Основы автоматики

Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных, называют вычислительной техникой. Математический аппарат, описывающий действия дискретных устройств, базируется на алгебре логики. В настоящее время математический аппарат алгебры логики является основой проектирования цифровых устройств. Булева алгебра оперирует двоичными переменными, которые условно обозначаются как 0 и 1 (изначально «ложь» и «истина»). Для аналитической записи логические операции обозначают специальными символами. Так, черта над переменной, обозначает логическое отрицание (инверсию), знак «∨» – логическое сложение (дизъюнкцию), а знак логического умножения – «∧» - конъюнкцию.

Три перечисленные функции часто называют основными функциями, так как они составляют функционально полную систему, с помощью которой можно наиболее просто выразить любую другую логическую функцию. 

Регистр – устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных данных и выполнения преобразований над ними. Регистр представляет собой упорядоченный набор триггеров, обычно D-, число n которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами. Основой построения регистров являются: D-триггеры, RS-триггеры, JK-триггеры.

Операции в регистрах: приём слова в регистр (установка состояния); передача слова из регистра; сдвиг слова влево или вправо на заданное число разрядов в сдвиговых регистрах; преобразование последовательного кода слова в параллельный и обратно; установка регистра в начальное состояние (сброс).

Регистры классифицируются по следующим видам: накопительные (регистры памяти, хранения) и сдвигающие или сдвиговые.

В свою очередь сдвигающие регистры делятся:

по способу ввода-вывода информации:

Микропроцессор всегда работает совместно с системой памяти, устройствами ввода-вывода информации. В памяти хранится программа решаемой задачи, исходные, промежуточные и окончательные результаты.

Ввод-вывод информации – процесс передачи данных между микропроцессором и основной памятью, между микропроцессором и внешними устройствами, а также между основной памятью и внешними устройствами. 

Различают три режима ввода-вывода: 

1) Программный ввод-вывод инициируется программой работы микропроцессора, т.е. в определенных местах программы записываются команды опроса портов или обращения к памяти, под управлением которых осуществляется процесс ввода-вывода, его также называют синхронным режимом ввода-вывода, т.е. управляемым командами микропроцессора. Такими устройствами могут быть, светодиодные или ЖК-индикаторы на выходе порта вывода или набор кнопок на входе порта ввода. Недостатком такой организации ввода-вывода являются большие временные затраты на ожидание готовности медленного внешнего устройства. Однако такой способ ввода-вывода имеет преимущество, заключающееся в простой аппаратной реализации. 

2) Ввод-вывод по прерываниям производится по инициативе внешних устройств и вводится при необходимости помимо выполнения основной программы организовать обработку информации от этих устройства по мере ее поступления. По прерыванию может подключаться клавиатура в микропроцессорной системе. Поскольку режим ввода-вывода по прерыванию активизируется внешним устройством, то его называют еще асинхронным вводом-выводом. При этом микропроцессор должен прервать выполнение основной программы и перейти к подпрограмме обработки устройства, запросившего прерывания. В микропроцессорной системе может быть подключено несколько внешних устройств по прерываниям (по линиям IRQ0…IRQn). Поэтому внешнее устройство должно сообщить не только о факте прерывания, но и свой номер, чтобы микропроцессор знал, какую именно обрабатывающую подпрограмму запускать. Контроллер прерывания воспринимает хотя бы одно прерывание с линий IRQ0…IRQn и формирует сигнал запроса прерывания INT на шину управления микропроцессора. Поскольку сигнал запроса прерывания может поступить в любое время, даже когда микропроцессор выполняет очередную команду программы и его шина данных занята, то анализ этого сигнала микропроцессором должен выполниться только после завершения текущей выполняемой команды. Поэтому контроллер прерывания должен дождаться от микропроцессора подтверждения прерывания в виде сигнала INTA, и только после этого выставить на шину данных код команды прерывания.