Методические указания для практических занятий по дисциплине мдк. 02. 01
 Скачать 7.37 Mb.
|
|
Практическая часть. 1. Исследовать с помощью задающих воздействий, подаваемых с тумблерных регистров универсального стенда для исследования БИС, работу параллельного интерфейса К580ВВ55(i8255) и универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика К580ВВ51. 2. Реализовать заданные режимы работы микросхем параллельного интерфейса К580ВВ55(i8255) и универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика К580ВВ51. 3. Составить карту адресов внешних устройств для учебной микро-ЭВМ “Микролаб”. Контрольные вопросы 1. Дать определение порта ввода-вывода. 2. Сколько 8-разрядных портов включает в себя БИС КР580ВВ55А? 3. Описать формат управляющего слова, задающего режим работы программируемого параллельного интерфейса. 4. Описать основные режимы работы ППИ. 5. С помощью каких сигналов происходит обмен информацией между портами ввода- вывода и шиной данных? 99 6.Описать отличия последовательного порта ввода-вывода и параллельного порта. 7.Назначение буфера шины данных в ППИ. Практическая работа №16. Интерфейсы микропроцессорных систем (интерфейс Centronics). Цель работы: изучить интерфейс Centronics, ознакомиться с работой параллельных портов ПЭВМ. Порядок выполнения практической работы. 1. Подключить к ПЭВМ к порту LPT схему для определения правильного прохождения сигналов по шине данных в стандарте Centronics. 2. Написать на языке Ассемблера программу тестирования параллельного порта, которая обеспечивает режим бегущей единицы на выходных линиях LPT-порта (минимальное время горения одной лампочки – 3 с). Содержание отчета 1.Программная и логическая модель LPT-порта компьютера. 2.Схема тестирования LPT-порта компьютера. Контрольные вопросы. 1.Опишите структуру LPT-портов PC. 2. Опишите режимы работы современных LPT-портов компьютера. 100 Практическая работа №17. Интерфейсы микропроцессорных систем (интерфейс RS-232). Цель работы: изучить программирование интерфейса RS-232 в составе лабораторного комплекса. Порядок выполнения практической работы. 1.Собрать лабораторный комплекс в соответствии с рисунком. Соединить учебную микроЭВМ “Микролаб” и ПЭВМ с использованием “нуль-модемного” (Null Modem) кабеля. (Тип монитора – клавиатурный). 2.Написать программы для ПЭВМ и “Микролаб”, обеспечивающие передачу байта через СОМ-порт со стороны ПЭВМ, его прием учебной микроЭВМ, инвертирование и передачу назад в ПЭВМ. ПЭВМ должна принять инвертированный байт назад, сложить его с переданным и результат вывести на экран ПЭВМ. Программу для ПЭВМ написать с использованием языка Паскаль, для “Микролаб” – языка Ассемблера. Формат передачи данных: длина символа 8 бит, стоповый бит, без бита четности, скорость 9600 , коэффициент пересчета скорости для КР580ВВ51А равен 64. Содержание отчета 1. Программная модель СОМ-порта компьютера. 2. Тексты программ, разработанных в ходе выполнения практической работы. 3.Схема соединения компьютеров с использованием нуль-модемного кабеля. Контрольные вопросы. 1.Опишите структуру COM-портов PC. 2.Опишите скорости передачи информации через COM-порты современных компьютеров. Практическая работа №18. Ознакомление с учебной микро-ЭВМ (проектирование микропроцессорных систем) Цель работы: изучить общую структуру микро-ЭВМ «Электроника-580», принцип работы микро-ЭВМ и представление информации в микроЭВМ. Теоретическая часть. Современные микро-ЭВМ строятся на базе интегральных схем с высокой степенью интеграции элементов. Их структура и принцип функционирования существенно определяются типом используемого микропроцессора. Широкое распространение получили ЭВМ с микропроцессором фирмы Intel. Основы их функционирования можно изучить, используя работы, где описывается ЭВМ на базе 8-разрядного однокристального параллельного микропроцессора КР 580 ВМ 80 А или его аналога Intel 8080. Для изучения принципа работы ЭВМ и отладки программ для постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) предназначено УОУ " Электроника -580", блок-схема которого представлена на рисунке 1. 101 УОУ содержит следующие блоки: АЛУ - арифметико-логическое устройство микропроцессора; А - аккумулятор - специальный 8-разрядный регистр, используемый для передачи в АЛУ операндов, приема результатов вычислений из АЛУ и временного хранения операндов; ТЕМ - программно-недоступный регистр, хранящий промежуточные результаты выполнения операций; F- регистр признаков (флажков), предназначенный для фиксации значений логических переменных, изменяющихся в результате выполнения команды; БДК - блок двоично-десятичной коррекции результата операции; УУ - устройство управления микропрограммного типа, формирующее последовательность управляющих сигналов в соответствии с обрабатываемой командой; РК - однобайтный регистр команд, предназначенный для приема первого байта команды; DСК - дешифратор команд; DСА - дешифратор адреса ячейки памяти; W,Z - программно-недоступные регистры краткосрочного хранения информации во время выполнения команды; B, C, D, E, H, L - 8-разрядные регистры общего назначения(РОН); SP - указатель стека, 16-разрядный счетчик адреса операндов и команд, находящихся в стековой памяти; PC - счетчик команд, предназначенный для определения адреса следующей команды; PA - регистр адреса, хранящий адрес следующей команды или операнда, который передается на шину адреса; ПЗУ,ОЗУ- полупостоянное и оперативное запоминающее устройства соответственно; ПДП - узел прямого доступа , осуществляющий выборку информации для дисплея(8- разрядного буквенно-цифрового индикатора) из ячеек ОЗУ и ввод информации с клавиатуры с помощью специальной программы-монитора, хранящейся в ППЗУ; Ак, Ад, Д- буферы (регистры) аккумулятора, адреса и данных соответственно, предназначенные для увеличения нагрузочной способности шин; ША, ШД, ВШД - шины адреса, данных и внутренняя шина данных соответственно(16- ,8- , 8- разрядные); УОУ расположено в корпусе, внешний вид которого представлен на следующем рисунке: На передней панели УОУ расположены: 102 - тумблер "Сеть" и сигнальная лампочка включения питания 220В; - тумблер "Прогон-отладка", изменяющий режим работы УОУ ; - лампочки "С","Z", характеризующие состояния разрядов регистра F; - дисплей ( 2 ) ; - таблицы команд микропроцессора КР580(1); - клавиатура ( 3 ), состоящая из 25 управляющих клавиш ; - лампочки "Вход" и "Выход" , характеризующие работу магнитофона (МФ) с УОУ. Работу микро-ЭВМ рассмотрим на основе блок-схемы, представленной на рисунке 1. Микро-ЭВМ содержит: – микропроцессор КР 580 ВМ 80А, выполненного на одной БИС, в которую включено АЛУ, БДК, А, ТЕМ, Ак, Д, Ад, РК, РОН, РА, ДСК, SP, РС; - программируемого параллельного интерфейса КР580 ВВ 55; - шинного формирователя К589 АП16; - многорежимного буферного регистра К589 ИР12; - статического ОЗУ на микросхемах К585РУ2А (емкость каждой 1024х1 бит); - ППЗУ К573РФ2 (2048х8 бит) и микросхемы серии К 155. БИС КР580ВМ80А представляет собой 8-разрядный микропроцессор, включающий в себя операционное и управляющее устройства. УУ содержит управляющую память, в которую записаны микропрограммы выполнения операций. Каждая из микропрограмм, предназначенная для реализации определенной команды, содержит от 4 до 17 микрокоманд, управляющих приемом из ОЗУ операндов, выполнением над ними простейших действий, выдачей в ОЗУ операндов и извлечением из ОЗУ очередной команды. В КР580 ВМ 80А не предусмотрена возможность изменения содержимого управляющей памяти, поэтому он относится к числу немикропрограммируемых с фиксированной системой команд. С использованием управляющей памяти микропроцессор реализует первый уровень управления ЭВМ - микропрограммное управление, предназначенное для обработки каждой команды, располагаемой в РК. Второй уровень управления ЭВМ - командный, организуется хранимой в ОЗУ программой. Программа занимает определенную область ОЗУ, имеет обязательную начальную и конечную команды. Обращение к начальной команде с пульта управления ЭВМ или с помощью другой программы способствует передаче ее в РК и циклической обработке следующих команд, поступающих друг за другом в РК (естественный порядок) до извлечения конечной команды программы. Последняя команда заканчивает процесс программного управления ЭВМ, устанавливает блоки ЭВМ в начальное состояние и осуществляет прерывание вычислений по данной программе. Каждая команда содержит поле кода операции (КОП) и поле адреса устройств (РОН, ячейки ОЗУ или ПЗУ, А и др.), участвующих в операции. Если устройством является один из РОН, то для указания адреса любого из них достаточно поля КОП длиною в 3 двоичных разряда. Если операция выполняется с участием ячейки ОЗУ, то необходимая разрядность поля адреса для определения номера ячейки характеризуется емкостью памяти ППЗУ и ОЗУ. При максимальной их размерности 64К ячеек для определения номера любой из них требуется 16-разрядное поле адреса. Поэтому в зависимости от разновидности операции и участвующих в ней устройств в микро-ЭВМ используются одно-, двух- и трехбайтные команды. В однобайтной команде 5 разрядов отводится под КОП и 3 разряда - под адрес устройства микропроцессора. В двух- и трехбайтных командах под поле КОП отводится первый байт команды. Вторые и третьи байты используются или под операнд (непосредственная адресация), или под код адреса (прямая адресация) ячейки в ПЗУ или ОЗУ. Первый байт команды всегда располагается в РК, другие - в РОН, в которые они заносятся в последующие такты извлечения команды. После извлечения команды счетчик РС инкрементируется (РС=РС 1) для указания адреса следующей команды, при изменении естественного порядка в РС устанавливается код адреса из двух РОН (W, Z) при выполнении команд управления, реализующих условный (безусловный, отличный от естественного порядка) переход. Иногда содержимое 2-го и 3-го байтов команды заносится в Н и L в качестве адреса операнда, используемого следующей командой при выполнении операции. 103 Взаимодействие устройств микропроцессора удобнее всего рассмотреть на примере выполнения какой-либо команды. Так, выполнение команды сложения содержимого А с ячейкой памяти ОЗУ осуществляется в следующей последовательности: - передача текущего адреса из РС в РА; - инкрементация РС, т.е. установление адреса следующей команды; - поступление адреса команды из РА через ША на адресные входы схемы памяти (ДСА), что обеспечивает выборку адресуемой ячейки памяти и передачу ее содержимого через ШД в буфер Д; - занесение из буфера Д команды в РК; - дешифрирование поля КОП команды ДСК и поступление унитарного кода в УУ, запуск в нем соответствующей микропрограммы, с помощью которой формируются управляющие сигналы, обеспечивающие настройку микропроцессора на выполнение заданной в команде операции (сложения); - поступление адреса операнда из РОН (Н и L) в РА, передача операнда в АЛУ и сложение его с А, занесение результата в А; - извлечение следующей команды по адресу, расположенному в РС. Заметим, что на выполнение команды сложения микропроцессору требуется два машинных цикла. Во время первого цикла происходит обращение к памяти за командой и ее обработка, во время второго - извлечение из памяти операнда и выполнение операции сложения. После выполнения команды в РС устанавливается адрес следующей команды, который на единицу больше предыдущей. Тем самым после выполнения операции сложения будет извлечена следующая команда, расположенная в естественном порядке в ОЗУ. Для извлечения команды, расположенной по другому адресу, в программу включают команды управления. Особенности выполнения этих команд рассмотрим на примере трехбайтной команды безусловного перехода. Она осуществляется в такой последовательности: - выдача текущего адреса из РА в ДСА; - увеличение РС на единицу (инкрементация РС); - выбор первого байта команды из памяти по коду адреса в РА; - передача его через ШД, буфер Д, ВШД в РК; - дешифрация в ДСК поля команды КОП и формирование в УУ последовательности управляющих знаков; - извлечение второго байта команды (младших 8 разрядов кода адреса следующей команды) по адресу в РС, занесение его в Z, инкрементация РС; - извлечение третьего байта команды безусловного перехода (старших 8 разрядов кода адреса следующей команды) по адресу РС и занесение его в W; - передача содержимого группы регистров W,Z в РС и РА. Заметим, что команда безусловной передачи управления выполняется за 10 тактов и при частоте тактового генератора 2 мГц выполняется за 5,0 мкс. В результате выполнения команды в РС устанавливается адрес следующей команды, отличный от естественного порядка, равный коду адреса, расположенного в третьем и втором байте команды безусловного перехода. Отличительной особенностью команды условного перехода от команд управления безусловного перехода является проверка значения логического условия в соответствии с типом команды перед последней микрооперацией передачи содержимого группы регистров W и Z в РС. Если условие выполняется, то содержимое из W,Z передается в РС ; если нет, то РС инкрементируется. Содержимое РС затем передается а РА. Таким образом, для организации процесса вычислений в ЭВМ с использованием команд необходимо разместить в ОЗУ программу и операнды, к которым команды будут обращаться для выполнения предписанных операций. Операнды и программы размещаются в разных рабочих областях ОЗУ в зависимости от структуры памяти ЭВМ. Рабочая (не заштрихованная) область памяти УОУ представлена на рисунке 3. Ячейки памяти с адресами 0000-:-03FF (16) расположены в ППЗУ. В эти ячейки для облегчения процесса занесения программы и данных в ОЗУ, а также для контроля и организации вычислений введены команды программы Монитор, являющейся простейшей операционной 104 системой. Монитор в процессе своей работы использует оперативную информацию, которую хранит в ячейках ОЗУ с адресами 83Е0-:-8400. Поэтому эта область, хотя и является рабочей областью памяти, программистом не используется. Область памяти с адресами 0400-:-7FFF и 87FF-:-FFFF является нерабочей, так как по данным адресам отсутствуют ячейки памяти. Рисунок 3 Данные и команды в ЭВМ кодируются в двоичной системе счисления и имеют обычно формат, кратный одному байту. Для кодирования чисел запятую чаще всего фиксируют после младшего разряда, знак ("1"("-"), "0"(" ")) размещают в позиции самого старшего разряда. При этом все дробные числа, с учетом предварительного сдвига влево, представляют целыми, а величину, на которую они сдвигаются (коэффициент фиксации), в дальнейшем используют для получения правильного результата вычислений. Так, если числа размещаются в восьмиразрядных ячейках памяти и имеют вид В= - b6b5b4b3b2b1b0,0...0 с учетом коэффициента фиксации, то в разрядной сетке ячейки памяти они представляются следующим образом: ст мл b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 где разряд b7 является старшим (ст) и в нем размещается знак числа. Запятая располагается после младшего (мл) разряда b0, а все нули после запятой отбрасываются. Например, число В=-7,51 (10) для представления в разрядной сетке сначала кодируется в двоичной системе счисления в прямой код числа В=-7,51 (10) =-111,100110011…, затем представляется "целым" - путем сдвига на один (на величину коэффициента фиксации), разряд влево В*=-1111,0 (2) , затем размещается в разрядной сетке ст мл 1 0 0 0 1 1 1 1 Для упрощения операции сложения чисел с разными знаками или замены операции вычитания чисел с одинаковыми знаками числа в ЭВМ чаще всего представляются (переводятся программно) в дополнительном коде. Дополнительный код положительного числа В совпадает с прямым [В]пр, а отрицательного числа - равен результату, получаемому путем инвертирования всех разрядов числа В, кроме знакового, и прибавления единицы в разряд с весом 2 0 .Так, число [В*]пр=1000 1111; [В*]д =1111 0000 2 0 =1111 0001. Если в старшем разряде стоит 0, подобная запись представляет положительное число, для которого прямой и дополнительный коды идентичны. В одном байте ячейки памяти могут размещаться числа, представленные в дополнительном коде, в диапазоне от 1000 0000 (2) =-128 до 0111 1111 (2) = 127 (10) . Если такой диапазон представления мантиссы числа недостаточен для получения необходимой точности вычислений, так как в восьми разрядах можно разместить только семь разрядов мантиссы, а остальные младшие разряды отбрасываются, то для представления числа следует использовать две или более ячейки памяти. Так, при размещении числа в двух ячейках памяти ЭВМ работает с "целыми" числами следующего формата: 105 ст мл b15 b14 b13 b12 b11 b10 b9 b8 с т. байт мл. байт При этом диапазон чисел, представленных в дополнительном коде, равен -32768 -:- 32767 с учетом знакового разряда числа, имеющего вес -2 15 Кроме двоичной системы, в ЭВМ часто используется шестнадцатеричная система счисления. Более компактная запись чисел в этой системе позволяет уменьшить вероятность ошибок и увеличить скорость ввода информации, уменьшить число индикаторов контроля правильности преобразования информации и расширить диапазон представления чисел. В этой системе алфавит состоит из 16 символов: 0,...,9,A,B,C,D,E,F, каждый из которых может быть размещен в одной из позиций числа. Ввиду кратности оснований систем счисления правила перевода чисел из двоичной системы счисления в шестнадцатеричную и обратно весьма просты. Сначала двоичное число разбивается на тетрады, затем каждая тетрада заменяется соответствующим шестнадцатеричным символом. Например, разбиение числа 11110111 на тетрады справа налево даст 1111 0111, а в результате замены шестнадцатеричным эквивалентом получаем число F7 (16) . Обратное преобразование шестнадцатеричного числа осуществляется заменой символов 0,1,,...,F тетрадами двоичного эквивалента. Например, 6FD (16) = 0110 1111 1101 (2) Практическая работа №19. Ознакомление с учебной микро-ЭВМ «Электроника-580» |