Шпаргалка по "Цифровому устройству"

ВОПРОС 26

Микропроцессор (МП) - это программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких БИС.

Запоминающее  устройство, которое на рис. 1а было показано в виде одного блока, на рис. 1б представлено двумя блоками: постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) и оперативным  запоминающим устройством (ОЗУ). ПЗУ  служит для хранения неизменяемой части программы и может работать только в режиме выдачи информации. ОЗУ используется для хранения промежуточных данных и может не только принимать на хранение, но и выдавать записанную ранее информацию. В микропроцессорной технике приняты термины “запись” и “чтение” информации. Процессы чтения и записи всегда сопровождают друг друга. Например, информация читается из ОЗУ и записывается в буферный регистр ЦПУ.

Шина данных в МП-системе - двунаправленная. Информация по ней может передаваться как в ЦПУ, так и из ЦПУ. Направление передачи по ШД устанавливает ЦПУ.

Шина управления в рассматриваемой системе состоит  из набора отдельных проводников, каждый из которых предназначен для передачи определенного сигнала в определенном направлении. МП 8080 выполнен в корпусе, имеющим 40 выводов. Это оказывается недостаточным для того, чтобы предоставить каждому сигналу управления отдельный вывод.

Поэтому часть  сигналов управления передается по выводам  шины данных в режиме разделения времени. Этим объясняется соединение на схеме рис. 2 буфера шины управления как с внутренним устройством управления (УУ), так и с шиной данных.

Разрядностью  шины адреса (ША) определяется предельно  возможный объем памяти, которой  может быть укомплектована МП-система. Чем больше объем памяти, тем более сложные программы может реализовать система и тем мощнее ее вычислительные и управляющие возможности. МП типа 8080 имеют 16-разрядную адресную шину. Это означает, что ЦПУ может адресоваться к 216 = 65536 ячейкам памяти. Учитывая, что по каждому адресу может храниться 8-разрядное слово (1 байт), получаем, что предельный объем памяти составляет в данном случае 64 КБайт (1 Кбайт = 1024 байт). Шина адреса - однонаправленная, код адреса из ЦПУ поступает на ПЗУ, ОЗУ и АВВ.

Не все операции, выполняемые в АЛУ, воздействуют на содержание регистра флажков. Этот факт следует учитывать при программировании условных переходов по состоянию отдельных разрядов регистра F. Содержание регистра F дополняется до стандартного 8-разрядного размера тремя постоянными нулями.

Входящие в МП восьмиразрядные регистры общего назначения B, C, D, E, H, L играют роль сверхоперативного запоминающего устройства. Эти регистры могут использоваться отдельно и в виде 16-разрядных регистровых пар BC, DE, HL, называемых в командах по имени первых регистров B, D, H, содержащих старшие байты чисел.

Шестнадцатиразрядный  регистр SP (stack pointer) -это указатель стека, т.е. регистр, информация в котором указывает адрес очередной свободной ячейки стековой памяти. Стековая, или магазинная, память работает по принципу ”последний вошел, первый вышел”. Программист выделяет область ОЗУ, отводимую под стек, и помещает в регистр SP адрес последней ячейки этой области (в рассматриваемом МП стек заполняется с конца). Затем при необходимости по ходу выполнения программы на хранение в стек могут быть отправлены 16-разрядные кодовые слова из регистровых пар AF, BC, DE, HL . Каждое такое слово занимает две восьмиразрядные ячейки памяти с адресами (SP) и (SP) - 1, где (SP) - содержимое регистра SP.

Соответственно  при помещении в стек очередного слова содержимое регистра SP автоматически уменьшается на 2. Затем при чтении каждого записанного в стек слова содержимое регистра SP увеличивается на 2. Операции со стеком удобны тем, что реализуются короткими однобайтными командами и программисту не нужно в командах указывать адреса ячеек памяти, куда записывается или откуда читается информация. Однако нужно учитывать, в каком порядке слова были направлены в стек, так как при чтении они будут выдаваться в обратном порядке.

Показанный на схеме рис. 2 16-разрядный регистр PC (programm counter) - это программный счетчик. Слово, записанное в регистре PC, выводится на 16-разрядную адресную шину и определяет, таким образом, адрес ячейки памяти, к которой в данный момент производится обращение. После выполнения каждой команды, за исключением команд переходов, число, записанное в PC, увеличивается на число единиц, равное числу байтов в коде этой команды. При выполнении команд переходов, содержимое PC может изменяться скачком.

Устройство управления УУ, входящее в состав МП (рис. 2), обеспечивает правильное функционирование всех внутренних узлов ЦПУ, выдает командные сигналы на внешнюю шину управления и воспринимает сигналы с этой шины.

Функциональные  узлы ЦПУ соединены между собой  внутренней шиной данных, с помощью которой они могут обмениваться информацией. Шины данных и адреса, выходящие из ЦПУ, могут быть переведены в высокоимпедансное состояние (внутренние буфера этих шин на рис. 2 не показаны).

ВОПРОС 37

LabVIEW — язык  графического программирования, в котором для создания приложений используются графические образы (иконки) вместо традиционного текстового кода. От пользователя пакета не требуется знаний языков программирования, но понятие об алгоритме, цикле, выходе по условию ит.п. конечно иметь нужно. Все действия сводятся к простому построению структурной схемы приложения в интерактивной графической системе с набором всех необходимых библиотечных образов, из которых собираются объекты, называемые Виртуальными Инструментами (VI).

Процесс освоения LabVIEW существенно облегчается благодаря наличию интерактивной обучающей системы, разветвленной контекстнозависимой помощи и множества примеров использования приемов программирования (но все это на английском, немецком, .. и

LabVIEW Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (Среда разработки лабораторных виртуальных приборов) представляет собой среду графического программирования, которая широко используется в промышленности, образовании

и научно-исследовательских  лабораториях в качестве стандартного инструмента для сбора данных и управления приборами. LabVIEW - мощная и гибкая программная среда, применяемая для проведения измерений и анализа полученных данных.

С помощью графического языка программирования LabVIEW, именуемого G (Джей), вы можете программировать вашу задачу из графической блок-диаграммы, которая компилирует алгоритм в машинный код. Являясь превосходной программной средой для бесчисленных применений в области науки и техники, LabVIEW поможет вам решать задачи различного типа, затрачивая значительно меньше времени и усилий по сравнению с написанием традиционного программного кода. LabVIEW находит применение в самых разно образных сферах человеческой деятельности. В соответствии со своим названием он первоначально использовался в исследовательских лабораториях, да и в настоящее время является наиболее популярным программным пакетом как в лабораториях фундаментальной науки

Разработка приложений в среде LabVIEW отличается от работы в  средах на основе С или Java одной очень  важной особенностью. Если в традиционных алгоритмических языках программирование основано на вводе текстовых команд,

последовательно образующих программный код, в LabVIEW используется язык графического программирования, где алгоритм создается в графической иконной форме (pictorial form), образующей так называемую блок-диаграмму (blockdiagram),

что позволяет  исключить множество синтаксических деталей. Применяя этот метод, вы можете сконцентрировать внимание лишь на программировании

потока данных; упрощенный синтаксис теперь не отвлекает вас от анализа самого алгоритма.

Программы LabVIEW называются виртуальными приборами (ВП, virtual instruments- VI), так как они функционально и внешне подобны реальным (традиционным) приборам. Однако они столь же подобны программам и функциям на

популярных языках программирования, таких как С  или Basic. Здесь и далее мы

будем называть программы LabVIEW виртуальными приборами или ВП, причем

вне зависимости  от того, соотносится их вид и  поведение с реальными приборами  или нет.

Виртуальный прибор состоит из трех основных частей:

• лицевая панель (Front Panel) представляет собой интерактивный пользовательский интерфейс виртуального прибора и названа так потому, что имитирует лицевую панель традиционного прибора. На ней могут находиться ручки управления, кнопки, графические индикаторы и другие элементы управления (controls), которые являются средствами ввода данных со стороны пользователя, и элементы индикации (indicators) -выходные данные из программы. Пользователь вводит данные, используя мышь и клавиатуру, а затем видит результаты действия программы на экране монитора;

• блок-диаграмма (Block Diagram) является исходным программным кодомВП, созданным на языке графического программирования LabVIEW, G (Джей). Блок-диаграмма представляет собой реально исполняемое

приложение. Компонентами блок-диаграммы являются: виртуальныеприборы более низкого уровня, встроенные функции LabVIEW, константы и структуры управления выполнением программы. Для того чтобызадать поток данных между определенными объектами или, что то же

самое, создать связь между ними, вы должны нарисовать соответствующие проводники (wires). Объекты на лицевой панели представлены на блок-диаграмме в виде соответствующих терминалов (terminals), через

которые данные могут поступать от пользователя в программу и обратно;

• для того чтобы  использовать некоторый ВП в качестве подпрограммы (подприбора) в блок-диаграмме  другого ВП, необходимо определить его иконку (icon) и соединительную панель (connector). Виртуальный прибор, который применяется внутри другого ВП, называется виртуальным

подприбором (ВИИ, SubVI), который аналогичен подпрограмме в традиционных алгоритмических языках. Иконка является однозначным графическим представлением ВП и может использоваться в качестве объекта на блок-диаграмме другого ВП. Соединительная панель представляет собой механизм передачи данных в ВП из другой блок-диаграммы, когда он применяется в качестве подприбора - ВПП. Подобно аргументам и параметрам подпрограммы, соединительная панель определяет входные и выходные данные виртуального прибора.

При помощи LabVIEW мы строим виртуальный инструмент вместо написания программы. При создании виртуального инструмента равное внимание уделяется внешней форме и внутреннему содержанию прибора. Соответственно, отдельно разрабатываются лицевая панель и функциональная схема ВП.

Лицевая панель - интерфейс, через который мы взаимодействуем с функциональной схемой (содержанием) прибора. Графические возможности LabVIEW позволяют создать на экране компьютера полную имитацию лицевой панели реального прибора с действующими переключателями, кнопками, индикаторами и т. д.

Построение  функциональной схемы виртуального прибора идет путем рисования интуитивной блок-диаграммы, что является естественной формой записи для инженеров и научных работников. В среде LabVIEW эта блок-диаграмма становится настоящей действующей программой, так что вы избегаете сложной и длительной процедуры преобразования своих идей в программный код.

ВОПРОС 33

В связи с  широким внедрением цифровых вычислительных средств, в первую очередь микропроцессоров и микро-ЭВМ, во все отрасли науки и техники стала актуальной задача связи ЭВМ с различными техническими устройствами. Как правило, информация первичных преобразователей (сигналов датчиков) представляется в аналоговой форме, в виде уровней напряжения. Большая часть исполнительных устройств (электродвигатели, электромагниты и т. д.), предназначенных для автоматического управления технологическими процессами, реагирует также на уровни напряжения (или тока). С другой стороны, цифровые ЭВМ принимают и выдают информацию в цифровом виде. Для преобразования информации из цифровой формы в аналоговую применяют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), а для обратного преобразования аналого - цифровые преобразователи (АЦП).

Цифро - аналоговые преобразователи вырабатывают напряжение или ток, функционально связанные с управляющим кодом. Причём функциональная связь в большинстве случаев линейна. Применяются ЦАПы в качестве узлов обратной связи АЦП и для формирования выходных аналоговых сигналов цифровых измерительных и вычислительных устройств. Для преобразования двоичного кода в аналоговый сигнал обычно формируют токи, пропорциональные весам разрядов кода, и затем суммируют те из токов, которые соответствуют не нулевым (единичным) разрядам входного кода. Принцип действия простейшего ЦАПа поясняет схема рис. 1.

Основу ЦАПа составляет матрица резисторов, подключаемых ко входу операционного усилителя  ключами, которые управляются двоичным кодом (например, параллельным кодом  регистра или счётчика). Коэффициенты передачи: