш еф ф ера И -Н Е (рис.2.4) и стрелка П ирса И Л И -Н Е (рис.2.5) являю тся ф ункц иональнополны м и систем ам и, и их таблиц ы истинности приведены втаблиц ах истинности для данны х ф ункц ий. X

&

Y

X Y

1

X ∧Y

Рис.2.4. Л огич ескийэлем ентИ -Н Е .

X ∨Y

Рис.2.5. Л огич ескийэлем ентИ Л И -Н Е .

19

2.3.2. Т аблиц ы истинности составны х логич еских ф ункц ий Д ля каж догосоставногологич ескоговы раж ения м ож нопостроитьтаблиц у истинности, которая определяет его истинность при всех возм ож ны х ком бинац иях исх одны х знач ений просты х перем енны х . Т аблиц а истинности строится в следую щ ей последовательности. 1. К олич ество строк в таблиц е истинности равно ч ислу возм ож ны х ком бинац ий знач ений независим ы х логич еских перем енны х плю с строка, в которой указы вается содерж ание столбц ов. Е сли ч исло логич еских перем енны х равноn, токолич ествострок равно2n+1. 2. К олич ествостолбц ов в таблиц е истинности равноколич ествулогич еских перем енны х плю с колич ествологич еских операц ий. 3. С троится таблиц а с указанны м колич еством строк и столбц ов, обознач ается содерж им ое столбц ов, заполняю тся возм ож ны е наборы знач ений исх одны х логич еских перем енны х . 4. Заполняется таблиц а истинности постолбц ам , вы полняя последовательно логич еские операц ии всоответствии сих таблиц ам и истинности. П рим ер 2.5. С оставитьтаблиц уистинности логич ескойф ункц ии F ( A, B) = ( A ∨ B ) & (A ∨ B ) . К олич ество независим ы х логич еских перем енны х равно 2, 2 следовательно, ч ислострок будетравно2 +1=5. К олич ество логич еских операц ий равно пяти, и с уч етом колич ества логич еских перем енны х ч ислостолбц овесть5+2=7. А 0 0 1 1

В 0 1 0 1

A∨ B

A

B

A∨ B

( A ∨ B ) & (A ∨ B )

0 1 1 1

1 1 0 0

1 0 1 0

1 1 1 0

0 1 1 0

2.3.3. П остроение логич еских сх ем У стройства ком пью тера (сум м аторы в проц ессоре, ш иф раторы и деш иф раторы , логич еские сх ем ы ариф м етико-логич еского устройства и так далее) строятся на основе базовы х логич еских элем ентов. П рим ер 2.6. П остроить логич ескую сх ем у заданной логич еской ф ункц ии F ( A, B) = B & A ∨ B & A . П остроение необх одим о нач инать с логич еской операц ии, которая долж на вы полняться последней, в данном случ ае – операц ии логич еского

20

слож ения, которая вы полняется дизъю нктором . Н а еговх оды подаю тся сигналы с двух конъю нкторов, на которы е в свою оч ередьподаю тся один сигнал норм альны йи один инвертированны йс инверторов(рис.2.6.).

Рис.2.6. Л огич еская сх ем а ф ункц ии F ( A, B) = B & A ∨ B & A . 2.3.4. С ум м атор двоич ны х ч исел В ц елях м аксим ального упрощ ения ком пью тера все м ногообразие м атем атич еских операц ий в проц ессоре сводится к слож ению двоич ны х ч исел. П оэтом у главной ч астью проц ессора являю тся сум м аторы , обеспеч иваю щ ие такое слож ение. Полу с у м м а т ор. П ри слож ении двоич ны х ч исел А и В в каж дом разряде образуется сум м а S и при этом возм ож ен перенос P в старш ий разряд. Т аблиц а слож ения одноразрядны х двоич ны х ч исел с уч етом переноса в старш ий разряд вы глядитследую щ им образом : С лагаем ы е A B 0 0 0 1 1 0 1 1

П еренос P 0 0 0 1

С ум м а S 0 1 1 0

И з таблиц ы видно, ч топеренос м ож нореализоватьс пом ощ ью операц ии логич ескогоум нож ения P = A& B. Знач ения сум м ы близки к результату операц ии логич еского слож ения кром е случ ая, когда на вх оды подаю тся две единиц ы , а на вы х оде долж ен получ иться нуль. Н уж ны й результат достигается, если результат логич еского слож ения ум нож итьна инвертированны йперенос: S = ( A ∨ B) & ( A & B) .

21

П остроением таблиц ы истинности логич еской ф ункц ии данного логич еского вы раж ения м ож но убедиться в правильности сделанны х предполож ений. А

В

( A ∨ B)

A& B

( A & B)

( A ∨ B) & ( A & B)

0

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

0

0

Т еперьна основе получ енны х логич еских вы раж ений м ож нопостроить из базовы х логич еских элем ентов сх ем у слож ения одноразрядны х двоич ны х ч исел. П о логич еской ф орм уле переноса видно, ч то для получ ения переноса необх одим логич еский элем ент И . Д ля получ ения сум м ы долж ен использоваться элем ентлогич ескогоум нож ения И с двум я вх одам и. Н а один из вх одов надоподатьрезультат логич ескогослож ения ч исел А и В , т.е. на него долж ен подаваться результатлогич ескогослож ения сэлем ента И Л И . Н а второй вх од подается результат инвертированного логич еского ум нож ения исх одны х ч исел ( A & B) . Д анная сх ем а (рис.2.7) назы вается полу с у м м а т ором , так как реализует сум м ирование одноразрядны х двоич ны х ч исел без уч ета переноса из м ладш его разряда.

A B

&

A& B A& B

A& B

1

&

( A ∨ B) & A & B

A∨ B

Рис.2.7. С х ем а полусум м атора двоич ны х ч исел. Полн ы й одн ора зрядн ы й полу с у м м а т ор. П олны йодноразрядны йсум м атор долж ен им етьтри вх ода (слагаем ы е А , В и Р0 – перенос из м ладш егоразряда) и два вы х ода (сум м а S и перенос Р). Т аблиц а слож ения в этом случ ае будетим еть следую щ ийвид:

22

С лагаем ы е

А 0 0 1 1 0 0 1 1

В 0 1 0 1 0 1 0 1

П еренос из м ладш его разряда

П еренос

С ум м а

P0 0 0 0 0 1 1 1 1

P 0 0 0 1 0 1 1 1

S 0 1 1 0 1 0 0 1

И дея построения логич еской ф ункц ии полного одноразрядного сум м атора такая ж е, как и полусум м атора. И з таблиц ы слож ения видно, ч то перенос Р приним ает знач ение 1 тогда, когда х отя бы две вх одны е логич еские перем енны е одноврем енно приним аю т знач ение 1. Т аким образом , перенос реализуется путем логич еского слож ения результатов попарного логич еского ум нож ения вх одны х перем енны х А , В и Р0. Ф орм ула переноса получ ает следую щ ийвид: P = ( A & B ) ∨ ( A & P0 ) ∨ (B & P0 ) . Д ля получ ения знач ения сум м ы S необх одим о результат логич еского слож ения вх одны х перем енны х А , В и Р0 ум нож ить на инвертированны й перенос Р : S = ( A ∨ B ∨ P0 ) & P . Д анное логич еское вы раж ение дает правильны е знач ения сум м ы вовсех случ аях , кром е одного, когда все вх одны е логич еские перем енны е приним аю т знач ение 1. Д ействительно: P = (1 & 1) ∨ (1 & 1) ∨ (1 & 1) = 1 ; S = (1 ∨ 1 ∨ 1) & Р = 1 & 0 = 0 . Д ля получ ения правильного знач ения сум м ы (для данного случ ая перем енная S долж на приним атьзнач ение 1) необх одим ослож итьполуч енное вы ш е вы раж ение для сум м ы с результатом логич еского ум нож ения вх одны х перем енны х А , В и Р0. В результате логич еское вы раж ение для вы ч исления сум м ы в полном одноразрядном сум м аторе приним аетследую щ ийвид: S = ( A ∨ B ∨ P0 ) & P ∨ ( A & B & P0 ) .

У словное обознач ение одноразрядногосум м атора приведенона рис.2.8.

23

ai bi pi-1

A B P0

ПС P S

pi si

Рис.2.8. П олны йодноразрядны йсум м атор.

М н огора зрядн ы й с у м м а т ор. М ногоразрядны й двоич ны й сум м атор, предназнач енны й для слож ения м ногоразрядны х двоич ны х ч исел, представляет собой ком бинац ию одноразрядны х сум м аторов. П ри слож ении двоич ны х ч исел длиной два и более бит, м ож но использовать последовательное соединение одноразрядны х сум м аторов, прич ем для двух соседних сум м аторов вы х од переноса преды дущ егосум м атора является вх одом для последую щ его. Н априм ер, сх ем а вы ч исления сум м ы S=(s3 s2 s1 s0) двух двоич ны х трех разрядны х ч исел A=(a2 a 1 a0) и В =(b 2 b1 b0) м ож етим етьвид, приведенны й на рис.2.9. a0 b0 0 В х од переноса

A B P0

a1

ПС

b1 P S

A B P0

a2

ПС

b2 P S

A B P0

s1

s0 М ладш ий раз ряд сум м ы

ПС P S s2 s3 С тарш ие раз ряды сум м ы

РезультатS=(s3 s2 s1 s0)

Рис.2.9. С х ем а вы ч исления сум м ы двух двоич ны х трех разрядны х ч исел. Задания 2.1. К акое тож дествозаписаноневерно: а) X ∨ X ≡ 1 ; б) X ∨ X ∨ X ∨ X ∨ X ∨ X ≡ 1 ; в) X & X & X & X & X ≡ X ? 2.2. И з двух вы сказы ваний a и b построитьсоставное вы сказы вание, которое бы лобы : а) истиннотогда и толькотогда, когда оба данны х вы сказы вания лож ны ; б) лож нотогда и толькотогда, когда оба вы сказы вания истинны . 2.3. Л огич еское вы раж ение назы вается т ож де с т ве н н о-лож н ы м , если оно приним ает знач ения 0 при всех наборах вх одящ их в него просты х

24

вы сказы ваний. П остроив таблиц у истинности, покаж ите, ч то вы раж ение (A & B & B )∨ (A & A)∨ (B & C & C ) тож ественно-лож ное. 2.4. Л огич еское вы раж ение назы вается т ож де с т ве н н о-и с т и н н ы м , если оно приним ает знач ения 1 при всех наборах вх одящ их в него просты х вы сказы ваний. П остроив таблиц у истинности, покаж ите, ч то вы раж ение (A & B & C )∨ (A & B & C )∨ A ∨ C тож ественно-истинное. 2.5. П остроить таблиц уистинности ф ункц ии F ( A, B ) = A ∨ B . К акая логич еская ф ункц ия тож дественна даннойф ункц ии? 2.6. П остроить таблиц у истинности ф ункц ии F ( A, B) = (A ∨ B )& (B ∨ A) . К акая логич еская ф ункц ия тож дественна даннойф ункц ии? 2.7. Д ано логич еское вы раж ение A ∧ B . П ри каких знач ениях А и В данное вы раж ение будетлож ны м ? истинны м ? 2.8. Д аны два просты х вы сказы вания: А ={2⋅2=4}, В ={2⋅2=5}. К акие из составны х вы сказы ваний истинны и какие лож ны : а) A ; б) B ; в) A & B ; г) A ∨ B ; д) A ⇒ B ; е) A ⇔ B ? 2.9. Д аны просты е вы сказы вания: А ={5>3}, В ={2=3}, C={4<2}. О пределите истинностьсоставны х вы сказы ваний: б) ( A & B ) ∨ C ⇔ ( A ∨ C ) & ( A & B ) . а) ( A ∨ B ) & C ⇒ ( A & C ) ∨ (B & C ) ; 2.10. Д аны просты е вы сказы вания: А = {П ринтер – устройствоввода инф орм ац ии}; B = {П роц ессор – устройствообработки инф орм ац ии}; C = {М онитор – устройствох ранения инф орм ац ии}; D = {К лавиатура – устройствоввода инф орм ац ии}. О пределитьистинностьсоставны х вы сказы ваний: а) ( A & B ) & (C ∨ D ) ; б) ( A & B ) ⇒ (D & C ) ; в) ( A ∨ B ) ⇒ (C & D ) ; г) A ⇔ B . 2.11. О перац ию им пликац ии м ож новы разитьч ерез дизъю нкц ию и отриц ание: A ⇒ B = A ∨ B . П остроитьлогич ескую сх ем уоперац ии им пликац ии. 2.12. О перац ию эквивалентности м ож но вы разить ч ерез конъю нкц ию , дизъю нкц ию и отриц ание: A ⇔ B = (A ∨ B ) & (B ∨ A). П остроитьлогич ескую сх ем уоперац ии эквивалентности. 2.13. П остроить с пом ощ ью базовы х сх ем логич ескую сх ем у исклю ч аю щ его ИЛ И.

25

2.14. П остроитьтаблиц ы истинности и логич еские сх ем ы следую щ их ф ункц ий: а) F ( A, B) = ( A ∨ B ) & (A ∨ B ); б) F ( A, B, C ) = (A ∨ B ) & C ; в) F ( A, B, C ) = (A & C )∨ B ; д) ( A & B ) & (C ∨ D ) ; ж ) ( A ∨ B ) ⇒ (C & D ) ;

г) F ( X 1, X 2) = X 1 ∨ X 2 & X 1 ∨ X 2 ; е) ( A & B ) ⇒ (D & C ) ; з) A ⇔ B .

2.15. Л огич еская сх ем а им еетдва вх ода А и В . О пределитьлогич еские ф ункц ии F1(A,B) и F2(A,B), которы е реализую тся на двух ее вы х одах . A

&

F1(A,B)

B & 1

F2(A,B)

2.16. Записатьлогич еские ф ункц ии, описы ваю щ ие работуследую щ их сх ем : а)

A

1

F(A,B)

B

б)

A

НЕ

ИЛ И И

F(A,B)

ИЛ И

B

в)

A

НЕ

НЕ

И ИЛ И

F(A,B)

И

B

НЕ

г) A

1 & 1

B

Y(A,B)

26

д) &

С

F(C,D)

& 1

D

е)

A

&

B

1

&

С

F1(A,B,C)

&

1

&

&

1

F2(A,B,C)

2.17. С ущ ествую т 16 различ ны х логич еских ф ункц ий от двух перем енны х . Н иж е приведены таблиц ы истинности всех возм ож ны х логич еских ф ункц ийдвух перем енны х . Л огич еские ф ункц ии

Аргум енты

A

B

F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

27

Н азвания каких логич еских ф ункц ий В ам известны ? П о им ею щ им ся таблиц ам истинности вы разитьс пом ощ ью базовы х логич еских ф ункц ий (дизъю нкц ия, конъю нкц ия, отриц ание) все остальны е логич еские ф ункц ии. С пом ощ ью базовы х логич еских сх ем (инвертор, дизъю нктор, конъю нктор) построить логич еские сх ем ы всех возм ож ны х логич еских ф ункц ийдвух перем енны х . 2.18. П остроитьлогич ескую сх ем уодноразрядногодвоич ногосум м атора. 2.19. В ы брать составное вы сказы вание, им ею щ ее туж е таблиц уистинности, ч тои не(неА и не(В и С )): а) А и В и ли С и А ; в) А и (В и ли С ); б) (А и ли В ) и (А и ли С ); г) А и ли (неВ и ли неС ). 2.20. Л огич еские вы раж ения, укоторы х последние столбц ы таблиц истинности совпадаю т, назы ваю тся ра вн оси льн ы м и . Д ля обознач ения равносильны х логич еских вы раж енийиспользуется знак =. Д оказать с пом ощ ью таблиц истинности равносильность следую щ их логич еских вы раж ений: ( A ⇒ B ) & ( A ∨ B ) = ( A ⇔ B ) & ( A & B ) ∨ (A & B ) . 2.21. К акое колич ество базовы х логич еских элем ентов необх одим о для реализац ии 64-разрядногосум м атора двоич ны х ч исел? 2.22. Г енератор сигналов ч етности осущ ествляет сж атие восьм и бит ш ины данны х D = {d i }i =1..8 в один бит контроля ч етности и описы вается логич ескойф ункц ией Y ( D) = ((d 1 ⊕ d 2 ) ⊕ (d 3 ⊕ d 4 )) ⊕ ((d 5 ⊕ d 6 ) ⊕ (d 7 ⊕ d 8 )) .

Н а сх ем ах И С К Л Ю Ч АЮ Щ Е Е И Л И обознач ается как

=1

.

П остроить логич ескую сх ем у генератора сигналов ч етности на элем ентах И С К Л Ю Ч АЮ Щ Е Е И Л И , а затем на базовы х элем ентах . Рассч итатьсигналы ч етности для следую щ их вх одны х данны х : а) D = {10010011}; б) D = {00011100}; в) D = {11001100}.

28

3. П рограмми ровани е ми к ропроцессорной сек ци и К 1804ВС 1 3.1.

М икропроц ессорная секц ия К 1804В С 1

М икропроц ессорная секц ия К 1804В С 1 предназнач ена для построения обрабаты ваю щ их операц ионны х устройств м икропроц ессоров (М П ) с разрядностью , кратнойч еты рем (рис.3.1). В состав м икропроц ессорной серии К 1804 в настоящ ее врем я вх одят 9 больш их интегральны х сх ем (БИ С ), вы полненны х поТ Т Л Ш тех нологии: К 1804В С 1 К 1804В С 2 К 1804В Р1 К 1804В Р2 К 1804В У 1,2

ч еты рех разрядная М П секц ия; ч еты рех разрядная М П секц ия с расш иренны м и возм ож ностям и; сх ем а ускоренногопереноса (С У П ); сх ем а управления состоянием и сдвигам и; - ч еты рех разрядная секц ия управления адресом м икроком анды (С У АМ ); К 1804В У 3 - сх ем а управления следую щ им адресом (С У С А); К 1804В У 4 - сх ем а управления последовательностью м икроком анд; К 1804И Р1 - ч еты рех разрядны йрегистр. Т аким образом , М П серия К1804 вклю ч ает в себя все необх одим ы е БИ С для построения как вы ч ислительны х устройств лю бой разрядности, кратной ч еты рем , так и блоков м икропроц ессорны х устройств с наращ иваем ой разрядностью . М ногокристальны е м икропроц ессоры с наращ иваем ой разрядностью , создаваем ы е на основе биполярной Т Т Л Ш тех нологии, им ею т наивы сш ее бы стродействие. М П серии БИ С позволяю т создавать оптим альны е в отнош ении бы стродействия и энергопотребления М П С . М икропроц ессоры на основе М П серии К 1804 отлич аю тся оч ень низким потреблением энергии источ никовпитания и сам ойвы сокойпом ех оустойч ивостью . О сновны м и блокам и секц ии К 1804В С 1 являю тся: - блок м естнойрегистровойпам яти (регистровая ч асть); - операц ионная ч асть; - управляю щ ая ч асть .

29

I - регистровая ч асть PR3

PR0

СД А

PQ3

СДR

PQ0

A3÷A0

РЗУ 16х 4

B3÷B0

РгQ

РгА

РгВ

D3÷D0 ДС ИО

D А 0 В Q М ИД

R

C4 G

OVR F3

S

С0 ДС К О АЛ У

АЛ У

P

I2÷I0

I5÷I3

Z F

М ВД

OE

СД А СДR РгQ

ДС ПР

I8÷I6

БР (В Б)

Y3÷Y0

II - операц ионная ч асть

III – у правляю щ ая ч асть

Рис. 3.1. С труктурная сх ем а м икропроц ессорнойсекц ии К 1804В С 1.

30

3.2. М естная регистровая пам ять Блок м естнойрегистровойпам яти состоитиз следую щ их элем ентов: Р ЗУ

- регистровое запом инаю щ ее устройство, им ею щ ее 16 ч еты рех разрядны х регистров: О бознач ение

О бщ епринятое обознач ение

РО Н ы

С К2 С К1

А

Н азнач ение

R0 R1 . . . R7

Регистры общ егоназнач ения

R8 R9

С ч етч ики текущ ий ком анды

ком анд, где указан адрес вы полняем ой

RA

Аккум улятор для вы полнения всех операц ий и пересы лки данны х

RB RC

И ндексны е регистры

RD

Регистр для указания адреса данны х при косвеннойадресац ии

У С (SP)

RE

С К (PC)

RF

У казательстека С ч етч ик ком анд следую щ ей ком анды )

(адрес

С Д А - регистр сдвига результата на один разряд влево/вправоперед записью еговРЗУ : PR3

PR0

без сдвига Р гА Р гВ А 3÷А 0 В3÷В0

PR3

PR0

сдвиг вправо

PR3

PR0

сдвиг влево

- регистры операндовА и В 4-х разрядны е ш ины адресовдля операндовРгА и РгВ . Записьрезультата операц ии происх одиттолькопоадресуВ

31

Р гQ СДR

В спом огательны йрегистр и егосдвигательС Д R на один разряд вправо/влево(как С Д А) 3.3. О перац ионная ч асть

О перац ионная ч астьвклю ч аетвсебя: АЛ У

- ариф м етико-логич еское устройствос двум я вх одам и R и S и вы х одом результата F. АЛ У вы полняетвосем ьоперац ий (табл.3.2) и ф орм ирует6 признаков: С 4 - перенос из старш егоразряда; G - сигнал генерац ии (если естьдве единиц ы х отя бы водном разряде); P - сигнал прозрач ности (если естьвх одной перенос С 0=1 и х отя бы одна единиц а встарш ем разряде); OVR – сигнал переполнения (результат операц ии в дополнительном коде занял знаковы й разряд); F3 - знак результата (битстарш егоразряда результата); Z - признак нуля.

С 0 - сигнал переноса с преды дущ ейразрядной секц ии; М И Д -

- м ультиплексор источ ника данны х : с ш ины данны х D3÷D0; с РгА; с РгВ ; с РгQ; 0 (потенц иал зем ли);

М ВД - м ультиплексор вы х одны х данны х , им ею щ ийдва вх ода: - F результата АЛ У ; - непосредственнос РгА; Б Р - буф ерны йрегистр (вы х однойбуф ер); OE

- сигнал разреш ения подклю ч ения проц ессорнойсекц ии к ш ине данны х ;

Y3÷Y0 - ш ина вы х одны х данны х . 3.4. У правляю щ ая ч асть У правляю щ ая ч асть содерж ит три деш иф ратора, которы е ф орм ирую т сигналы управления м икропроц ессорнойсекц ией.

32

ДС И О

- деш иф ратор источ ника операнда. В соответствии с м икрокодом I2÷I0 м ультиплексор источ ника данны х М И Д подклю ч ает на вх оды R и S АЛ У поодном уиз пяти возм ож ны х источ ников(таблиц а 3.1). Т аблиц а 3.1 В ы бор источ никовоперандовдля АЛ У М икрокод (по ле м икроком анды ) Код I2 0 0 0 0 1 1 1 1

0 1 2 3 4 5 6 7

Д С КО

I1 0 0 1 1 0 0 1 1

И сточ ники операндов АЛ У

I0 0 1 0 1 0 1 0 1

R A A 0 0 0 D D D

S Q B Q B A A Q 0

А Л У – деш иф ратор кода операц ии АЛ У . АЛ У вы полняет три ариф м етич еских и пятьлогич еских операц ий над вх одны м и операндам и R и S (таблиц а 3.2), прич ем при вы полнении ариф м етич еских операц ий необх одим оуч иты ватьзнач ение вх одногопереноса С 0 вАЛ У . Т аблиц а 3.2 О перац ии, вы полняем ы е АЛ У Код

ДС

М икрокод (поле м икроком анды )

О перац ия

П рим еч ание

}

0 1

I5 0 0

I4 0 0

I3 0 1

R+S+C0 S-R-1+C0

2 3

0 0

1 1

0 1

R-S-1+C0 R∨S

4

1

0

0

R∧S

логич еское ум нож ение И

5

1

0

1

R∧S

запретпоR

6

1

1

0

R⊕S

слож ение пом одулю |2|

7

1

1

1

R⊕S

слож ение по м одулю инверсией

ариф м етич еские операц ии вы полняю тся в дополнительном коде

логич еское слож ение И Л И

|2|

с

П Р – деш иф ратор прием ника результата в соответствии с кодом м икроком анды управления I8÷I6. Результат операц ии F м ож ет бы ть загруж ен без сдвига в РЗУ по адресуВ или врегистр РгQ.

33

С двигатель С Д А обеспеч ивает сдвиг на один разряд вправо/влево результата F перед загрузкой в РЗУ . О дноврем енно с этим с пом ощ ью сдвигателя С Д R м ож ноперезагрузитьрегистр РгQ, сдвинув егооперанд на один разряд вправо/влево. Н а вы х одную ш инуY3÷Y0 передается или результат операц ии F, или операнд из РЗУ ч ерез регистр РгА (таблиц а 3.3). Т аблиц а 3.3 В ы бор прием ника результата Код

М икрокод (поле м икроком анды )

I8

I7

I6

Регистровое ЗУ

Регистр РгQ

сдвиг

загрузка

сдвиг

загрузка

В ы х од Y

0 1

0 0

0 0

0 1

-

-

-

F→Q -

F F

2 3

0 0

1 1

0 1

-

F→B F→B

-

-

A F

4 5

1 1

0 0

0 1

→ →

F/2→B F/2→B

→

Q/2→Q

F F

6 7

1 1

1 1

0 1

← ←

2F→B 2F→B

←

2Q→Q

F F

Д алее приведены прим еры програм м ирования м икропроц ессорной секц ии К 1804В С 1. П рим ер 3.1. О пределитьпризнаки, ф орм ируем ы е при слож ении ч исел -5 и 2. С лож ение осущ ествляется операц ией R+S+C0 при С 0=0. В дополнительном коде ч исло-5 есть1011, 2 – 0010. Т огда 1011 0010 0 1011

+

С 4=0

знак отриц ательногорезультата (F3=1)

Результат не равен нулю , следовательно, Z=0. П ризнак переполнения OVR определяется при операц ии слож ения логич еской ф ункц ией И С К Ю Ч АЮ Щ Е Е И Л И сигналов вх одногои вы х одногопереносов старш его разряда F3 результата. Е динич ное знач ение этогосигнала в старш ей секц ии показы вает, ч торезультатариф м етич еской операц ии в дополнительном коде занял знаковы йразряд. В данном прим ере OVR=0⊕0=0. С ледовательно, переполнения нет и результаткорректны й.

34

П рим ер 3.2. С оставитьф рагм ентм икроком анды загрузки врегистр РЗУ ч исла с ш ины данны х . Т ребуем ая загрузка в регистр РЗУ ч исла с ш ины данны х м ож ет бы ть реализована с пом ощ ью операц ии логич ескогослож ения в АЛ У данны х с ш ины данны х (источ ник D) с 0 и передач ей результата с вы х ода F поадресу В : D∨0 → В . С ледовательно, код деш иф ратора источ ника операнда будет 7, код деш иф ратора кода операц ии АЛ У – 3, код деш иф ратора прием ника результата – 3. Ф рагм ентм икроком анды : I8 I7 I6 0 1 1 14442444 3

I5 I4 I3 0 1 1 14442444 3

I2 I1 I0 1 1 1 144 42444 3

3

3

7

П рим ер 3.3. С оставить ф рагм ент м икроком анды содерж им огорегистра РЗУ .

для инкрем ентирования

У велич ение содерж им ого указанного регистра РЗУ на 1 м ож но реализовать с пом ощ ью ариф м етич еской операц ии слож ения с кодом 0, когда на вх од R АЛ У подан 0, на вх од S передается содерж им ое РгВ , а С 0 устанавливается равны м 1: 0+В +С 0 → В при С 0=1. Т огда код Д С И О будетравен 3, код Д С К О АЛ У – 0, код Д С П Р – 3. Ф рагм ентм икроком анды : I8 I7 I6 0 1 1 14442444 3

I5 I4 I3 0 0 0 14442444 3

I2 I1 I0 0 1 1 144 42444 3

3

0

3

П рим ер 3.4. С оставить ф рагм ент м икроком анды содерж им огорегистра РЗУ .

для декрем ентирования

У м еньш ение содерж им ого указанного регистра РЗУ на 1 м ож но реализовать с пом ощ ью ариф м етич еской операц ии слож ения с кодом 1, когда на вх од R АЛ У подан 0, на вх од S передается содерж им ое РгВ , а С 0 устанавливается равны м 0: В -0-1С 0 → В при С 0=0. С ледовательно, код Д С И О будетравен 3, код Д С К О АЛ У – 1, код Д С П Р – 3. Ф рагм ентм икроком анды : I8 I7 I6 0 1 1 14442444 3

I5 I4 I3 0 0 1 14442444 3

I2 I1 I0 0 1 1 144 42444 3

3

1

3

35

Задания 3.1. Ариф м етич еские операц ии в АЛ У вы полняю тся с уч етом знач ения сигнала вх одного переноса С 0 по правилам дополнительного кода при представлении отриц ательны х ч исел. К акойрезультатбудетна вы х оде АЛ У , если вы полняю тся : а) операц ия слож ения нулевы х операндовпри С 0=0; б) операц ия слож ения нулевы х операндовпри С 0=1; в) операц ия вы ч итания нулевы х операндовпри С 0=0; г) операц ия вы ч итания нулевы х операндовпри С 0=1? 3.2. С игналы на вы водах G , P , OVR и С 4 им ею т см ы сл при вы полнении АЛ У ариф м етич еских операц ий. О днакоинф орм ац ия на этих вы водах возникает и при вы полнении логич еских операц ий. Ф орм ирование сигналовсостояния при вы полнении различ ны х операц ий АЛ У (код операц ии 0..7 указан в скобках за определяем ы м сигналом ) осущ ествляется следую щ им образом . Разряды вх одовR и S АЛ У : Ri – разряды первоговх ода, где i=0,1,2,3; Si – разряды второговх ода, где i=0,1,2,3. П ром еж уточ ны е перем енны е: пе рвы й урове н ь P 0 = R 0 ∨ S 0 , P1 = R1 ∨ S1 , P 2 = R 2 ∨ S 2 , P3 = R3 ∨ S 3 ; G 0 = R 0 ∧ S 0 , G1 = R1 ∧ S1 , G 2 = R 2 ∧ S 2 , G 3 = R3 ∧ S 3 ; вт орой у рове н ь P30 = P3 ∧ P 2 ∧ P1 ∧ P 0 , G 30 = G 3 ∨ G 2 ∨ G1 ∨ G 0 . Ф орм ирование сигналовраспространения переноса P(I ) : P(0) = P30 , P(1) = вы раж ение для P(0) с зам еной Ri на Ri , P(2) = вы раж ение для P(0) с зам еной S i на S i , P(3) = P(4) = P(5) = 0 , P(6) = вы раж ение для P(7) с зам еной Ri на Ri , P(7) = G30 . Ф орм ирование сигналов генерац ии переноса G (I ) : G (0) = G3 ∨ P3 ∧ G 2 ∨ P3 ∧ P2 ∧ G1 ∨ P3 ∧ P 2 ∧ P1 ∧ G 0 G (1) = вы раж ение для G (0) с зам еной Ri на Ri , G ( 2) = вы раж ение для G (0) с зам еной S i на S i ,

G (3) = P30 , G (4) = G30 ,

36 G (5) = вы раж ение для G (4) с зам еной Ri на Ri , G (6) = вы раж ение для G (7 ) с зам еной Ri на Ri ,

G (7) = G3 ∨ P3 ∧ G 2 ∨ P3 ∧ P 2 ∧ G1 ∨ P3 ∧ P 2 ∧ P1 ∧ G 0 .

Ф орм ирование сигнала на вы х оде переноса из АЛ У C 4( I ) : C 4(0) = C 4(1) = C 4(2) = C 4 , C 4(3) = P30 + C 0 , C 4(4) = G30 + C 0 , C 4(5) = вы раж ение для C 4( 4) с зам еной Ri на Ri , C 4(6) = вы раж ение для C 4(7) с зам еной Ri на Ri ,

(

)

C 4(7) = G 3 ∨ P3 ∧ G 2 ∨ P3 ∧ P 2 ∧ G1 ∨ P3 ∧ P 2 ∧ P1 ∧ P0 ∧ G 0 ∨ C 0 .

Ф орм ирование сигнала переполнения OVR(I ) : OVR(0) = G3 ⊕ C 4(0) , OVR (1) = вы раж ение для OVR (0) с зам еной Ri на Ri , OVR ( 2) = вы раж ение для OVR (0) с зам еной S i на S i , OVR(3) = P30 + C 0 , OVR(4) = G 30 + C 0 , OVR (5) = вы раж ение для OVR ( 4) с зам еной Ri на Ri , OVR ( 6) = вы раж ение для OVR (7 ) с зам еной Ri на Ri ,

(

)

OVR(7 ) = P 2 ∨ G 2 ⋅ P1 ∨ G 2 ⋅ G1 ⋅ P0 ∨ G 2 ⋅ G1 ⋅ G 0 ⋅ C 0 ⊕

(

)

⊕ P3 ∨ G3 ⋅ P 2 ∨ G3 ⋅ G 2 ⋅ P1 ∨ G3 ⋅ G 2 ⋅ G1 ⋅ P0 ∨ G3 ⋅ G 2 ⋅ G1 ⋅ G 0 ⋅ C 0 .

П остроитьлогич еские сх ем ы ф орм ирования сигналов на вы водах G , P , OVR и С 4 при вх одны х сигналах Ri, Si и С 0. Рассч итатьпризнаки F3, Z, G , P , OVR и С 4 результата вы полнения в АЛ У следую щ их операц ий: а) R ⊕ S при R=1001, S=0111; б) R + S + C 0 при R=1001, S=0110, C0=1; в) S − R − 1 + C 0 при R=0001, S=0010, C0=0; г) R ∧ S при R=1000, S=0101; д) R ⊕ S при R=1011, S=0111; е) R − S − 1 + C 0 при R=1001, S=0110, С 0=1; ж ) R ∨ S при R=1100, S=1001; з) R ∧ S при R=1000, S=0101. 3.3. О пределитьпризнаки, ф орм ируем ы е вАЛ У (C0=0): а) при слож ении ч исел -1 и 4; б) при слож ении ч исел 3 и -7; в) при слож ении ч исел -5 и -4;

37

г) при слож ении ч исел 2 и 6; д) при вы ч итании ч исел -3 и -1 (операц ия с кодом 1); е) при вы ч итании ч исел 5 и -2 (операц ия скодом 2); ж ) при вы ч итании ч исел -7 и 2 (операц ия с кодом 1); з) при вы ч итании ч исел 3 и -7 (операц ия с кодом 2). 3.4. Н а рисунке приведена ф ункц иональная сх ем а И С К1804В Р1 (сх ем а ускоренногопереноса С У П ). О дна сх ем а ускоренногопереноса позволяет организовать параллельны е ц епи переноса в блоке обработки данны х разрядностью до16.

C0

P0

1 &

1

CX

&

G0 &

1 CY

&

P1 &

G1 &

1

&

CZ

&

P2

&

G2 &

1 G

& &

P3 &

G3

1

P

Записать логич еские ф ункц ии, описы ваю щ ие вы х одны е сигналы сх ем ы ускоренногопереноса К 1804В Р1. Рассч итать вы х одны е сигналы сх ем ы ускоренного переноса К 1804В Р1 при подач е на вх оды следую щ их сигналов: а) P0 = 0, P1 = 1, P 2 = 1, P3 = 0; G 0 = 1, G1 = 1, G 2 = 1, G3 = 0; C 0 = 1 ; б) P0 = 1, P1 = 0, P 2 = 1, P3 = 1; G 0 = 0, G1 = 1, G 2 = 1, G 3 = 0; C 0 = 1 ; в) P0 = 1, P1 = 0, P 2 = 1, P3 = 0; G 0 = 0, G1 = 1, G 2 = 0, G 3 = 0; C 0 = 0 ; г) P0 = 0, P1 = 1, P 2 = 1, P3 = 0; G 0 = 1, G1 = 0, G 2 = 0, G 3 = 1; C 0 = 0 . 3.5. С оставитьф рагм ентм икроком анды оч истки заданногорегистра РЗУ .

38

3.6. Ч исло, поступаю щ ее с ш ины данны х , и содерж им ое РгQ ум нож итьна 2. С оставитьф рагм ентм икроком анды для М П секц ии К1804В С 1. 3.7. Ч исло, поступаю щ ее с ш ины данны х , слож ить с содерж им ы м РгQ, и результат увелич ить в 2 раза. Результат операц ии АЛ У вы дать из М П секц ии на вы х одную ш ину. С оставитьф рагм ентм икроком анды . 3.8. Ч исло с ш ины данны х слож ить с содерж им ы м регистра РгА. Результат ум еньш итьв2 раза и передатьвРгQ. С оставить ф рагм ент м икроком анд для реализац ии данного алгоритм а. Ч то получ ится на ш ине F в результате вы полнения м икроком анд данногоф рагм ента м икропрограм м ы , если на ш ине данны х бы лоч исло0101, а (РгА)=0000? 3.9. С оставитьф рагм ент м икроком анды для изм енения знака ч исла в регистре РЗУ . Ч тополуч ится в результате вы полнения данногоф рагм ента, если в регистре бы лоч исло: а) 1001? б) 0011? в) 0111; г) 0000? 3.10.В ы полнить логич ескую операц ию И м еж ду ч ислом с ш ины данны х и содерж им ы м РгQ. Результатувелич итьв2 раза и записатьснова вРгQ. С оставить ф рагм ент м икроком анды для вы полнения данной операц ии и определитьрезультат на вы х оде F и в РгQ, если содерж им ое РгQ первонач альноравнялось1001, а на ш ине данны х бы ло вы ставлено ч исло0111. 3.11.С лож ить по |2| с дополнительной инверсией результата операнды регистров РгА и РгВ . Результат записать в РЗУ , а на вы х од Y подать содерж им ое РгА. С оставитьф рагм ент м икроком анды для реализац ии данной операц ии и определить, ч то получ ится в РгВ и на вы х оде Y, если в РгА бы ло записаноч исло0110, а вРгВ – 1010. 3.12.К акая операц ия будетвы полнена М П секц ией К 1804В С 1, если на её вх оды управления I8÷I0 подана м икроком анда 213? К аково будет в результате вы полненной операц ии содерж им ое вы бранногорегистра РЗУ , если первонач альнов нем бы лозаписаноч исло 0001, а С 0 установленоравны м 0? 3.13. С оставить ф рагм ент м икроком анды для инвертирования содерж им ого регистра РЗУ . 3.14. В ч ем отлич ие операц ийариф м етич ескогои логич ескогослож ения?

39

3.15. Н а управляю щ ие вх оды I8÷I0 подан код 010101001. К акие действия вы полнит М П секц ия К 1804В С 1 и каков будет результат, если (РгА)=1111, (РгВ )=1001? 3.16. К акая операц ия м огла бы тьвы полнена АЛ У М П секц ии К 1804В С 1, если на ш ине данны х бы ло ч исло 1111, а на вы х оде F получ ился результат 0000? 4. П рограмми ровани ес хем управлени я М П сери и К 1804 4.1. П остроение проц ессора Д ля построения проц ессора на основе М П секц ии К 1804В С 1 необх одим о подклю ч ение сх ем управления, обеспеч иваю щ их организац ию вы полнения м икропрограм м . С труктурная сх ем а проц ессора приведена на рисунке 4.1. Д ля тех нич еской реализац ии управляю щ ей ч асти проц ессора использую тся несколькоБИ С м икропроц ессорногоком плекта К 1804. С х ем а управления состоянием и сдвигам и К 1804В Р2 обеспеч ивает вы полнение различ ны х ф ункц ийобслуж ивания АЛ У М П секц ии К 1804В С 1: - организац ия ариф м етич еских и ц иклич еских сдвиговч исел обы ч нойи двойнойдлины ; - вы полнение операц ий как с ц елы м словом , так и с отдельны м и битам и лю богоиз двух регистровсостояния; - проверки за один такт одного из 16-ти различ ны х условий, поступаю щ их из М П секц ии или из регистра состояния; - другие операц ии. К одирование ариф м етич еских и ц иклич еских сдвигов регистров М П секц ии К 1804В С 1 РЗУ и РгQ с пом ощ ью сдвигателей С Д А и С Д Q осущ ествляется сигналам и I7, S1, S0. Код I7 является признаком направления сдвига (вправо– 0, влево– 1), а вид сдвига задаётся кодированием сигналов S1, S0 (таблиц а 4.1). 4.2. У правление адресом м икроком анды Ч еты рех разрядная секц ия управления адресом м икроком анды (С У АМ ) К 1804В У 1(2) используется для реализац ии блоков м икропрограм м ного управления (БМ П У ), и их основная ф ункц ия заклю ч ается в ф орм ировании адреса м икроком анды под воздействием внеш них управляю щ их сигналов. В составБИ С С У АМ К 1804В У 2 вх одят(рис. 4.2): внутреннийрегистр адреса РгА; стек глубинойч еты ре, обеспеч иваю щ ийорганизац ию м икроподпрограм м ;

40

сч етч ик м икроком анд, состоящ ий из регистра-сч етч ика м икроком анд РгС М К и инкрем ентора; блок вы борки адреса м икроком анды , состоящ ий из м ультиплексора и вы х одногобуф ера В Б. У правление стеком осущ ествляется с пом ощ ью сигналов FE и PUP, кодирование которы х обеспеч иваетввод/вы вод адреса встек (таблиц а 4.3). -

Ш Д

Ш А

КО П

У словия

МК

(соединение секц ий)

ПМК (У П )

РгМ К

М П сек ци я

БМ П У

Y У правление систем ой

У правляю щ ая ч асть

О перац ионная ч асть

Рис. 4.1. С труктурная сх ем а проц ессора: БМ П У – блок м икропрограм м ногоуправления для вы работки адреса следую щ ей м икроком анды (АМ К ) в соответствии с кодом операц ии (К О П ); П М К – пам ятьм икроком анд (М К ) (управляю щ ая пам ять); РгМ К – регистр м икроком анд; служ ит для управления систем ой в данном такте.

41

Т аблиц а 4.1 В ы бор сдвиговы х операц ий

Кодирование управляю щ их сигналов

I7

S1

S0

0

0

0

РЗУ

РгQ

PR3 ÷ PR0 СДА

PQ3 ÷ PQ0 СДQ

0

0

0

0

1

0

ариф м етич ескийсдвиг

ариф м етич еский сдвиг

ц иклич еский сдвиг

ц иклич ескийсдвиг

1

0 ц иклич еский сдвиг двойнойдлины F3

0

1

1 ариф м етич ескийсдвиг двойнойдлины 0

1

1

1

0

0

1

0

0

ариф м етич ескийсдвиг

ариф м етич еский сдвиг

ц иклич еский сдвиг

ц иклич ескийсдвиг

1

0 ц иклич еский сдвиг двойнойдлины 0

1

1

1 ариф м етич ескийсдвиг двойнойдлины

42

SA11÷SA8 РгА

С тек

FE

4х 4

PUP

R3÷R0 К1÷К0

РгС М К

М ультиплексор C4*

OE

И нкрем ентор

C0*

БР (В Б)

Y3÷Y0

Рис. 4.2. С труктурная сх ем а секц ии управления адресом м икроком анды К 1804В У 2. Т аблиц а 4.2 В ы бор источ ника адреса м икроком анды

К од управления K1

K0

В ы х од Y3÷Y0

0

0

СМ К

0

1

SA11÷SA8

1

0

С тек

1

1

R3÷R0

43

Т аблиц а 4.3 У правление стеком Код управления

О перац ия

FE

PUP

1

X

С тек отклю ч ен

0

1

PUSH – ввод встек

0

0

POP - вы вод из стека

С х ем а управления следую щ им адресом (С У С А) реализована в виде БИ С К 1804В У 3 и предназнач ена для преобразования поля м икроком анды , задаю щ егоусловия вы бора следую щ ей м икроком анды , в набор управляю щ их сигналов для м икросх ем , вх одящ их в М П У . С труктурноС У С А состоит из П ЗУ на 32х 8-разрядны х слова, являю щ им ся преобразователем кодов и им ею щ им 5 вх одови 8 вы х одовч ерез вы х одной буф ер В Б (рис. 4.3).

В ы х однойбуф ер (В Б)

К од управления последовательностью м икроком анд

П ЗУ 32 х 8

признак TST

PE ME

загрузка из РгМ К или П Н А

STE CTL

управление сч етч иком ц иклов

PUP FE

K0

на С У АМ К 1804В У 2

K1

OE

Рис. 4.3. С труктурная сх ем а управления следую щ им адресом К1804В У 3: П Н А – преобразовательнач альногоадреса; С ч Ц – сч етч ик ц иклов: сигналы управления CTL - загрузка сч етч ика; STE - добавление “-1” .

44

4.3. У правление последовательностью м икроком анд Ф ункц ия управления последовательностью м икроком анд (вы бором адреса следую щ ей м икроком анды ) задается кодом P3÷P0 в соответствии с признаком TST (таблиц а 4.4). В сего возм ож ны 32 ком анды , которы е разделяю тся на 4 группы поф ункц иональном уназнач ению : - ком анды приращ ения или перех ода к следую щ ейм икроком анде; - ком анды безусловногои условногоперех одов; - ком анды организац ии подпрограм м ; - ком анды организац ии ц иклов. Ф ункц ии управления последовательностью м икроком анд и диаграм м ы их реализац ии в устройстве М Т 1804 приведены втаблиц е 4.4. О перац ии PUSH и POP обеспеч иваю т запись в стек и извлеч ение инф орм ац ии из стека БИ С управления следую щ им адресом м икроком анды К 1804В У 1(2). Т аблиц а 4.4 Ф ункц ии управления последовательностью м икроком анд

Код

Н азвание ф ункц ии Р3

Р2

В ы полняем ы е действия

Р1

Р0

сх ем а

содерж ание

1. П р и р а щ е н и е N

В ы бор следую щ ей м икроком анды

Загрузить в стек и продолж ить – ком анда PUSH

В ы толкнуть из стека и продолж ить – ком анда POP

0

0

1

0

N+1

N

1

0

0

1

N+1

N N+1

1

0

1

0

перех од на следую щ ий адрес поком анде PUSH увелич ивается на 1 содерж им ое указателя стека и записы вается во вновь адресу ем ую яч ейку стека содерж им ое из РгМ К N+1 по ком анде POP происх одит ч тение из стека и ум еньш ение на 1 содерж им ого указателя стека

45

2. Б е з ус л овн ы е и ус л овн ы е п е р е х од ы П ерех од к м икроком анде по адресуиз РгМ К П ерех од к м икроком анде по адресуиз стека У словны йперех од поадресуиз РгМ К, если Z=0 П ерех од на адрес познач ению переклю ч ателей адреса SA11÷SA8(П Н А) м икротренаж ера М Т 1804 У словны йперех од поадресуиз РгМ К, если Z=1

У словны й перех од по адресуиз РгМ К, если F3=1

У словны йперех од поадресуиз РгМ К, если OVR=1

У словны йперех од поадресуиз РгМ К, если C4=1

М

0

0

0

1

N

М

0

1

1

1

0

0

М

N

адресМ из РгМ К (R3÷R0)

Z=0

0

N+1

М

0

0

1

1

N

Z=0

1

0

0

адресМ из РгМ К (R3÷R0)

N+1

F3=0

знач ение адреса М установлено переклю ч ателям и адреса SA11÷SA8 (П Н А) м икротренаж ера М Т 1804

М

N Z=1

1

адресМ из стека

N

Z=1

0

адресМ из РгМ К (R3÷R0)

M

N F3=1

1

1

0

1

1

1

M

N

OVR=0

1

адресМ из РгМ К (R3÷R0)

N+1

OVR=1

0

N+1

C4=0

N C4=1

1

1

1

1 N+1

адресМ из РгМ К (R3÷R0)

M

адресМ из РгМ К (R3÷R0)

46

3. О р г а г и з а ц и я п од п р ог р а м м адресМ из РгМ К (R3÷R0); одноврем енно вы полняется ком анда PUSH и в стек заносится адресвозврата N+1

подпрограм м а

M N

В ы х од из подпрограм м ы

0

0

1

1

0

1

1

N+1

0

О сущ ествляется безусловны й перех од по адресу из стека N+1, после ч его вы полняется ком анда POP

подпрограм м а

П ерех од к подпрограм м е

M M N

Z=1

подпрограм м а

У словны й перех од к подпрограм м е, если Z=0

Z=0

0

1

0

0

N+1

адресМ из РгМ К (R3÷R0); одноврем енно вы полняется ком анда PUSH и в стек заносится адресвозврата N+1

4. О р г а н и з а ц и я ц и к л ов

П роверка условия оконч ания ц икла. У словны й 1 перех од по адресу из стека, если Z=0

0

0

0

телоц икла

M

Z=1

Z=0

N N+1

П роверка условия оконч ания ц икла. У словны й 1 перех од по адресу из стека, если С 4=0

0

1

1

телоц икла

M

С 4=0

С 4=1

N N+1

Е сли Z=0, то происх одит перех од поадресу М из стека. Е сли Z=1, то вы полняется следую щ ая М К и одноврем енно осущ ествляется ком анда POP

Е сли C4=0, то происх одит перех од поадресу М из стека. Е сли C4=1, вы полняется следую щ ая М К и одноврем енно осущ ествляется ком анда POP

47

Д алее приведены прим еры програм м ирования сх ем управления. П рим ер 4.1. С оставить ф рагм ент м икроком анды , записанной по адресу 10, перех ода к подпрограм м е с адресом 12. К од ком анды безусловногоперех ода к подпрограм м е – 0101, при этом нач альны й адрес подпрограм м ы устанавливается на вы водах R3÷R0 – 1100. С ледуетпом нить, ч тов стек поком анде PUSH заносится адрес возврата из подпрограм м ы 11 (код 1011). С ледовательно, ф рагм ент м икроком анды перех ода к подпрограм м е будет:

R3 R2 R1 R0 1 1 0 0 144444244444 3 C

P3 P2 P1 P0 1 0 1 0 144444244444 3

5

П рим ер 4.2. С истем а ком анд устройства М Т 1804 позволяет организовать сч етч ик ч исла ц иклов в регистрах РЗУ , а нач альны й адрес тела ц икла устанавливается в стеке с пом ощ ью ф ункц ии управления с кодом 1001 (загрузитьв стек и продолж ить). С ледовательно, ф рагм ент м икроком анды установки нач альногоадреса тела ц икла будет P3 P2 P1 P0 1 0 0 1 14444 4244444 3 9

П рим ер 4.3. С оставить ф рагм ент м икроком анды , вы полняю щ ей следую щ ий условны й перех од: перейти поадресу0, если ч ислос ш ины данны х равно0. В о-первы х , для вы полнения данной ф ункц ии на вх оды R и S АЛ У М П секц ии К 1804В С 1 необх одим о соответственно подать данны е с ш ины данны х D3÷D0 и нольи вы полнитьоперац ию логич ескогослож ения м еж ду ним и, а далее результат операц ии м ож новы датьна вы х од F секц ии. Е сли в результате вы полнения в АЛ У операц ии D∨0 получ ен результат 0 (т.е. D=0), топризнак Z устанавливается равны м 1, впротивном случ ае Z=0. У словны й перех од на адрес 0 при Z=1 вы полняется покодуф ункц ии управления последовательностью м икроком анд 1100 (табл.4.4). С ледовательно, ф рагм ентм икроком анды запиш ется ввиде

48

R3 R2 R1 R0 P3 P2 P1 P0 I8 I 7 I6 I5 I 4 I3 I 2 I1 I0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 144424443 144424443 14 4244 3 14 4244 3 14 4244 3 адрес перех ода 0

ф ункц ия управления: перейти если Z=1

вы бор прием ника результата F →Y

ф ункц ия АЛ У R∨S

операнды АЛ У D и 0

Задания 4.1. С ч етч ик м икроком анд С У АМ К 1804В У 2 состоит из регистра сч етч ика м икроком анд РгС М К и сх ем ы приращ ения – инкрем ентора (рис.4.2). Н иж е приведена ф ункц иональная сх ем а сч етч ика м икроком анд. & 1

1

D0

Y0

D1

Y1

D2

& 1

D3

РгС М К

С вы х ода блока вы борки адреса

& 1

Y2 Y3

Н а вх од блока вы борки адреса, стека

1

1 & 1

1 & С 4* С 0*

И нкрем ентор позволяет увелич ить адрес с вы х ода блока вы борки адреса на единиц уи податьегообратнона вх од блока вы борки адреса или вх од стека для запом инания. П ри 0 на вх оде С 0 * адрес с вы х ода блока вы борки адреса передается нем одиф иц ированны м . П ри 1 на вх оде С 0* происх одит увелич ение на единиц уадреса, передаваем огос блока вы борки адреса в регистр сч етч ика м икроком анд. П ри 1 на вх оде С 0* и на всх остальны х вх одах сч етч ика сх ем ой приращ ения ф орм ируется 1 на вы х оде переноса С 4*.

49

Записать логич еские ф ункц ии, описы ваю щ ие вы х одны е сигналы Y3÷Y0 и С 4* сч етч ика м икроком анд. 4.2. К акое м аксим альное ч ислоц иклов м ож ет бы тьвы полненов проц ессоре, состоящ ем : - из однойМ П секц ии К 1804В С 1? - из двух М П секц ий К 1804В С 1? - из М П секц ии К 1804В С 1? 4.3. Записатьф рагм ентм икроком анды безусловногоперех ода на адрес12. 4.4. О рганизован ц икл с ч ислом повторений 4, в котором вы полняется ком анда ариф м етич еского сдвига вправо указанного регистра РЗУ , содерж им ое которого1010, с установкойуправляю щ их сигналовS1,S0 00. К акое ч исло будет в указанном регистре РЗУ после вы полнения данногоц икла? К акое ч исло будет в указанном регистре РЗУ после вы полнения данногоц икла, если код сигналовуправления S1,S0 равен 01? 4.5. С колькоком анд условногои безусловноговы х ода м ож ет содерж атьодна подпрограм м а? 4.6. С оставитьф рагм ентм икроком анды условногоперех ода поадресу15, если ч исла, поступаю щ ие вАЛ У из РЗУ поканалам А и В , равны . 4.7. С оставитьф рагм ент м икроком анды условногоперех ода на адрес 9, если ч исло, поступаю щ ее поканалуА, больш е ч исла на ш ине данны х . 4.8. С оставить нач инаю щ ийся с адреса 0000 ф рагм ент м икроком анды условного перех ода на адрес 10, если в результате слож ения ч исел, поступаю щ их поканалам А и В , произош лопереполнение регистра F. 4.9. К акие действия будут вы полняться в устройстве М Т 1804 согласно следую щ ем уф рагм ентум икроком анды : R3 R2 R1 R0 1 0 1 0 144424443

P3 P2 P1 P0 1 1 0 0 144424443

I8 I 7 I 6 0 0 1 14 4244 3

I 5 I 4 I3 1 0 1 14 4244 3

I 2 I1 I 0 0 1 1 14 4244 3

А

С

1

5

3

К аков будет результат вы полнения ф рагм ента данной м икроком анды , если: - ч исло, поступаю щ ее поканалуВ , равно1010? - ч исло, поступаю щ ее поканалуВ , равно0000?

50

5. У строй ство и функ ци они ровани е ми к ротренажера М Т 1804 М икротренаж ер М Т 1804 предназнач ен для изуч ения арх итектуры , основ м икропрограм м ирования и принц ипов построения м икропроц ессоров с наращ иваем ойразрядностью . В нутренняя организац ия устройства М Т 1804 соответствует типовой структуре м икроЭ В М , вы полненной на основе М П серии К 1804. С труктурная сх ем а устройства представлена на рис5.1. 5.1. С труктура м икротренаж ера М Т 1804 Ф ункц ионально устройство М Т 1804 делится на узел управления и операц ионны йузел. У зел управления содерж ит: - сх ем ууправления адресом м икроком анды (С У АМ ) К 1804В У 1; - пам ять м икроком анд (П М К ) на 16 32-разрядны х слов, вы полненную на восьм и м икросх ем ах К 155РУ 2; - 32-разрядны й регистр м икроком анд (РгМ К ), вы полненны й на восьм и м икросх ем ах К1804И Р1; - сх ем ууправления вы боркой следую щ его адреса м икроком анды ((БИ С П ЗУ К 155РЕ 3); - переклю ч атели адреса (П А), задаю щ ие ч еты рех разрядное слово(SA11÷SA8); - переклю ч атели данны х (П Д ), задаю щ ие ч еты рех разрядное словоSA7÷SA4). В этот узел такж е вх одят деш иф ратор загрузки (Д С ЗАГ ) и м ультиплексоры М 3÷М 1, позволяю щ ие индиц ировать сигналы в различ ны х точ ках устройства. И ндикаторам и служ атсветодиоды . У правляю щ ая пам ять Э В М П М К обы ч но им еет определенны й набор м икроком анд. В уч ебны х ц елях в м икротренаж ере эта пам ять представляет собойО ЗУ с возм ож ностью произвольногопрограм м ирования. О перац ионны й узел содерж ит: - проц ессор (М П секц ия К 1804В С 1); - регистр состояния проц ессора (Рг сост), х ранящ ий признаки результата операц ии в АЛ У (регистр К 531И Р19П ); - м ультиплексор признаковрезультата (М 5, К 555К П 12); - м ультиплексоры внеш них ц епей сдвига (М 6 и М 7, м икросх ем а К 555К П 12); - регистр вы х одны х данны х РгD, вы полненны й на БИ С К 1804И Р1.

SA12

М4

ЗАГ Р

РАБ

OF

∅

ВМ зп/сч А Dвх ВМ зп/сч А Dвх

SB1

ЗАГ Р 7

ИПМ К И РгМ К

М3 М2 М1

Е

∅

∅

SA13

ВХ Г Е Н

СУС

ИПД

Ш АГ /АВ Т

VD4÷VD1 П УСК SB2 Т

VD8÷VD5 ∅

PR3 PQ3

C0

I8÷I0

B3÷ B0

A3÷A0

D3÷D0

Рис. 5.1. С труктурная сх ем а устройства М Т 1804.

Е

0

VD12÷VD9

D3÷D0

D вы х

C

7

М6 S1, S0

Q

Y

К 1804ВС 1

. . .

34

DC ЗАГ

52,4

Р гD

P G

C4

OVR

Z F3

PR0 PQ0

2

Y

1

М7 S1, S0

51,3

6

31.2

Рг сост

R3÷R0 P3÷P0

Р гМ К

МК 16х 32

.П

0

Т

ВМ зп/сч А Dвх

Dвы х

S

ПМ

4

33

P1,P0

М5

Dвы х

R PUP FE К 1804ВУ 1 K1 С4 K0

ПД

ПА

SA3 ÷SA1

...

Е

П ЗУ 32х 8

SA7÷SA4

SA11 ÷SA8

51

52

5.2. К онструкц ия устройства М Т 1804 У стройство вы полнено в виде печ атной платы с пультом управления. В неш ний вид устройства с обознач енны м и элем ентам и управления и индикац ии, а такж е основны м и элем ентам и принц ипиальной сх ем ы устройства, представлен на рис. 5.2. П ульт управления состоит из клавиатуры , переклю ч ателейреж им овработы и светодиодны х индикаторов. Д о нач ала работы устройства в управляю щ ую пам ять долж на бы ть занесена необх одим ая последовательность м икроком анд. К аж дая м икроком анда содерж ит 32 двоич ны х разряда. В сегов управляю щ ую пам ять м ож етбы тьзаписано16 м икроком анд. Е сли содерж им ое каж дого разряда м икроком анды задавать отдельны м переклю ч ателем , тотаких переклю ч ателей долж нобы ть32. Н еобх одим отакж е индиц ировать содерж им ое пам яти м икроком анд. О тводя для индикац ии содерж им ого одного разряда м икроком анды один светодиод, необх одим о разм естить для этой ц ели на пульте управления 32 светодиода. П ом им о содерж им ого П М К необх одим о индиц ировать содерж им ое 32-разрядного регистра М К , а такж е знать состояние больш ого ч исла других элем ентов и узлов устройства. П оэтом у для реализац ии устройства используется м ультиплексированны й реж им работы клавиатуры и индикаторов пульта управления. М ультиплексированны й реж им работы означ ает использование одних и тех ж е ч еты рех клавиш ны х переклю ч ателей и ч еты рех светодиодны х индикаторов пульта управления для набора и индикац ии всех восьм и тетрад м икроком анды П М К устройства. Д ругая группа из ч еты рех светодиодны х индикаторов используется для отображ ения содерж им ого всех 32 разрядов РгМ К , а ещ е ч еты ре светодиода индиц ирую тсостояние 32 точ ек устройства. М ультиплексированны й реж им работы пульта управления определяется переклю ч ателям и м ультиплексоров SA3÷SA1. П ереклю ч ателям и м ультиплексора SA3÷SA1 задаю тся: - ном ер тетрады слова пам яти м икроком анд, в которую производится запись ч еты рех разрядного кода (тетрады ) и содерж им ое которой вы водится на индикатор пам яти м икроком анд VD8÷VD5; - ном ер тетрады регистра м икроком анд блока М П У , содерж им ое которой вы водится на индикатор VD4÷VD1; - набор контрольны х сигналов в различ ны х узлах устройства, которы й вы водится на индикатор VD12÷VD9 (табл.5.1). П ереклю ч атели данны х SA7÷SA4 задаю т поразрядно тетраду м икроком анды , которая будет записана в пам ятьм икроком анд. П ереклю ч атели адреса SA11÷SA8 определяю т адрес м икроком анды в пам яти м икроком анд. В ерх нее полож ение переклю ч ателей SA11÷SA8 соответствует заданию единиц ы , ниж нее – нуля.

ВН УТ Р

В Н Е Ш Н АВ Т

Ш АГ

РАБО Т А

П УСК

8

К155РЕ 3 1

8

2 Д АН Н Ы Е

4

SA7 ÷SA4

1

К1804В С 1

2

1 М У Л Ь Т И П Л Е КС О Р

4

SA3 ÷SA1

VD4÷VD1

М И КРО КО М АН Д А

Рис. 5.2. В неш ний вид устройства М Т 1804.

4 2 АД РЕ С

SA11÷SA8

VD8÷VD5

VD12÷VD9

К1804В У 1

П АМ Я Т Ь

Д АН Н Ы Е

К1804И Р1

ЗАГ РУ ЗКА SB2

ГЕН

ЗАГ РУ ЗКА

SB1

⊥

+5 В

53

54

Н а пульте управления такж е располож ены : - переклю ч ательSA12 реж им а работы ЗАГ РУ ЗК А/РАБО Т А; - кнопка SB1 ЗАГ РУ ЗК А; - кнопка SB2 П У С К . Н а плате устройства разм ещ ены : - переклю ч ательSA13 реж им овработы Ш АГ /АВ Т О М АТ ; - переклю ч ательSA14 генератора синх росигнала В Н У Т РЕ Н Н И Й /В Н Е Ш Н И Й . Т аким образом , с пом ощ ью трех переклю ч ателей м ультиплексора SA3÷SA1, ч еты рех переклю ч ателей данны х SA7÷SA4 и двенадц ати светодиодов VD12÷VD1 возм ож ноосущ ествление всех необх одим ы х операц ий позаполнению и контролю содерж им огорегистра м икроком анд и состояний в 32 точ ках устройства. Т аблиц а 5.1 Т оч ки подклю ч ения индикаторовVD12÷VD9 Код SA3÷SA1

И ндикаторы VD12

VD11 VD10

VD9

И ндиц ируем ое словоили группа сигналовустройства

000

Y3

Y2

Y1

Y0

В ы х одная ш ина С У АМ К1804В У 1

001

Y3

Y2

Y1

Y0

В ы х одная ш ина М П секц ии К1804В С 1

010

C4

OVR

F3

Z

011

C4*

TST

P

G

100

C4

OVR

F3

Z

101

PQ3

PQ0

PR3

PR0

110

Y3

Y2

Y1

Y0

111

Q3

Q2

Q1

Q0

П ризнаки результата на вы х одах М П секц ии К1804В С 1 С 4* – вы х одной перенос сч етч ика М К С У АМ К1804В У 1 TST – вы х одной сигнал м ультиплексора признаковрезультата P , G – сигналы передач и и генерац ии ускоренного переноса в М П секц ии К1804 В С 1 В ы х одны е сигналы регистра состояния устройства В х оды /вы х оды сдвигателей М П секц ии К1804В С 1 В ы х одны е сигналы регистра вы х одны х данны х К1804И Р1 В ы х одны е сигналы на тристабильной ш ине регистра вы х одны х данны х К1804И Р1

55

5.3. П орядок работы с устройством М Т 1804 У стройствоМ Т 1804 им еет два основны х реж им а работы : ЗАГ РУ ЗК А и РАБО Т А. Реж им ЗАГ РУ ЗК А используется при осущ ествлении записи нуж ной последовательности м икроком анд в пам ять м икроком анд П М К . Д ля вы полнения реж им а ЗАГ РУ ЗК А необх одим о: - переклю ч ательSA12 установитьвполож ение ЗАГ РУ ЗК А; - переклю ч ателям и SA11÷SA8 набрать нуж ны й адрес яч ейки в пам яти м икроком анд; - переклю ч ателям и SA3÷SA1 установитьном ер тетрады м икроком анды ; - переклю ч ателям и SA7÷SA4 набрать нуж ны й код данны х для записи в вы бранную тетраду; - наж атием кнопки SB1 произвести запись; - по показаниям светодиодов VD8÷VD5 осущ ествитьконтрольправильности вы полнения операц ии загрузки соответствую щ ейинф орм ац ии вП М К . Реж им РАБО Т А используется для вы полнения м икропрограм м ы , загруж енной в пам ять м икроком анд. В реж им е РАБО Т А устройство м ож ет вы полнятьм икропрограм м упош агам или автом атич ески от внутреннегоили внеш негоисточ ника синх роим пульсов. В лю бом случ ае переклю ч ательSA12 необх одим оустановитьвполож ение РАБО Т А. Д ля вы полнения м икропрограм м ы в пош аговом реж им е необх одим о установитьпереклю ч ательSA13 в полож ение Ш АГ . П ри этом синх ронизац ия работы устройства будет осущ ествляться от кнопки П У С К (SB2). П ри одном наж атии кнопки SB2 будетвы полняться одна м икроком анда. Д ля автом атич еского вы полнения програм м ы переклю ч атель SA13 необх одим оустановитьвполож ение АВ Т О М АТ . П ри этом если переклю ч атель SA14 установлен в полож ение В Н У Т РЕ Н Н И Й , синх ронизац ия работы устройства осущ ествляется отвнутреннегогенератора на ч астоте около1 М Г ц . Е сли переклю ч атель SA14 установлен в полож ение В Н Е Ш Н И Й , то синх ронизац ия работы устройства долж на осущ ествляться от внеш него генератора на ч астоте от1 до2 М Г ц . Д ля запуска м икропрограм м ы на исполнение необх одим о произвести нач альную установкуустройства, тоестьввести в регистр м икроком анд РгМ К м икроком анду, соответствую щ ую нач альном у адресу м икропрограм м ы . Д ля этогопосле оконч ания загрузки м икропрограм м ы (в полож ении переклю ч ателя SA1 ЗАГ РУ ЗК А) переклю ч ателям и адреса SA8..SA11 нуж но установить знач ение нач альногоадреса м икропрограм м ы , а затем наж атьодин раз кнопку П У С К (SB2). П ри этом в РгМ К будет записана м икроком анда, соответствую щ ая нач альном у адресу м икропрограм м ы . Д ля дальнейш его вы полнения м икропрограм м ы переклю ч атель SA12 необх одим о перевести в полож ение РАБО Т А.

56

6. М етоди к а с оставлени я, загрузк и и вы полнени я ми к ропрограмм устрой ства М Т 1804 6.1. Ф орм атм икроком анд В устройстве М Т 1804 использую тся 32-разрядны е ком анды , ф орм ат которы х приведен втаблиц е 5.2. Ф рагм енты кодов м икроком анды логич ески объединены в тетрады (группы по4 бита), ч тоупрощ ает проц есс м икропрограм м ирования. Разбиение м икроком анды на тетрады соответствует и особенностям тех нич еской реализац ии сх ем записи и контроля вы полнения програм м . Т етрада 0, ном ер которой (как и ном ера других тетрад) задается с пом ощ ью переклю ч ателей м ультиплексора SА3÷SА1 кодом 000, предназнач ена для непосредственногозадания ч еты рех разрядногооперанда вх одны х данны х D, представляем оговдополнительном коде. В тетраде 1 задается адрес В 3÷В 0 РО Н РЗУ поканалуВ . П оканалуВ возм ож носч иты вание из РЗУ и записьвРЗУ . Т етрадой 2 задается адрес А3÷А0 РО Н РЗУ поканалуА, по котором у возм ож нотолькосч иты вание из РЗУ . Т етрада 3 вклю ч ает два поля м икроком анды : биты I5÷I3 определяю т вид операц ии АЛ У (таблиц а 5.3), а бит С 0 задается при вы полнении ариф м етич еских операц ий. Т етрада 4 содерж ит два поля м икроком анды : биты I2÷I0 определяю т источ ники вх одны х операндов для АЛ У (таблиц а 5.4), а бит S0 совм естнос битам и S1 и I7 пятой тетрады задаю т тип и направление сдвига, вы полняем ого над содерж им ы м указанногорегистра РО Н и регистра Q (таблиц а 5.5). В тетраде 5 биты I8÷I6 задаю т прием ник результата операц ии F в АЛ У (таблиц а 5.6). Ш естая и седьм ая тетрады определяю т последовательностьвы полнения м икроком анд в м икропрограм м е. Ш естая тетрада содерж ит ч еты рех разрядны й код Р3÷Р0 управления вы боркой адреса следую щ ей исполняем ой м икроком анды . В ы полнение инструкц ий условны х перех одов осущ ествляется познач ению одногоиз ч еты рех признаков результата в АЛ У . В ы бор признака результата происх одит по знач ению двух м ладш их разрядов Р1 и Р0 кода управления вы боркой адреса следую щ ей М К . П о этой прич ине каж дая из инструкц ий реализуется только для вы полнения определенного признака результата. П ри Р1Р0, равном 00, 01, 10 и 11, уч иты ваю тся признаки Z, F3, OVR и С 4 соответственно. С едьм ая тетрада содерж ит адрес R3÷R0 м икроком анды , в которой долж ны осущ ествляться условны е и безусловны е перех оды в соответствии с кодом , указанны м в ш естойтетраде.

Ф ункц ии АЛ У

И сточ ник операндов

П рием ник результата

У правление следую щ им адресом

Адрес перех ода

Н азнач ение поля

А

A3A2A1A0

010

В

B3B2B1B0

001

D

D3D2D1D0

000

П рим еч ание. D – вх одны е данны е; В – адрес РО Н поканалуВ ; А – адрес РО Н поканалуА; С 0 – вх одной перенос в АЛ У ; S0, S1 - биты управления сдвигам и; I8÷I0 - ,биты управления м икропроц ессорной секц ией; Р3÷Р0 – биты управления вы боркой следую щ егоадреса; R3÷R0 – адрес перех ода

C0I5I4I3

S0I2I1I0

S1I8I7I6

011

P3P2P1P0

100

R3R2R1R0

101

Н азнач ение бита

110

0111

Н ом ер тетрады

Ф орм атм икроком анды устройства М Т 1804

Т аблиц а 5.2

57

58

Т аблиц а 5.3 О перац ии, вы полняем ы е АЛ У

Т аблиц а 5.4 В ы бор источ никовоперандов для АЛ У

П оле м икроком анды

I5

I4

I3

О перац ия АЛ У

0

0

0

R+S+C0

0

0

1

S-R-1+C0

0

1

0

R-S-1+C0

0

1

1

R∨S

1

0

0

R∧S

1

0

1

И сточ ники операндов АЛ У

П оле м икроком анды I2

I1

I0

R

S

0

0

0

A

Q

0

0

1

A

B

0

1

0

0

Q

0

1

1

0

B

1

0

0

0

A

1

0

1

D

A

1

1

0

D

Q

1

1

1

D

0

R ∧S

1

1

0

R⊕S

1

1

1

R⊕S

Ф ункц ии управления последовательностью м икроком анд приведены в таблиц е 5.7. О перац ии PUSH и POP связаны с записью в стек и извлеч ением инф орм ац ии из стека БИ С управления адресом м икроком анды К 1804В У 1(2). К ом анда PUSH вы зы вает увелич ение на единиц усодерж им огоуказателя стека и запись во вновь адресуем ую яч ейку стека содерж им ого регистра сч етч ика м икроком анд. К ом анда РО Р задает ч тение из стека содерж им огоадресуем ой яч ейки и ум еньш ение на единиц усодерж им огоуказателя стека. Н улевая ф ункц ия 0000 реализует при нулевом результате преды дущ ей операц ии в АЛ У (Z=1) перех од к вы полнению следую щ ей м икроком анды (т.е. м икроком анды с адресом на единиц убольш им , ч ем вы полняем ая). Е сли ж е в результате вы полнения преды дущ ей м икроком анды признак Z равен 0 (ненулевой результат F операц ии в АЛ У ), происх одит перех од к вы полнению м икроком анды , содерж ащ ейся по адресу R3÷R0 в пам яти м икропрограм м ы . Адрес R3÷R0 долж ен бы ть задан в седьм ой тетраде ф орм ата вы полняем ой м икроком анды .

59

Т аблиц а 5.5 В ы бор сдвиговы х операц ий Кодирование управляю щ их сигналов I7

S1

S0

РЗУ

РгQ

PR3 ÷ PR0 СДА

PQ3 ÷ PQ0 СДQ

Ариф м етич еский сдвиг вправо одинарной длины с вводом логич еского 0 в старш ийразряд Q -регистра Ц иклич ескийсдвиг одинарнойдлины вправо

0

0

0

Ариф м етич еский сдвиг вправо одинарной длины с вводом логич еского 0 в старш ий разряд регистра общ егоназнач ения

0

0

1

Ц иклич ескийсдвиг одинарнойдлины вправо

0

1

0

Ц иклич ескийсдвиг двойной длины вправо

1

Ариф м етич ескийсдвиг двойнойдлины вправосвводом знач ения знаковогоразряда встарш ийразряд регистра общ егоназнач ения

0

1

1

0

0

Ариф м етич еский сдвиг влево одинарной длины с вводом логич еского 0 в м ладш ий разряд регистра общ его назнач ения

1

0

1

Ц иклич ескийсдвиг одинарнойдлины влево

1

1

0

Ц иклич ескийсдвиг двойной длины влево

1

1

1

Ариф м етич ескийсдвиг двойнойдлины влевосвводом логич еского0 вм ладш ийразряд Q -регистра

Ариф м етич еский сдвиг влево одинарной длины с вводом логич еского 0 в м ладш ий разряд Q -регистра Ц иклич ескийсдвиг одинарнойдлины влево

60

Т аблиц а 5.6 В ы бор прием ника результата операц ии в АЛ У П оле м икроком анды I8 0 0 0 0 1 1 1 1

I7 0 0 1 1 0 0 1 1

I6 0 1 0 1 0 1 0 1

Загрузка результата операц ии F

И нф орм ац ия на ш ине Y

F→ Q

F F A F F F F F

F→ B F→ B F/2 → B, Q/2 → Q F/2 → B 2F → B, 2Q → Q 2F → B

Т аблиц а 5.7 Ф ункц ии управления последовательностью м икроком анд Р3

Р2

Р1

Р0

Ф ункц ия

0

0

0

0

П ерех од на адресиз регистра М К , если Z=0

0

0

0

1

П ерех од на адресиз РгМ К

0

0

1

0

П родолж ить(перех од на следую щ ийадрес)

0

0

1

1

П ерех од поадресупереклю ч ателейSA11÷SA8

0

1

0

0

П ерех од к подпрограм м е, если Z=0

0

1

0

1

П ерех од к подпрограм м е

0

1

1

0

В ы х од из подпрограм м ы

0

1

1

1

П ерех од поадресуиз стека

1

0

0

0

О конч итьц икл и вы толкнутьиз стека, если Z=1

1

0

0

1

Загрузитьстек и продолж ить- PUSH

1

0

1

0

В ы толкнутьиз стека и продолж ить- POP

1

0

1

1

О конч итьц икл и вы толкнутьиз стека, если С 4=1

1

1

0

0

П ерех од на адресиз РгМ К, если Z=1

1

1

0

1

П ерех од на адресиз РгМ К, если F3=1

1

1

1

0

П ерех од на адресиз РгМ К, если OVR=1

1

1

1

1

П ерех од на адресиз РгМ К, если C4=1

61

П ервая ф ункц ия 0001 обеспеч иваетбезусловны йперех од к м икроком анде поадресуR3÷R0. В торая ф ункц ия 0010 задает безусловны й перех од к исполнению следую щ ейм икроком анды . Т ретья ф ункц ия 0011 вы зы вает безусловны й перех од к м икроком анде, адрес которой задан переклю ч ателям и SA11÷SA8 на пульте устройства М Т 1804. Ч етвертая ф ункц ия 0100 аналогич на нулевой и одноврем еннопри Z=0 в стек заносится адресм икроком анды N+1 (ком анда PUSH). П ятая ф ункц ия 0101 аналогич на первой и одноврем еннов стек заносится адрес следую щ ей м икроком анды . Д анная ф ункц ия служ ит для перех ода к подпрограм м е. Ш естая ф ункц ия 0110 осущ ествляетбезусловны й перех од к вы полнению м икроком анды , адрес которой нах одится в стеке, после ч его осущ ествляется ком анда РО Р. Д анная ф ункц ия м ож ет, наприм ер, заверш ать вы полнение подпрограм м . С едьм ая ф ункц ия 0111 задает безусловны й перех од к м икроком анде, адрес которой нах одится в стеке. П ри этом каких -либоизм енений в стеке не происх одит. В осьм ая ф ункц ия 1000 уч иты вает знач ение признака Z результата преды дущ ей операц ии в АЛ У . Е сли Z=1, то вы полняется следую щ ая м икроком анда и одноврем енноосущ ествляется ком анда РО Р в стеке. П ри Z=0 происх одит перех од к исполнению м икроком анды , адрес которой нах одится в стеке, прич ем каких -либоизм ененийвстеке не происх одит. Д евятая ф ункц ия 1001 вы полняет безусловны й перех од к следую щ ей по порядку м икроком анде и одноврем енно вы полняется ком анда PUSH, в результате ч еговстек заносится адрес оч ереднойм икроком анды . Д есятая ф ункц ия 1010 задает безусловны й перех од к оч ередной м икроком анде и одноврем енновы полняется ком анда РО Р для стека. О диннадц атая ф ункц ия 1011 использует знач ение признака переноса С 4, возникш ее при вы полнении преды дущ ей операц ии в АЛ У . Е сли С 4=1, то происх одит перех од к реализац ии оч ередной м икроком анды с одноврем енны м вы полнением ком анды РО Р в стеке. П ри С 4=0 будет вы полняться м икроком анда, адрес которой содерж ится в верш ине стека, прич ем каких -либо операц ийсостеком не производится. Д венадц атая 1100, тринадц атая 1101, ч еты рнадц атая 1110 и пятнадц атая 1111 ф ункц ии пох ож и: при единич ном знач ении используем ого признака результата преды дущ ей операц ии в АЛ У происх одит перех од к исполнению м икроком анды по адресуR3÷R0, заданном ув седьм ой тетраде вы полняем ой м икроком анды . П ри нулевом знач ении признака происх одит перех од к вы полнению следую щ ей м икроком анды . В кач естве признаков использую тся соответственноZ, F3, OVR и С 4.

62

6.2. С оставление м икропрограм м , их загрузка и вы полнение П рим ер 6.1. С оставить м икропрограм м у слож ения двух ч исел -3 и 5, записанны х вРО Н ы РЗУ R0 и R1 соответственно. П ервонач альном ож но обнулитьуказанны е РО Н ы (м икроком анды по адресам 0 и 1 пам яти м икроком анд П М К устройства М Т 1804 (таблиц а 5.8). Д алее необх одим о загрузить ч исла -3 и 5 в указанны е РО Н ы с пом ощ ью м икроком анд по адресам 2 и 3. С ледует уч есть, ч то отриц ательны е ч исла представляю тся вдополнительном коде. П оадресу4 П М К записана м икроком анда слож ения ч исел с записью результата поадресуВ 3÷В 0. Ч тение результата осущ ествляется м икроком андойпоадресу5. Загрузка м икропрограм м ы в пам ятьм икроком анд устройства М Т 1804 осущ ествляется вреж им е ЗАГ РУ ЗК А вследую щ ей последовательности: - переклю ч ательSA12 установитьвреж им ЗАГ РУ ЗК А; - переклю ч ателям и SA11÷SA8 набрать нулевой адрес яч ейки м икропрограм м ы (код 0000); - переклю ч ателям и SA3÷SA1 установитьном ер тетрады м икроком анды ; - переклю ч ателям и SA7÷SA4 набратьнуж ны й код данны х для записи в вы бранную тетраду; - наж атием кнопки SB1 произвести записьи попоказаниям светодиодов VD8÷VD5 проконтролироватьправильностьзагрузки. Д алее осущ ествитьзаписьинф орм ац ии вовсе требуем ы е тетрады по адресу 0, а затем последовательно записать коды м икроком анд в последую щ ие адреса. П еред запуском м икропрограм м ы на исполнение необх одим о произвести установкунач альногоадреса м икропрограм м ы вконвейерном регистре М Т 1804. Д ля этого в реж им е ЗАГ РУ ЗК А переклю ч ателям и SA11÷SA8 набрать нач альны й адрес програм м ы и наж ать один раз кнопкуSB2 П У С К . Д ля дальнейш еговы полнения записанной м икропрограм м ы перейти в реж им РАБО Т А с пом ощ ью переклю ч ателя SA12. Д ля вы полнения м икропрограм м ы в пош аговом реж им е переклю ч атель SA13 установить в полож ении Ш АГ . Т огда при одном наж атии кнопки SB2 П У С К будетвы полняться одна м икроком анда. Д ля автом атич еского вы полнения м икропрограм м ы переклю ч атель SA13 установитьвполож ение АВ Т О М АТ .

0011

0001

0010

0010

0010

0010

0010 Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

0000

0001

0010

0011

0100

0101

П рим еч ание. Х – безразлич ное состояние

0011

0011

0011

0011

S1I8I7I6

P3P2P1P0

R3R2R1R0

101

110

7

Адрес ПМ К

0011

0001

0111

0111

0111

0111

S0I2I1I0

100

0011

0000

0011

0011

0011

0011

C0I5I4I3

011

010

Х

0001

0000

0000

0000

0000

A3A2A1A0

Н ом ера тетрад и назнач ение разрядовМ К

0000

0000

0001

0000

0001

0000

B3B2B1B0

001

Х

Х

0101

1101

0000

0000

D3D2D1D0

000

Ч тение содерж им огоR0

(R0) + (R1) → R0 C0 = 0

5 → R1

-3 → R0

0 → R1

0 → R0

Ком м ентарии

Т аблиц а 5.8

63

64

Задания 6.1.

С оставитьм икропрограм м узаписи в РО Н ы R0÷R7 соответственноч исел 0, 1, 2, … ,7 с последую щ им контролем записи (ч тением ч исел из РО Н ов R7÷R0).

6.2.

С оставить м икропрограм м у для вы ч исления м ногоч лена В ы ч ислитьзнач ение м ногоч лена при х=2.

6.3.

С оставитьм икропрограм м удля вы полнения логич еской операц ии x ∨ y . В ы ч ислитьпри х=1011, y=0111.

6.4.

С оставить м икропрограм м у для инвертирования ч исла в R1, где установленоч исло6.

6.5.

С оставитьм икропрограм м удля декрем ентирования ч исла 5, записанного в R5.

6.6.

С оставитьм икропрограм м удля записи ч исла 0010 с ш ины данны х в R3.

6.7.

В РгQ установленоч исло-4. С оставитьм икропрограм м удля слож ения ч исла в РгQ и ч исла -7 с ш ины данны х с ариф м етич еским сдвигом результата вправо.

6.8.

С оставить м икропрограм м у для записанноговR7.

6.9.

С оставитьм икропрограм м удля вы полнения логич еской операц ии X ∧ Y . В ы ч исление произвести при Х=0010 и Y=1100.

инкрем ентирования

y = 2x − 3 .

ч исла

-6,

6.10. С оставитьм икропрограм м удля вы полнения логич еской ф ункц ии X ⊕ Y . В ы ч исление произвести при Х=3 и Y=7. 6.11. Ч исло-2, занесенное в регистр R1, ум нож итьна 3. Результат записатьв РгQ. 6.12. С оставить м икропрограм м у для вы полнения следую щ его алгоритм а: слож итьдва ч исла из заданны х регистров и, если результат получ ится равны м нулю , то на вы х оде индиц ировать 0000; если результат будет больш е 0, тона вы х оде индиц ировать0011; если результат будетм еньш е 0, тона вы х оде индиц ировать1111.

65

Л итература 1. М етодич еские указания и задания к лабораторны м работам покурсу“Т еория проектирования Э В М и систем ” . Раздел “М икропроц ессорны е БИ С серии К 1804” / С ост.: В .В . Л апко, Ю .В . Г убарь. – Д онец к: Д Г Т У , 2001 2. Д ьяконовВ . Mathcad 2000: уч еб. курс / В . Д ьяконов. – С П б.: П итер, 2001 3. М икротренаж еры М Т 1804. Т ех нич еское описание и инструкц ия по эксплуатац ии. – В оронеж , 1984 4. К ом плект БИ С К 1804 в проц ессорах и контроллерах / В .М . М ещ еряков, И .Е . Л обов, С .С . Г лебов и др.; под ред. В .Б. С м олова. – М .: Радиои связь, 1990 5. М едяниковА. В . Разработка и исследование алгоритм ов автом атизированной систем ы обуч ения. - (http://www.masters.donntu.edu.ua/t2004/fvti/ medyanikovav/diss/index.htm) Э лектронны йкаталог Н ауч нойбиблиотеки В Г У – (http://www.lib.vsu.ru)

66

Д ля зам еток

67

С оставители: Борм онтовЕ вгенийН иколаевич Бы кадорова Г алина В ладим ировна

Редактор Т их ом ирова О .А.