Systemy wbudowane i mikroproces

1. Zdefiniuj pojęcie architektury komputera.

Architektura komputera – sposób organizacji elementów tworzących komputer. Pojęcie to używane jest dosyć luźno. Może ono dzielić systemy komputerowe ze względu na wiele czynników, zazwyczaj jednak pod pojęciem architektury rozumie się organizację połączeń pomiędzy pamięcią, procesorem i urządzeniami wejścia-wyjścia.

Klasyfikacje:

a) Ze względu na rodzaj połączeń procesor-pamięć i sposób ich wykorzystania dzielimy architektury zgodnie z taksonomią Flynna:

b) Ze względu na sposób organizacji pamięci i wykonywania programu:

2. Wymień i omów podstawowe elementy architektury procesora ADSP21065L.

Rdzeń DSP:

PMA – Program Memory Address – 24 bity

PMD – Program Memory Data – 48 bitów, dane przylegają do góry

DMA – Data Memory Address – 32 bity

DMD – Data Memory Data – 40 bitów

Pamięć z podwójnym dostępem: procesor posiada wbudowaną pamięć SRAM o pojemności 544Kb

Interfejs zewnętrznego portu: zapewnia dostęp do zewnętrznych układów pamięci i innych urządzeń peryferyjnych

Interfejs procesora nadrzędnego

Procesor I/O: zawiera dwa porty szeregowe z dwoma nadajnikami i dwoma odbiornikami oraz kontroler DMA

Kontroler DMA pracuje całkowicie niezależnie od procesora. Oddzielne magistrale zapewniają całkowitą „przeźroczystość” jego pracy. Dane z wewnętrznych pamięci mogą być odczytywane bądź zapisywane równocześnie gdy odczytuje te dane bądź zapisuje procesor.

3. Architektura mikroprocesora 8086.

Procesor 8086 został zaprezentowany przez firmę INTEL już w 1976 r. Był pierwszym procesorem 16-bitowym o wielkiej na ówczesne czasy przestrzeni adresowej 1MB.

Mikroprocesor 8086 składa się z dwóch współpracujących zespołów, działających równocześnie:

Zespół wykonawczy EU zawiera:

Zespół łącza z magistralą systemową BIU - zadaniem tej jednostki jest zapewnienie odpowiedniej komunikacji z bezpośrednim otoczeniem mikroprocesora oraz przyspieszenie jego pracy. Przyspieszenie to uzyskano w wyniku nałożenia procesów pobierania i wykonywania rozkazów.

W skład bloku BIU wchodzą:

Celem rozdzielenia obszarów przeznaczonych dla programu, danych i stosu wprowadzono mechanizm segmentacji. Mikroprocesor zawiera cztery rejestry segmentowe, w których przechowywane są adresy początków segmentów. Zawartości tych rejestrów wraz z adresem efektywnym, obliczanym przez procesor, w zależności od trybu adresowania, stanowią adresy fizyczne pamięci.

4. Opisz schemat przepływu danych i sterowań w prostym modelu procesora jednomagistralowego (8086).

Mikrooperacja trwa jeden takt zegara procesora i jest wykonywana przez jeden blok procesora (rejestr, układ).

Niektóre mikrooperacje z uwagi na konflikt zasobów (użycie tej samej magistrali lub bloku) nie mogą być wykonane jednocześnie. Inne są bezkonfliktowe i będą wykonywane w tym samym takcie procesora.

Długość rozkazu i danych jest równa słowu transferowanemu po szynie danych z pamięci tak, że pobranie rozkazu i danej odbywa się w jednym cyklu maszynowym.

Dekodowanie rozkazu wymaga jednego taktu zegara procesora.

Pamięć zwraca daną na szynę danych w następnym takcie procesora po wystawieniu adresu, zatem jest to trafienie danej w szybkiej pamięci podręcznej połączonej z procesorem szybką magistralą lokalną taktowaną zegarem procesora.

5. Omów ustawianie flag operacji arytmetyczno-logicznych.

Blok ALU dołączony jest do magistrali wewnętrznej mikroprocesora, z której pobiera argumenty operacji, a także wysyłany jest na nią wynik operacji. Ponadto może się na tej magistrali pojawić zawartość rejestru znaczników.

Rejestr znaczników w tym mikroprocesorze jest 9-bitowy, a znaczenie występujących w nim bitów jest następujące:

6. Omów dodawanie w asemblerze, podaj przykład.

Do dodawania w asemblerze służy instrukcja ADD.

Polecenie to dodaje operand źródłowy do operandu docelowego o tej samej wielkości (tzn. operand 8 bitowy do operandu 8 bitowego, operand 16 bitowy do operandu 16 bitowego). Po wykonaniu operacji wartość operandu źródłowego nie zmienia się, natomiast w operandzie docelowym umieszczana jest suma. Tylko jeden z operandów może być operandem pamięci. Rejestr segmentu nie może być operandem docelowym (CS, SS, DS, ES, FS, GS). Operacja ma wpływ na wszystkie znaczniki statusu.

Przykłady użycia operacji ADD:

ADD AL, CL dodanie dwóch rejestrów 8 bitowych

ADD AX, DX dodanie dwóch rejestrów 16 bitowych

ADD BX, 30h dodanie wartości do rejestru 16 bitowego

ADD ZMIENNA, AX dodanie 16 bitowego rejestru do pamięci

ADD DX, ZMIENNA dodanie 16 bitowej pamięci do rejestru

ADD ZMIENNA, 10 dodanie wartości do pamięci

Przykład:

MOV R0, #10h

MOV A, #04h

ADD A, R0

Po wykonaniu tych instrukcji w Akumulatorze znajdzie się wartość 10h + 4h = 14h (16 + 4 = 20 dziesiętnie).

7. Architektura mikrokomputera (komputer osobisty) – schemat.

MIKROPROCESOR jest najważniejszą częścią komputera. Zajmuje się wykonywaniem skomplikowanych operacji matematycznych i logicznych oraz zarządzaniem i pracą wszystkich elementów komputera. Ma on kształt kwadratu lub prostokąta o długości paru centymetrów. Mikroprocesory występują również w innych urządzeniach codziennego użytku, takich jak pralki automatyczne, kuchenki mikrofalowe, telewizory, odtwarzacze video.

PAMIĘĆ komputerowi jest potrzebna do zapamiętania sekwencji operacji, które wykonuje. Bez pamięci komputera nie dałoby się zaprogramować, tzn. zmusić go do wykonania wielu kolejnych operacji. W pamięci możemy wyróżnić:

MAGISTRALA to linie, po których przesyłane są informacje wewnątrz komputera. Im więcej linii jest na magistrali, tym więcej informacji można przesłać w tym samym czasie. Na magistrali można wyróżnić szynę danych do transmisji danych, szynę adresową do przesyłania adresów danych (np. w pamięci operacyjnej) oraz linie sterujące do wysyłania sygnałów sterujących pracą urządzeń w komputerze.

URZĄDZENIA WEJŚCIA / WYJŚCIA to urządzenia, za pomocą których użytkownik może się porozumieć z komputerem.

8. Definicja algebry Boole’a.

Algebrą Boole’a B = <B, +, ∗, ¬, 0, 1> nazywamy zbiór B zawierający przynajmniej dwa elementy i spełniający następujące aksjomaty (dla x, y, z ∈B):

A1: x + 0 = x A2: x ∗ 1 = x element neutralny

A3: x + (¬x) = 1 A4: x ∗ (¬x) = 0 uzupełnienie

A5: x + y = y + x A6: x ∗ y = y ∗ x przemienność

A7: (x + y) + z = x + (y + z) łączność

A8: (x ∗ y) ∗ z = x ∗ (y ∗ z) łączność

A9: x ∗ (y + z) = x ∗ y + x ∗ z rozdzielność

A10: x + y ∗ z = (x + y) ∗ (x + z) rozdzielność

Twierdzenia

T1: x + x = x T2: x ∗ x = x idempotentność

T3: x + 1 = 1 T4: x ∗ 0 = 0 własności „zera” i „jedynki”

T5: ¬(x + y) = (¬x) ∗ (¬y)

T6: ¬(x ∗ y) = (¬x) + (¬y) dualność (prawa de Morgana)

T7: x + (x ∗ y) = x T8 x ∗ (x + y) = x absorpcja

T9: ¬(¬x) = x inwolucja

9. Co to jest transkoder, podaj przykład.

Transkoder - to układ cyfrowy o n wejściach oraz k wyjściach. Jego działanie polega na zamianie dowolnego kodu cyfrowego (poza kodem 1 z N) na inny, dowolny kod cyfrowy (również z wyjątkiem kodu 1 z N).

Transkodery mogą być budowane przez połączenie wyjść odpowiedniego dekodera z wejściami kodera.

Typowym przykładem takiego układu jest układ zamieniający naturalny kod binarny na kod wyświetlacza siedmiosegmentowego (czasami mylnie nazywanym 'dekoderem').

10. Co to jest pamięć komputera (definicja, podział, przykład).

PAMIĘCI – układy zdolne do przyjmowania, przechowywania i wysyłania informacji w postaci ciągów binarnych.

Pamięć stała ROM

Read Only Memory (pamięć tylko do odczytu)

Pamięć zawierające dane, które można jedynie odczytać, bez możliwości ich modyfikacji. Nowoczesne pamięci pozwalają na wymianę zawartości ROM. Pamięć podtrzymywana baterią (akumulatorkiem).

BIOS (Basic Input-Output System) – program zapisany w pamięci ROM płyty głównej (jak również innych urządzeń, jak np. karta graficzna). BIOS testuje sprzęt po włączeniu komputera, uruchamia system operacyjny, kontroluje współpracę między Procesorem, twardym dyskiem, napędem CD-Rom itp.

CMOS – podtrzymywana bateryjnie pamięć, w której przechowywane są informacje niezbędne do uruchomienia komputera (ustawienia napędów, ilość pamięci RAM itd.), dzięki którym BIOS może rozpocząć pracę. Dzięki pamięci CMOS komputer „zna” aktualną datę i godzinę.

Pamięć RAM

RAM – Random Access Memory (pamięć o dostępie swobodnym).

Pamięć RAM potocznie utożsamiana jest z pamięcią operacyjną, do której ładowane są aktualnie używane przez procesor dane. Pamięć RAM wymaga szybkiego dostępu do tych informacji.

Dostęp swobodny – możliwość odczytania zawartości każdego bajtu, niezależnie od danych poprzedzających lub danych zawartych w dalszych obszarach pamięci.

Pamięć RAM jest znacznie szybsza od pamięci ROM, działa tylko przy włączonym zasilaniu. Przechowuje podstawowe oprogramowanie komputera, takie jak system operacyjny, aplikacje, programy sterujące i nadzorujące działanie komputera. Podstawowe parametry RAM: pojemność (dzisiaj 512 MB, 1 GB i więcej) oraz czas dostępu (10 ns). Każda płyta posiada gniazda pozwalające rozszerzać pamięć RAM (złącza typu SIMM lub DIMM) poprzez dołączanie odpowiednich modułów.

Pamięci zewnętrzne

11. Podaj i omów na przykładzie zasadę działania multipleksera.

Multiplekser jest układem komutacyjnym (przełączającym), posiadającym k wejść informacyjnych (zwanych też wejściami danych), n wejść adresowych (sterujących) (zazwyczaj k=2n) i jedno wyjście y. Posiada też wejście sterujące działaniem układu oznaczane S (ang. strobe) lub e (ang. enable).

Jego działanie polega na połączeniu jednego z wejść xi z wyjściem y. Numer wejścia jest określany przez podanie jego numeru na linie adresowe A.

12. Podaj i omów zasadę działania komparatora – przykład.

Komparatory cyfrowe są to układy służące do porównywania dwóch lub więcej słow. (liczb) dwójkowych n – bitowych.

Najprostsze komparatory określają, czy porównywane liczby są sobie równe (A = B?). Bardziej złożone układy mogą określać, którą z porównywanych liczb jest większa (A > B?). Istnieją również komparatory tzw. uniwersalne, które określają trzy możliwe, wzajemnie wykluczające się relacje: A > B, A = B i A < B.

Komparatory liczb mogą być zrealizowane jako układy równoległe bądź szeregowe.

Zasada działania komparatorów:

W komparatorach równoległych, na wejścia podawane są jednocześnie wszystkie bity porównywanych liczb. Określenie tożsamości dwóch liczb n – bitowych A i B, gdzie:

A = An-1 An-2 ... Ai... A0

B = Bn-1 Bn-2 ... Bi... B0

polega na sprawdzeniu czy bity na odpowiadających sobie pozycjach tych liczb są tożsame, co zapisujemy:

13. Dokonaj minimalizacji podanej tablicy i narysuj układ na trójwejściowych bramkach NAND.

14. Omów architekturę procesora ADSP21065L.

patrz pkt. 1

15. Opisz fazy cyklu rozkazu i mikrooperacje w procesorze 8086.

Ogólnie cykl rozkazu można podzielić na następujące cztery fazy:

Wśród nich faza pobrania adresu pośredniego z pamięci występuje tylko w rozkazach o trybie adresowania pośrednim pamięci, natomiast faza przerwania dotyczy skoku do podprogramu obsługi sytuacji wyjątkowych.

Każda faza składa się z jednego lub kilku cykli maszynowych. Cykl rozkazu dzieli się na mikrooperacje, wykonywane w jednym takcie zegara. Rodzaj i kolejność mikrooperacji jest sterowana przez jednostkę sterującą (CU – Control Unit).

16. Opisz mnożenie zmiennoprzecinkowe z jednoczesnymi operacjami ALU (ADSP21065L).

17. Omów odejmowanie w asemblerze, podaj przykład.

Do odejmowania w asemblerze służy polecenie SUB.

Odejmuje operand źródłowy od operandu docelowego. Wielkość operandów musi być zgodna a tylko jeden z nich może być operandem pamięci. Wewnątrz procesora następuje negacja operatora źródłowego i dodanie go do argumentu docelowego. Negacja liczby a prowadzi do uzyskania liczby reprezentowanej w kodzie U2.

Przykłady użycia operacji SUB:

SUB AX, f345h odjęcie 16 bitowej wartości od rejestru

SUB CL, AL. odjęcie 8 bitowego rejestru od rejestru

SUB ZMIENNA, AX odjęcie 16 bitowego rejestru od pamięci

SUB DX, ZMIENNA odjęcie 16 bitowej pamięci od rejestru

SUB ZMIENNA, 10 odjęcie wartości od miejsca w pamięci

18. Omów kod U1 – podaj przykład.

U1 - kod uzupełnień do jedności, sposób zapisu liczb całkowitych.

Liczby dodatnie zapisywane są jak w naturalnym kodzie binarnym, przy czym najbardziej znaczący bit – traktowany jako bit znaku – musi mieć wartość 0.

Do reprezentowania liczb ujemnych wykorzystywana jest bitowa negacja danej liczby, co sprawia, że bit znaku ma wartość 1. Wynika z tego również występowanie dwóch reprezentacji zera: +0 (00000000U1) i -0 (11111111U1). W związku z tym liczby zapisane w U1 na n bitach pochodzą z zakresu:

co daje zakres identyczny jak w reprezentacji znak-moduł. Dla 8 bitów (bajta) są to liczby od -127 do 127.

Przykład:

00000111U1 710

+ 11111100U1 -310

-----------

100000011

00000011U1 310 (wynik obcięty do zakresu liczby)

+ 00000001U1 110 (dodajemy przeniesienie)

-----------

00000100U1 410 (ostateczny wynik)

19. Narysuj schemat przepływu danych w prostym modelu procesora jednomagistralowego.

patrz pkt. 4

20. Podaj i omów prawa DeMorgana.

Prawa De Morgana – twierdzenia w logice matematycznej i teorii mnogości. Od nazwiska Augusta De Morgana, angielskiego matematyka.

Negacja alternatywy jest równoważna koniunkcji negacji:

~(p ∨ q) ⇔ ~p ∧ ~q

Negacja koniunkcji jest równoważna alternatywie negacji:

~(p ∧ q) ⇔ ~p ∨ ~q

gdzie p i q oznaczają zdania w sensie logiki.

Prawa de Morgana są tautologiami.

21. Co to jest enkoder – podaj przykład.

Enkodery zwykłe - są to układy zmieniające kod „1 z n” na określony binarny kod wyjściowy. Układy te posiadają n - wejść, przy czym tylko jedno z wejść jest w danym czasie aktywne.

Jeśli kodem wejściowym jest kod „1 z n” bez negacji, to wejście aktywne znajduje się w stanie 1, a pozostałe w stanie 0. Natomiast jeśli kodem wejściowym jest kod „1 z n” z negacją, to wejście aktywne znajduje się w stanie 0, a pozostałe w stanie1.

Sygnał aktywny, pojawiający się na jednym z n wejść, zostaje zakodowany w słowo binarne m – bitowe (m – wyjść enkodera) i na wyjściach pojawia się numer wyjścia aktywnego, przedstawiony w żądanym kodzie dwójkowym.

Przykładem może być zamiana kodu 1 z 10 na kod BCD 8421, oraz zamiana kodu 1z10 na kod BCD 8421.

22. Co to jest magistrala komputera ?

Magistrala (ang. bus) – zespół linii oraz układów przełączających służących do przesyłania sygnałów między połączonymi urządzeniami w systemach mikroprocesorowych, złożony z trzech współdziałających szyn:

Jest elementem, który sprawia, że system komputerowy staje się określoną całością. Szerokość magistrali (liczba równoległych ścieżek szyny danych) określa, ile bitów może ona przesłać za jednym razem.

Rozróżniane są 2 typy magistrali:

23. Podaj i omów sumator pełny.

Sumator pełny (ang. Full Adder) - układ kombinacyjny dodający trzy cyfry dwójkowe. Ma trzy wejścia. Dwie ze zmiennych wejściowych (A, B) reprezentują bity składników sumy. Trzecie wejście (C1) reprezentuje przeniesienie z poprzedniej, mniej znaczącej pozycji. Zmiennymi wyjściowymi są bity sumy S i przeniesienia C.

Pełny sumator można zestawić z dwu półsumatorów uzupełnionych bramką OR (równie dobrze może być to bramka XOR a to dlatego, że kombinacja stanów wejściowych, dla których te bramki różnią się, tutaj nie występuje).

24. Podaj i omów na przykładzie zasadę działania demultipleksera.

Demultiplekser - jest układem posiadającym jedno wejście x, n wejść adresowych, oraz k wyjść (zazwyczaj k=2n).

Jego działanie polega na połączeniu wejścia x do jednego z wyjść yi. Numer wyjścia jest określany przez podanie jego numeru na linie adresowe a0... an-1. Na pozostałych wyjściach panuje stan zera logicznego.

Jeśli na wejście strobujące (blokujące) S (ang. strobe) podane zostanie logiczne zero, to wyjścia yi przyjmują określony stan logiczny (zwykle zero), niezależny ani od stanu wejścia x, ani wejść adresowych.

W praktyce spotykane są jedynie demultipleksery w wyjściach zanegowanych, czyli na wybranym wyjściu jest stan 0 a na wszystkich pozostałych 1

25. Dokonaj minimalizacji podanej tablicy i narysuj układ na trójwejściowych bramkach NAND.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Systemy wbudowane i mikroproces, szkola, systemy wbudowane i mikroprocesory
Systemy wbudowane i mikroproces
fras,systemy wbudowane L, Realizacja mikroprocesora w układach CPLD
Układy cyfrowe i systemy wbudowane 1 SPRAWOZDANIE 2
SYSTEMY WBUDOWANE MULTISIM ŚWIATŁA DROGOWE PROJEKT 1
fras,systemy wbudowane L, sprawozdanie ARM 7 obsługa przetwornika?
Układy cyfrowe i systemy wbudowane 1 SPRAWOZDANIE 6
ściąga(1), WAT, semestr IV, Systemy wbudowane
fras,systemy wbudowane L, Wstęp do mikrokontrolerów rodziny MCS 51
Interfejsy w systemach wbudowanych
SldL18 Systemy wbudowane
Oceny z testu poĹ-Ălwkowego z przedmiotu Systemy wbudowane, semestr 4, systemy wbudowane
Swb-sciaga, Studia, WAT Informatyka, s4 - Swb - systemy wbudowane
odpowiedzi egzamin, Informatyka WEEIA 2010-2015, Semestr IV, Systemy Wbudowane, Inne, egzamin
rys1, ETI SUM, sem 2, Systemy wbudowane
kody, WAT, semestr IV, Systemy wbudowane

więcej podobnych podstron