- Stahuj zápisky z přednášek a ostatní studijní materiály
- Zapisuj si jen kvalitní vyučující (obsáhlá databáze referencí)
- Nastav si své předměty a buď stále v obraze
- Zapoj se svojí aktivitou do soutěže o ceny
- Založ si svůj profil, aby tě tví spolužáci mohli najít
- Najdi své přátele podle místa kde bydlíš nebo školy kterou studuješ
- Diskutuj ve skupinách o tématech, které tě zajímají
Studijní materiály
Zjednodušená ukázka:
Stáhnout celý tento materiálBMIC – Mikroprocesory -1-
Státnice z BMIC
Akademický rok 2004-05
1. Reprezentace čísel v počítači: binární kód, druhý doplněk, BCD kód, čísla s pohyblivou řádovou čárkou
dle IEEE 754 (Single Precision, Double Precision, Extended Precision).
a) Binární soustava
Je to číselná soustava se základem 2. Stejně jako jsou ve známé desítkové soustavě čísla vyjadřována
posloupnostmi číslic 0 až 9, jsou ve dvojkové soustavě užívány k vyjádření čísel pouze dvě číslice: 0 a 1.
b) Druhý(dvojkový) doplněk
jde o negaci bitů s následným přičtením jedničky. Má jen jednu nulu.
Zdroj: 00001011 11
Negovaný: 11110100 -12
Přičtení 1: 11110101 -11
negovaný: 00001010 10
Přičtení 1: 00001011 11
Pomocí druhého doplňku lze převést kladné číslo na záporné a naopak
c) BCD kód
čísla se můžou vyjadřovat pouze 0 až 9, při převodu z binárního (10-15) se musí přičíst [15 – (číslo BCD
tzn. 0 až 9)]
d) Desetinná čísla (IEEE 754)
• jednoduchá přesnost (single precision) – znaménko (1b) exponent (8b) mantisa (23b)
• dvojitá přesnost (double precision) – znaménko (1b) exponent (11b) mantisa (52b)
• rozšířená přesnost (extended precision) – znaménko (1b) exponent (15b) mantisa (64b)
2. Logická funkce, její vyjádření pomocí tabulky, algebraického výrazu a mapy. Úplný součtový a
součinový tvar algebraického vyjádření logické Funkce. Zjednodušování logických funkcí. Úprava
logické funkce pro realizaci pomocí členů NAND a NOR.
a) Logická funkce, její vyjádření pomocí tabulky, algebraického výrazu a mapy
Pro n nezávisle proměnných existuje N = 2n různých stavů (kombinací hodnot těchto nezávislých
proměnných řádků pravdivostní tabulky. Logická funkce přiřazuje každé kombinaci vstupních
proměnných hodnotu 0 nebo 1. Počet různých kombinací 0 a 1, které lze přiřadit N stavům je 2N = 22n.
To znamená, že pro n nezávisle proměnných lze definovat 22n různých logických funkcí. V případě dvou
nezávisle proměnných dostáváme 16 logických funkcí, jež jsou uvedeny v . V případě 3 logických
proměnné bychom obdrželi již 256 funkcí, pro 4 proměnné již 65536 funkcí
BMIC – Mikroprocesory -2-
Algebraický (logický) výraz obsahuje logické proměnné a logické operátory. Speciálním případem je
booleovský výraz, který používá pouze operátory (AND, OR a NEGACE). Každou logickou funkci lze
vyjádřit pomocí základních operací AND, OR a negace. Takto vyjádřenou logickou funkci nazýváme
Booleovou funkcí. Pro další výklad si zavedeme několik pojmů, se kterými budeme dále pracovat:
Term je výraz tvořený pouze proměnnými (v přímém i negovaném tvaru) a logického součtu nebo
logického součinu.
P-term nebo také součinový term je term tvořený pouze proměnnými a operacemi a operacemi logického
součinu (např. 123xxx).
S-term nebo též součtový term je term tvořený pouze operacemi logického součtu.
Minterm je takový P-term, který obsahuje všechny nezávisle proměnné.
Maxterm je takový S-term, který obsahuje všechny nezávisle proměnné.
Libovolnou logickou funkci je možno zapsat ve tvaru logického součtu mintermů nebo logického součinu
maxtermů. První způsob zápisu je nazýván úplná normální součtová (disjunktivní) forma (ÚDNF), druhý
úplná normální součinová (konjunktivní) forma (ÚKNF). Pro n vstupních proměnných můžeme vytvořit
n2 mintermů nebo maxtermů. Zápis logické funkce ve tvaru úplné normální součtové formy plyne přímo
ze slovního vyjádření funkce. Např. hodnota logické funkce definované pomocí tab. Xxxx se rovná
jestliže nastal stav kombinace vstupních proměnných 0=s nebo 2=s nebo 0=s7=s. Slovo nebo je nahrazeno
logickým součtem (operace OR) a výskyt příslušného stavu je nahrazen odpovídajícím mintermem.
Mapy – to znáte
b) Úplný součtový a součinový tvar algebraického vyjádření logické Funkce
BMIC – Mikroprocesory -3-
c) Zjednodušování logických funkcí
Vyjádření logické funkce budeme považovat za minimální, jestliže obsahuje:
• minimální počet termů,
• minimální počet nezávisle proměnných v každém termu,
• minimální počet negovaných proměnných.
Existuje několik možností, jak minimalizovat logickou funkci. Lze vycházet z algebraického výrazu a
aplikováním zákonů Booleovy algebry postupně daný výraz upravit až na minimální v požadovaném
tvaru. Jiný způsob je použití mapy, kde se minimalizace provádí pomocí hledání sousedního tzv.
sousedních stavů. Sousedními stavy rozumíme takové dvě kombinace hodnot nezávisle proměnných, které
se liší hodnotou pouze jedné proměnné.
d) Úprava logické funkce pro realizaci pomocí členů NAND a NOR.
Jak již bylo uvedeno, pomocí logických funkcí součet, součin a negace lze realizovat libovolně složitou
logickou funkci. Proto uvedené tři funkce tvoří tzv. úplný soubor logických funkcí. Skupin funkcí, pomocí
nichž lze realizovat ostatní logické funkce existuje více. Pro technickou realizaci logických obvodů
pomocí integrovaných obvodů je výhodné, aby počet funkcí, jež úplný soubor logických funkcí obsahuje,
byl minimální. Hledáme tzv. minimální úplný soubor logických funkcí. Lze dokázat, že existují dokonce
dva minimální úplné soubory logických funkcí. Jsou tvořeny pouze jedinou funkcí - funkcí NAND nebo
funkcí NOR.
3. Kombinační logické obvody: spínače, multiplexory, demultiplexory, binární sčítačka.
a) Kombinační logické obvody: spínače, multiplexory, demultiplexory, binární sčítačka
Logické obvody u kterých záleží pouze na jednoznačné kombinaci vstupů (nemají paměť)¨
Spínač
Má 2 stavy (ON a OFF, 1 nebo 0). Pokud R=1 pak se spínač sepnut. R=0 je spínač vypnut. Činnost
můžeme popsat tabulkou
X R Y
0 0 0
0 1 0
spínač
vypnut
1 0 0
1 1 1
spínač
sepnut
BMIC – Mikroprocesory -4-
mux demux
Binární sčítačka
Obvod realizující součet dvou n bitových čísel A a B. Je tvořen n stejnými členy, z nichž každý má tři
vstupy (ai, bi, ri-1) a dva výstupy (Si a ri).
a
i
… bit čísla A
b
i
… bit čísla B
r
i
… přenos do dalšího řádu
S
i
… výsledek sčítání
Princip sčítání:
- Každý blok sečte všechny své vstupy (jeden bit čísla A, jeden bit čísla B a přenos z předchozího
řádu). Je-li výsledek součtu lichý je výsledek daného bloku Sx = 1, je-li sudý je Sx=0. V případě kdy je
součet vstupů větší než jedna (ax+bx+rx-1>1) je aktivován přenos do vyššího řádu rx=1. V případě že je
součet roven nule či jedné, je přenos nulový.
Funkční tabulka jednoho členu:
a
i
b
i
r
i-1
S
i
r
i
0 0 0 0 0 S
i
r
i
0 0 1 1 0
0 1 0 1 0
0 1 1 0 1
1 0 0 1 0
1 0 1 0 1
1 1 0 0 1
1 1 1 1 1
abrrbarbarbaS
i
+++= abarbrr
i
++=
BMIC – Mikroprocesory -5-
Podle získaných funkcí můžeme vytvořit již zapojení (viz. levé zapojení). Jelikož víme ze zadání že
funkční hodnota je závislá na lichosti součtu, tedy na lichým počtu jedniček, zkusíme zda nelze získaný
zápis upravit pro obvod XOR, který má funkční hodnotu 1, když má na vstupu pouze jednu jedničku.
Úprava:
)(r)xor (b a r)xor (babr)rba()rbrb( rxorbxoraaS
i
=+=+++=′
Takto upravený výraz též zrealizujeme (viz. zapojení uprostřed). Pro hodnotu přenosu lze využít signál
z obvodu pro výsledek a tedy minimalizované a používané zapojení je uvedeno vpravo.
4. Klopné obvody RS, JK, D. Princip klopného obvodu master-slave. Sekvenční logické obvody: návrh
stavových automatů.
a) Klopné obvody RS, JK, D
RS – obvod typu Set-Reset. Je základem pro obvod JK. Pokud je S=1 je Q
t+1
=1, zároveň ale také musí být
R=0. Pokud je S=0 tak Q
t+1
=předchozí stav Q
t
.
R S Q
t
Q
t+1
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 x
1 1 1 x
JK – Je to sekvenční, dynamický, synchronní obvod se dvěma stabilními stavy, který pracuje jako
paměťový člen pro jeden bit. Používá se pro stavbu registrů a čítačů. Má dva synchronní informační
vstupy J a K závislé na hodinových impulsech na vstupu CL a dva asynchronní vstupy R a S. Klopný
obvod typu JK reaguje na sestupnou hranu hodinového impulzu.
tn tn+1
Jn Kn Qn+1
0 0 Qn
1 0 1
0 1 0
BMIC – Mikroprocesory -6-
D – funkce klopného obvodu: Q
t+1
= D
D Q
t
Q
t+1
0 0 0
0 1 0
1 0 1
1 1 1
b) Princip klopného obvodu master-slave
Má dva hodinové impulsy a je to dvoustupňový klopný obvod. Má povel k zapamatování a povel
k přenosu.
c) Sekvenční logické obvody: návrh stavových automatů.
Výstupní hodnota sekvenčních obvodů závisí jak na vstupních hodnotách, tak i na vnitřních stavech.
Karnaughova Mapa:
Mapa je tabulka, která má tolik políček, kolik je kombinací vstupních proměnných - (2
n
, kde n je počet
vstupních proměnných). Každé políčko odpovídá jedné z možných kombinací a zapisujeme do něj
odpovídající funkční hodnotu.
1. Pro dvě proměnné používáme mapu 2x2, přičemž svislá hrana je pro jednu proměnnou, vodorovná
pro druhou. Pro tři proměnné používáme mapu 2x4 (nebo 4x2), kde svislá hrana je pro jednu a
vodorovná pro dvě proměnné. Pro čtyři proměnné používáme mapu 4x4, kde máme vždy po dvou
proměnných na hranách ....
2. Řádky nebo sloupce, ve kterých je příslušná hodnota rovna 1 označíme vedle mapy svislou nebo
vodorovnou čárou, tam, kde čára není je hodnota rovna 0. U jedné proměnné je čára na jednom
řádku nebo sloupci, u dvou jsou čáry na dvou sloupcích, přičemž se tyto čáry musejí částečně
překrývat (to znamená že nesmějí být ani zcela nad sebou, ani vůbec).
3. Pravá hrana K. mapy sousedí s levou hranou, stejně tak i horní hrana sousedí se spodní.
4. Do mapy vložíme jedničky z pravdivostní tabulky podle bodu dva.
BMIC – Mikroprocesory -7-
5. Registry, posuvné registry, synchronní a asynchronní čítače, čítače s úplným a neúplným cyklem.
Registr: Registr je logický obvod, který je schopen uchovávat vícebitovou dvojkovou informaci pro další
operace (logické, matematické). Počet použitých klopných obvodu určuje kapacitu registru. Podle propojení
výstupu se vstupy můžeme dělit registry na sériové a paralelní.
Posuvné (sériové) registry: Výstup klopného obvodu D je zapojen na vstup dalšího obvodu. Vstup
hodinového signálu je přiveden na vstupy T. Vstup prvního D klopného obvodu (D1) je tzv. sériový vstup.
Čítače jsou obvody, které dokáží spočíst počet pulsu, například obdélníkového signálu. Čítače můžeme
rozdělit na čítače směrem dolu a směrem vzhůru (podle čítání pulsu), synchronní a asynchronní (podle změny
stavu jednotlivých členů).
Asynchronní čítač: Základní nevýhodou asynchronních čítačů je jejich rychlost. Jestliže každý klopný obvod
bude zpracovávat stav 50 ns, pak při změně stavu všech výstupu (0111 Æ 1000) bude trvat zobrazení stavu
4 * 50 = 200 ns.
Synchronní čítač: Klopné obvody mění svůj stav současně
Seriovy
vystup
BMIC – Mikroprocesory -8-
Čítač s úplným cyklem počítá do hodnoty 2
n
-1 (2
4
-1=15 : 0,1,2,3......14,15,0,1,2....).
Čítač s neúplným cyklem počítá do hodnoty menší než 2
n
-1.
6. Princip a vlastnosti pamětí ROM, PROM, RAM (statické, dynamické), EPROM, EEPROM, FLASH.
Paměti pro PC (FPM RAM, EDO RAM, SDRAM, DDR SDRAM, RAMBUS DRAM).
a) Princip a vlastnosti pamětí ROM, PROM, RAM (statické, dynamické), EPROM, EEPROM,
FLASH
RAM (RWM) – read write memory (doba čtení a zápisu je skoro stejná)
a) statická paměť (data uloženy v klopných obvodech) výhoda: přístup. doba 15-20 ns, nevýhoda: cena
Použití v pamětech typu CACHE
b) dynamická paměť (data uloženy v kapacitě pří tran. MOS) výhoda: cena, nevýhoda: přístup. doba
50–80 ns
Čítač se resetuje při hodnotě 0111 (Q
3
Q
2
Q
1
Q
0
).
0,1,2,3,4,5,6,0,1,2,3,4........
BMIC – Mikroprocesory -9-
ADRESA ČTEN Í / ZÁPIS
DA
TA
Č
T
E
NÍ
/
Z
ÁP
I
S
.
.
C
T1
statická dynamická
T1 a T2 tvoří napájecí impedance vlastního klopného obvodu tvořeného T3 a T4. Ve funkci
záznamového zesilovače je T6 a čtecího zesilovače T5
ROM – read only memory
PROM – programable read only memory, naprog. ji el. impulzem vypalenim, nejde smazat.
EPROM – erasable programable memory, informace uložená pomocí náboje, maže se ultrafialovým
světlem
EEPROM – programovatelné el. napětím, mazání taktéž
FLASH EEPROM – lze mazat po určitých částech
b) Paměti pro PC (FPM RAM, EDO RAM, SDRAM, DDR SDRAM, RAMBUS DRAM)
V průběhu vývoje počítačů PC se v nich objevila řada konstrukčních typů operační pamětí paměti. Jako
operační paměť jsou v PC samozřejmě používány paměťové čipy dynamických read write pamětí. V této
kapitole uvedeme stručný chronologický výčet jednotlivých pamětí a jejich základní vlastnosti a požívané
zkratky.
FPM RAM
Fast Page Mode RAM. Interní logika DRAM předpokládá, že následující požadavek na čtení z
konkrétního paměťového místa bude ležet v sousedství předcházející čtené buňky (ve stejném řádku
paměťových buněk). Nevýhodou pamětí FPM je poměrně krátká doba pro výstup dat z paměti. Když jsou
z paměti získány informace, je deaktivován sloupec, aby se připravil pro následující cyklus. Následuje
jeden čekací stav (wait state), během něhož je paměť refrešována. Po deaktivování sloupec, je odpojen
datový výstupní buffer a výstupní data již nejsou platná. Nejrychlejší přístupová doba udávaná v cyklech
základní desky je pro dávkové čtení čtveřice dat 5-3-3-3. Pro získání obsahu první adresy tedy
potřebujeme 5 cyklů, pro zbývající 3 adresy stačí jen 3 cykly.
EDO RAM
Extended Data Output RAM. Paměti EDO jsou velmi podobné pamětem FPM, s tím rozdílem, že je
prodloužena, po kterou jsou data na výstupu paměti. Po deaktivaci sloupce zůstávají data na výstupu
platná až do začátku následujícího cyklu. Výsledkem je snížení čekací doby a zvýšení přenosové rychlosti.
Počet hodinových cyklů pro čtení čtveřice dat je: 5-2-2-2.
FPM i EDO jsou asynchronní paměti. To znamená, že jejich činnost není synchronizována se
systémovými hodinami, pracují nezávisle a musí na sebe vzájemně čekat. Umožňovaly pracovat do
frekvence 66MHz.
SDRAM
Synchronous Dynamic RAM. Paměti SDRAM jsou synchronizovány se systémovými hodinami. Jsou o 20
% rychlejší než EDO. Jsou schopny pracovat na frekvencích 66MHz, 100 MHz, 133 MHz.
DDR SDRAM
Double Data Rate SDRAM. DDR paměti čtou data při náběžné i sestupné hraně hodinového signálu.
(Klasické SDRAM přenášejí informace jen při náběžné hraně hodinového signálu.) To umožňuje DDR
SDRAM paměťovým modulům přenášet data dvakrát rychleji než je tomu u SDRAM modulů. Např.
místo přenosu rychlostí 133 MHz DDR přenášejí data rychlostí 266 MHz. DDR nejsou zpětně
kompatibilní s motherboardy určenými pro klasické SDRAM !!!
DDR2 SDRAM
Double Data Rate Two Synchronous Dynamic Random Access Memory.
BMIC – Mikroprocesory -10-
Rambus DRAM (RDRAM)
Rambus paměti jsou revolučním krokem od SDRAM. Mají změněnou strukturu sběrnice a přenášejí
signály jiným způsobem. Tyto paměti mají úzkou šířku sběrnice – 18 bitů (oproti standardním 32 nebo 64
bitům), ale data přenášejí častěji. Přenos se uskutečňuje také při náběžné i sestupné hraně hodinového
signálu jako u DDR pamětí. Rambus paměti jsou schopny dosáhnout přenosové rychlosti 800 MHz nebo
více.
Paměťové moduly Rambus DRAM jsou označovýny jako RIMM moduly (Rambus inline memory
modules).
Dalším rozdílem je, že všechny paměťové sloty v motherboardu musí být obsazeny ! I když použijeme
pouze jeden paměťový modul, do zbývajících socketů musíme vložit speciální moduly (continuity modul),
aby došlo k uzavření elektronických obvodů..
Porovnání DDR a RDRAM:
DDR je otevřená architektura. RDRAM je vlastnictvím firmy Rambus Inc. a výrobci, kteří chtějí tyto
paměti vyrábět musí firmě Rambus platit poplatky. Křemíkové destičky pro RDRAM jsou větší než pro
SRAM nebo SDRAM. Proto se jich na salámek vejde méně, což dále paměti RDRAM prodražuje.
Porovnání rychlosti. Rambus přenášejí data rychleji, ale mají větší latency (množství času, které uplyne,
než se data začnou přenášet) než DDR. V DDR nebo SDRAM systémech je každý DIMM připojen ke
sběrnici samostatně a paralelně. Proto doba, která uplyne než se zahájí datový přenos, není závislá, zda
máme jeden nebo více DIMMů.
V RAMBUS systémech jsou RIMM moduly připojeny ke sběrnici v sérii. První přenášená datová položka
musí projít přes každý RIMM modul než se dostane na sběrnici. To má za následek větší latency. To
nemusí být problém, jestliže přenášíme dlouhé datové toky (např. u her). Problém ale nastane, je-li
pravidelně zahajován přenos krátkých datových transakcí, jako v případě serverů.
ECC Error Checking and Correcting:
Samoopravný kód - dokáže detekovat chybu, která se vyskytne v paměťové buňce a opravit 1, u
moderních pamětí i dva, bity. Používá se zejména u serverů. ECC musí podporovat jak paměťové čipy, tak
motherboard.
Paměti SDRAM, DDR SDRAM i RDRAM se vyrábějí v provedení s ECC i bez ECC.
Paměťové moduly:
• SIMM (Single Inline Memory Module). Starší typy byly 30 pinové, novější 72 pinové s šířkou přenosu
dat 32 bitů.
• DIMM (Dual Inline Memory Module). Je vylepšením SIMMu. Má 64 bitovou šířku přenosu dat.
• RIMM (Rambus inline memory modules) Používán u pamětí Rambus DRAM.
• Označování SDRAM a DDR SDRAM
• PC100 - SDRAM pro systémy se sběrnicí 100MHz
• PC133 - SDRAM pro systémy se sběrnicí 133MHz
• PC1600 – DDR SDRAM pro systémy se sběrnicí 200MHz (2x100MHz). 1600 označuje přenosovou
rychlost 1.6GB/s.
• PC2600 - DDR SDRAM pro systémy se sběrnicí 266MHz (2x133MHz). 2600 označuje přenosovou
rychlost 2.6GB/s.
BMIC – Mikroprocesory -11-
7. Počítač a jeho základní bloky. Funkce řadiče, obvodový a mikroprogramový řadič. Procesory Von
Neumanovy, harvardské a modifikované harvardské architektury. Procesory CISC a RISC.
a) Počítač je stroj na číslicové a logické zpracování dat, grafických údajů nebo údajů z výrobního
vědeckého experimentu. Pracuje samostatně podle programu, který je předem vložen do jeho paměti.
Základními části počítače jsou:
Procesor
Operační paměť
Periferní systém
Procesor - je nejdůležitější částí počítače. Jedná se o programovatelný sekvenční logický obvod, který
obsahuje:
• Aritmeticko-logickou jednotku (ALU) ), která provádí aritmetické operace (binární sčítání,
odčítání, porovnávání, případně násobení a dělení) a logické operace (AND, OR , XOR, negaci).
• Řadič (Controller, Control Unit). Řídí činnost procesoru i celého počítače.
• Pracovní a pomocné registry. Do pracovních registrů jsou ukládány operandy a výsledky
aritmetických a logických operací, mezi výsledky apod. Výsadní po
Vloženo: 11.06.2009
Velikost: 701,41 kB
Komentáře
Tento materiál neobsahuje žádné komentáře.
Mohlo by tě zajímat:
Skupina předmětu BMIC - Mikroprocesory
Reference vyučujících předmětu BMIC - Mikroprocesory
Podobné materiály
- BRPV - Rádiové přijímače a vysílače - vypracovane okruhy ke zkousce
- BVEL - Výkonová elektronika - okruhy otazek
- BEL1 - Elektrotechnika 1 - Okruhy témat ke zkoušce 05
- BFY1 - Fyzika 1 - Okruhy na semestrálku
- BMVE - Měření v elektrotechnice - Okruhy otázek ke zkoušce 08
- BFY2 - Fyzika 2 - Tahák z vypracovaných otázek
- BSHE - Studiová a hudební elektronika - přehled otázek1
- BSHE - Studiová a hudební elektronika - přehled otázek2
- BEL2 - Elektrotechnika 2 - souhrnotazek1
- BEL2 - Elektrotechnika 2 - souhrnotazek
- BEL2 - Elektrotechnika 2 - souhrotazek3
- BEL2 - Elektrotechnika 2 - souhrnotazek4
- BEL2 - Elektrotechnika 2 - souhrnotazek5
- BEL2 - Elektrotechnika 2 - souhrnotazek6
- BVNP - Vysoké napětí a elektrické přístroje - Zadání otázek k půlsemstrálce
- BESO - Elektronické součástky - AKTUALNÍ SEZNAM OTÁZEK PRO ROK 2010
- BMVA - Měření v elektrotechnice - BMVA - soupiska testových otázek
- BPSM - Plošné spoje a povrchová montáž - Vypracovani otazek 2012
- BVEL - Výkonová elektronika - Vypracovani otazek 2012
- XAN4 - bakalářská angličtina 4 - Zápočtový test - 280 otázek
Copyright 2024 unium.cz