ранее в выборке линии адресной шины должны быть использованы как входные линии демультиплексора.

Схемы, реализующие функции демультиплексора, описанные !В разд. 2.6 данной книги, могут быть с успехом использованы .для обеспечения требуемой системы адресации. у|

13.2. МОНТАЖ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ

Каждому элементу проектируемой системы присваивается определенный адрес. Монтаж разработанной системы заключается в размещении отдельных элементов на шасси (монтажной па-

A1S ЛЦ

Рис. 13.3. Схема соединений селекторных линий элемента с памятью.

;нели) и соединении ЦПУ, памяти и интерфейса ввода-вывода лосредством шины данных, адресной шины и шины управления, которые вместе с линиями питания образуют единую шину примерно из 40 соединительных линий между элементами микропроцессорной системы. Для систем с большим числом элементов делесообразно использовать стандартные шасси, поставляемые разработчиками микро-ЭВМ. Для систем с небольшим количеством элементов монтажные панели могут быть или приобретены у фирм, специализирующихся на их изготовлении и продаже, или сконструированы самими пользователями.

В небольших микропроцессорных системах, по крайней мере в 99 процентах случаев. Требуется только одно ЦПУ. Элементы ПЗУ имеют высокий уровень интеграции (каждый элемент обладает большой информационной емкостью), а поэтому требуется небольшое число таких элементов. Поэтому размещение ЦПУ и ПЗУ на одном и том же шасси является естественным .способом проектирования.

Поскольку в малых микропроцессорных системах для вре-

менного хранения программ и данных требуется относительно небольшой объем оперативной памяти, то к ОЗУ предъявляются умеренные требования.

Основная проблема при разработке схемы размещения и соединения отдельных элементов микропроцессорной системы связана с подключением устройств ввода-вывода, поскольку каждый интерфейс ввода-вывода имеет только два или три порта, которые должны быть соединены с внешними шинами (кабелями). Это создает значительные трудности при решении проблем монтажа.

Типовой набор шасси компактной микропроцессорной системы включает;

1) шасси ЦПУ и ПЗУ;

2) шасси ОЗУ;

3) шасси ввода-вывода для параллельной или последовательной передачи или приема данных от внешних устройств;

4) шасси источника питания;

5) шасси дисплея;

6) шасси пульта оператора.

При расширении системы может потребоваться двойной комплект шасси ОЗУ и ввода-вывода. Однако при проектировании этих шасси следует помнить о возможности перегрузки ЦПУ. ЦПУ может легко управлять одним комплектом устройств и быть не способным к управлению двумя комплектами. Поэтому рекомендуется, чтобы ОЗУ и интерфейс ввода-вывода имели буферы для облегчения решения проблемы расширения системы.

Отдельные шасси соединяются непосредственно, и их схемы соединений приводятся в соответствующей технической документации микро-ЭВМ.

Очень часто необходимо создавать небольшие системы. Под небольшими здесь понимаются микропроцессорные системы, содержащие ПЗУ объемом от 1 до 2К и ОЗУ объемом не более 256 байт. При проектировании процессоров для решения специальных задач обычной является ситуация, когда число констант и переменных, размещаемых в памяти, не превышает 256. Необходимость расширения технических средств таких систем маловероятна. Поскольку имеется хорошо налаженное производство элементов, содержащих ЦПУ и ОЗУ объемом 256 байт, их использование позволяет существенно уменьшить стоимость и сложность разработки системы. Тем не менее, когда требуется создать специализированную систему, нужно рассмотреть во прос использования элементов специальной конфигурации.

13.3. ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОГРАММЫ

Пуск микро-ЭВМ осуществляется при включении питания. При этом в счетчик команд загружается определенная величина. Содержимое ячейки памяти, адресуемой этой величиной, должно быть командой перехода на начало выполнения программы или адресом начала программы, если в микро-ЭВМ предусмотрена встроенная функция автоматического перехода на начала выполнения программы. Загрузка счетчика команд может осуществляться также путем нажатия клавиши сброса на пульте микро-ЭВМ. Это позволяет производить повторный пуск микро-ЭВМ без^.отключения питания.

Ниже описывается функционирование счетчика команд PC в указываются начальные значения его содержимого при пуске системы.

□ 13.3.1. Инициализация микро-ЭВМ фирмы Motorola

Согласно карте адресного пространства микро-ЭВМ фирмы Motorola (рис. 13.1), адреса от FFF8 до FFFF предоставлены специальному ПЗУ, используемому при начальном пуске системы а также при управлении прерываниями.

В табл. В.6 описывается действие сигналов на выводах RESp,

NMI и IRQ, показанных на рис. 10.13. Сигнал сброса (RES, активному состоянию соответствует низкий уровень сигнала) вызывает загрузку PCH- -FFFE, PCL- -FFFF и выполнение команды перехода. Запишите начальный адрес вашей программы в. ячейки ПЗУ с адресами FFFE и FFFF и соедините линию сигнала RES с переключателем начального и повторного пуска системы. □

В 13.3.2. Инициализация микро-ЭВМ фирмы Intel

Согласно карте адресного пространства микро-ЭВМ фирмы Intel (рис. 13.2), специальному ПЗУ предоставлены адреса от ОО до 3F. Это ПЗУ предназначено для начального пуска системы а также для управления прерываниями.

Сигнал сброса (RESET IN, активному состоянию соответствует низкий уровень сигнала) вызывает восстановление в счетчике команд адреса OOie. Запрограммируйте переход на начале выполнения вашей программы. Команду, реализующую этот переход, поместите по адресу OOie

Запрос прерывания (INTR) приводит к загрузке в ЦПУ команды аппаратного рестарта (RST), если ЦПУ отвечает сигна-

ЛОМ INTA. Команда RST имеет следующий машинный код: 11NNN111. Биты 5, 4 и 3 этой команды передаются в биты 5, 4 и 3 счетчика команд PC. Все остальные биты счетчика команд устанавливаются в 0. Таким образом, не считая величины ОО (начального адреса), имеется семь возможных адресов, с которых может производиться рестарт системы: 08, 10, 18, 20, 28, 30 и 38. Для всех используемых адресов рестарта следует запрограммировать соответствующие команды перехода. Можно спроектировать комбинационную схему, на вход которой поступают сигналы RST (биты 5, 4 и 3) и INTA, а выход подключается к шине данных. Лучше всего приобрести программируемое устройство управления прерываниями (PIC - Programmable Interrupt Controller), обеспечивающее необходимую буферизацию сигналов и другие функции. Средства, используемые для программирования работы PIC, описаны в гл. 12. Щ

ПРИЛОЖЕНИЕ .-А

ЭЛЕМЕНТЫ БУЛЕВОЙ АЛГЕБРЫ

Булева алгебра В представляет собой множество элементов ж, у, Z,... со следующими свойствами:

1. На элементах В определены две бинарные операции + и со свойствами идемпотентности, коммутативности, ассоциативности и дистрибутивности.

2. На В определено бинарное отнощение <. Оно обладает свойствами рефлексивности, антисимметричности, транзитивности и удовлетворяет принципу состоятельности.

3. В В содержатся наименьщий элемент О и наибольщий элемент 1), подчиняющиеся свойствам пересечения и объединения

4. На элементах В определена также унарная) операция дополнения -, подчиняющаяся свойствам дополнительности и ин-волютивности. Бинарные операции + и- дуальны .относительно операции дополнения.

Операции и отнощение булевой алгебры называют следующим образом: -I- ИЛИ,

< СОДЕРЖИТ

- НЕ.

Основные свойства элементов булевой алгебры , Идемпотентность х-х=х и х+х=х

Коммутативность х-у=у-х я х+у^у+х

Ассоциативность х- {y-z) = {x-y)-z

HX+{y+z) = {x+y)+z

) Эти элементы в булевой алгебре определяются специальным образом либо через введенное в п. 2 бинарное отношение <, либо через вводимую далее в п. 4 операцию дополнения. Так что их в общем случае не следует отождествлять с обычными числами О и 1. - Прим. перев.

2 Имеется в виду теоретико-множественная интерпретация введенных выше основных бинарных операций. Трактовка их как объединения и пересечения оказывается справедливой и при применении их к элементам О и 1. Последние в данном случае понимаются как пустое множество и множество всех возможных элементов. - Прим. перев.

з> То есть операция с одним операндом. - Прим. перев.

Дистр и бутивность

Рефлексивность Антисимметричность Транзитивность Состоятельность

Существование наименьшего и наибольшего элементов

Свойства пересечения и объединения с элементами О и 1

Дополнительность Дуальность Инвол юти вность

х- {y+z) = (x-y) + (x-z) и х+ {y-z) = (х+у) (x+z) х<х для всех X Из х<у и у<х следует х=у' Из х<у и y<z следует x<z Соотношения х<у, х-у=х и х+у=у эквивалентны 0<л:<1 для всех х

0-х=0 и 1 х=х 0+х=хи 1+х=1

х-х=0 и х+х= 1

х-у)=х+у и {х+у)=х-у х=х

Из соотношений 0+х=х и 1-х=х следует, что О и 1 являютт ся единицами') относительно операций -j- и . Эти операции часто интерпретируют как сложение и умножение. В принципе допустимо говорить и о вычитании у-Z, но только в случае, если y<z>. Вообще, эту операцию, как правило, не используют Ш-3& того, что выражение (y + z) - (y-z) эквивалентно {y-z) + + (y-z), что мало похоже на свойства обычного вычитания.

> Элемент е множества М называется единицей относительно бинарной операции на множестве М, если для любого х^М имеет место е х=х (или X е=х). - Прим. перев.

> Здесь и в следующей фразе вычитание понимается как вычитание множеств при теоретико-множественной интерпретации булевой алгебры. - Прим. перев.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

.СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ

Считают повсюду. Счет является одним из первых интеллектуальных действий, которому учат. Счету обучаются в таком раннем возрасте, что большинству людей он представляется естественным законом. Однако это не так. Способы счета являются результатами определенных соглашений.

В наиболее распространенной десятичной системе счисления, основанием которой является число 10, используются цифры от € до 9. Суп^ествуют, однако, и другие системы счисления, применяемые на практике.

Если за основу системы взять число 12, то числа делимы не только на 2, но и на 3 и на 4). Поэтому часто раньше (да и сейчас) счет предметов ведут дюжинами (по 12 штук), пользуются мерой веса фунт , равной 12 унциям, или мерой длины фут , равной 12 дюймам. Но хотя основание 10 не создает удобств при делении на 3 или на 4, часто предпочтение отдается именно этой системе.

Что касается вычислительных машин, то они оперируют двоичными числами. Однако двоичное представление не отличается компактностью, удобной для повседневного использования. По этой причине программисты широко используют восьмеричные и шестнадцатеричные числа.

В этом приложении рассматриваются основы систем счисления и приводятся примеры некоторых из них, позволяющие наглядно проиллюстрировать либо принципы их построения, либо характеристики, используемые при проектировании логических схем.

Б.1. ДЕСЯТИЧНАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ

Основанием десятичной системы счисления является 10. В любой системе любое число представляется в виде разложения по степеням числа 10. В разложении каждое слагаемое представляемого числа - произведение некоторого коэффициента, который может принимать значения от О до 9 включительно, на 10

> Автор, по-видимому, подразумевает числа, кратные 12. - Прим. перев.

в соответствующей степени. Например,

329=3(10)2+2(10)1 + 9(10) . Б общем случае целое число I записывается в виде

=ар.10Р+Ор 1.10Р-1-1-----1- 2-102+Й1-101+Со-10°,

где 0<ар<:9.

Такой же принцип представления может быть распространен и на дроби, если пользоваться отрицательными степенями числа 10. Например,

0,485 = 4.10-1 + 8-10- +5- Ю'.

Произвольная десятичная дробь F представима в следующем виде:

f = й ,й 2.. а ,+,а ,=а.,.10-1+о 2-10-2+ - . + +а.,1.10-<?+1+а ,.10-.

Произвольное десятичное число N может быть записано как

р

jV = /+f= 2 Oft 10 0<Cft<9.

Б.2. ДРУГИЕ ПОЗИЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Если взять за основу произвольное целое число г, то любое число может быть представлено суммой

Например, десятичное число 329 в системе счисления с основанием 6 записывается как 1305, поскольку

1305=1 63+3.62+0-61+5-6 .

- Переход от одной системы счисления к другой несложен. Десятичная целая часть числа / может быть записана по степеням, г, если выполнить деление / на г для получения частного и остатка. Остаток дает цифру младщего разряда в новом представлении. Частное необходимо снова разделить на г. Остаток от деления дает цифру следующего разряда нового представления. Этот процесс следует продолжать, пока не будет определен последний остаток или самая старшая значащая цифра. Для

рассматриваемого числа этот процесс выглядит следующим образом:

6)329

6)54 5

6)9 О

Если к новому основанию степени должна быть переведена десятичная дробь F, то выполняют последовательные умножения. Десятичную дробь F умножают на значение нового основания г. Целая часть результата определяет значение старшего разряда в новом представлении а этого числа. Дробная часть результата может снова умножаться на г. Целая часть нового произведения определяет значение следующего разряда в новом представлении а этого числа. Этот процесс продолжается, пока дробная часть очередного произведения не станет нулевой или пока не будет получено требуемое число цифр представления. Например десятичная дробь 0,46875 в системе с основанием 4 записывается в виде 0,132. Преобразование выполняется следующим образом:

46 875 4

87 500 4

4 О

Новое представление числа можно записать как ,

0,132=1 4-1+3-4-2 4-2-4-3.

Б.З. АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

В РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМАХ СЧИСЛЕНИЯ

При выполнении арифметических операций в системах счисления с основанием, отличным от 10, используются цифры, лежащие в диапазоне от О до г-1 включительно. В десятичной системе это цифры от О до 9, в шестеричной - от О до 5, в троичной - от О до 2.

Простое (десятичное) сложение

42 25 67

В троичной системе записывается как

1120 221

Десятичное умножение

2111

32

708 472

7552

ДЛЯ пятеричного представления чисел принимает вид

1421

1421

1421

3342

220202

При выполнении арифметических операций в системе с основанием г может встретиться сочетаний пар цифр при поразрядном сложении и /-2 сочетаний пар цифр при поразрядном умножении. Поскольку операции сложения и умножения взаимосвязаны), г-ичная арифметика, содержащая обе эти операции, по существу определяется r{r+l) числом этих соотноще-ний. Из этого следует, что чем меньще основание степени, тем проще строить схемы для выполнения .операций сложения и умножения. Использование меньших значений основания степени более удобно и для электрических цепей, поскольку для представления различных цифр каждого разряда числа требуется меньше различных уровней напряжения. С точки зрения электроники самой простой системой оказывается двоичная система счисления.

Б.4. ДВОИЧНАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ

Основанием двоичной системы счисления является число 2. При записи любых чисел используются только две цифры: О и 1, операции сложения и умножения над которыми имеют вид

0+0=0 0-0 = 0

0+1 = 1 + 0=1 и 0-1 = 1-0 = 0

1 + 1 = 10 1-1 = 1

> Точнее, из-за коммутативности каждой из этих операций. - Ярмж. пе-