Функциональных устройств

Различают несколько типов триггеров: RS-, D-, JK-триггеры и др., названия которых отражают принятые обозначения для их управляющих входов. В современной схемотехнике триггеры обычно реализуются на основе логических элементов и выпускаются промышленностью в виде микросхем. Поэтому в дальнейшем ограничимся главным образом рассмотрением функциональных возможностей различных типов триггеров, пользуясь их условными изображениями. Наибольшее практическое применение имеют асинхронные (RS-) и синхронные (D-и JK-) триггеры.

Запоминающие устройства на ЦМД могут быть выполнены как с разрушением, так и без разрушения информации при считывании; с произвольной выборкой и записью информации и с записью в виде последовательного кода, аналогично записи на магнитную ленту, и на основе других функциональных возможностей.

Возможны нерегулируемые и регулируемые разряды ЭМН. Регулирование в ударных режимах ограничено быстродействием управляющих устройств. В режимах динамического торможения регулирование применяется для формирования кривой тока нагрузки i(t) и осуществляется путем варьирования тока /в обмотки возбуждения. В ЭМН с вентильными генераторами регулирование производится с помощью изменения угла управления полупроводниковых элементов коммутатора. Особую гибкость и расширение функциональных возможностей придает регулированию в вентильных ЭМ использование обоих его каналов при комбинированном воздействии на ток /в индуктора и на управляющие электроды коммутатора [2.49, 5.6].

По мере расширения функциональных возможностей и связанного с ним усложнения ЭА, качественно новый скачок которым дало освоение промышленностью ИМС, а также по мере усовершенствования ЭВМ (заметим, что стремление усовершенствовать ЭВМ, возможно, сыграло решающую роль в микроминиатюризации ЭА) новый метод получил дальнейшее развитие. ЭВМ стали применять для снижения трудоемкости любых поддающихся формализации (математизации) проектных процедур. Математическое моделирование на ЭВМ широко практиковалось и, вероятно, раньше,, чем при проектировании ЭА в тех об-

Важной особенностью микроэлектроники является разработка и внедрение методов предельного уменьшения физических размеров элементов микросхемы: микрорезисторов, диодов, транзисторов. Это приводит к увеличению функциональных возможностей микросхем, повышению их надежности и быстродействия, снижению потребления энергии. Так, возможность размещения в одном кристалле 5000 транзисторов позволила создать наручные электронно-цифровые часы. Наличие 20 000 транзисторов при таких же размерах кристалла вызвало появление микрокалькуляторов.

Схема базового элемента со сложным инвертором лежит в основе разработок большинства серий интегральных микросхем ТТЛ. Для расширения функциональных возможностей элемента промышленностью выпускаются так называемые расширители по .ИЛИ ( 5.19, а), которые представляют собой часть структуры ТТЛ и подключаются к точкам я и б элемента (см. 5.18). Полученная при этом логическая схема реализует функцию И-ИЛИ-НЕ ( 5.19,6). На выходе схемы устанавливается логический нудь, если на всех выходах VT± или на всех входах VT\ поступают сигналы, соответствующие логической единице. При всех остальных комбинациях сигналов на входах схемы выходное напряжение соответствует логической единице.

различной аппаратуры и систем. Предпочтительными являются МП, способные работать с одним уровнем напряжения питания. Однако сложность схемных решений, применяемых для расширения функциональных возможностей, приводит к тому, что для ряда моделей МП используются два или три источника питания с разными уровнями напряжения.

В главе 1 рассматривается аппаратное обеспечение микропроцессорных систем (МПС) на базе БИС центрального процессора KJ810BM86; дается описание функциональных возможностей и и особенностей архитектуры ЦП; приводятся сведения о вспомогательных интегральных схемах серии К1810, что позволяет проектировать законченные системы средней сложности; разбираются практические схемы для минимального и максимального режимов работы ЦП, использование которых позволяет наилучшим образом реализовать функциональные возможности ЦЦ в конкретных случаях; обсуждаются вопросы организации памяти и применения разнообразных способов адресации, присущих данному ЦП.

В главе 3 рассматриваются способы расширения функциональных возможностей микропроцессорных систем (МПС) путем подключения двух специализированных сопроцессоров серии К1810, один из которых — арифметический сопроцессор К1810ВМ87 —предназначен для ускоренного выполнения арифметических операций над числами с фиксированной и плавающей запятой. Широкий диапазон представления чисел, высокая точность вычислений и возможность вычисления специальных функций делают его незаменимым элементом при построении

При создании микропроцессора К1810ВМ86 ставилась задача расширения функциональных возможностей микропроцессора К580ВМ80 по следующим направлениям: выполнение всех арифметических и логических операций над 16-разрядными данными; введение операций умножения и деления, а также специальных операций над цепочками байтов и слов (строками); обеспечение прямой адресации к памяти емкостью до 1 М байт, т. е. формирование 20-разрядной адресной шины; обеспечение возможности написания и использования программ, динамически перемещаемых в памяти; введение программных и аппаратных средств для создания многопроцессорных систем.

1. В чем состоит расширение функциональных возможностей МП К1810ВМ86 по сравнению с МП К580ВМ80?

реализации алгоритма взаимодействия различных функциональных устройств в автоматических системах обработки информации. Интерфейс характеризуется функциональными, электрическими и конструктивными параметрами, которые стандартизируются. Стандартизации в интерфейсе обычно подлежат: форматы передаваемой информации; команды и состояние; состав и типы линий связи; алгоритм функционирования; передающие и приемные электронные схемы; параметры сигналов и требования к ним. В общем случае можно выделить следующие типы интерфейсов: интерфейсы оперативных запоминающих устройств (ОЗУ); интерфейсы «ввода — вывода»; малые интерфейсы периферийных устройств, базовые интерфейсы периферийных аппаратов. Интерфейсы ОЗУ и ввода — вывода являются внутренними и стандартизируются. Из-за использования в АСУ ТП периферийных устройств различного типа и необходимости реализации различных видов связи между устройствами управления и ТП интерфейсы обычно различны.

Может показаться, что в этом случае, а тем более при рассмотрении более сложных образований — функциональных устройств, содержащих блоки памяти, несколько операционных и управляющих блоков или совокупностей взаимодействующих функциональных устройств, можно ограничиться словесным (вербальным) описанием процесса функционирования. Однако легко убедиться, что такой способ описания является и недостаточно лаконичным, и в то же время недостаточно строгим и точным, чтобы обеспечить однозначное представление о процессе функционирования устройства или машины.

Потребность в формализованных средствах описания структур и функционирования цифровых устройств машин определяется не только и не столько задачами обучения, сколько потребностями современной методологии проектирования ЭВМ. В последней существенное место занимают моделирование на ЭВМ проектных решений в целях их проверки и оптимизации, автоматизация с помощью ЭВМ конструирования вычислительных устройств и их отдельных узлов и синтез контрольных и диагностических тестов и т. д. Для этого необходимы формализованные описания проектируемых устройств. Без формализованных описаний нельзя достигнуть соответствующего взаимопонимания между объединенными общим проектом разработчиками отдельных функциональных устройств.

При описании архитектуры ВС обычно приводят блок-схемы этих ВС, иллюстрирующие их структуру. Структура ВС — это описание состава ВС, связей и взаимодействия ее основных функциональных устройств (блоков), сопровождаемое графическими схемами. Описание ВС может ограничиться описанием ее структуры, но может быть продолжено до архитектурного описания, включающего также и характеристики всех ресурсов ВС, доступных пользователю. Настоящее пособие является пособием по структуре и архитектуре

Те, кого интересует работа устройств ЭВМ на уровне функционирования элементов, могут получить ответ из книги [3, 21]. Мы же теперь рассмотрим, из каких функциональных устройств должна состоять ЭВМ и как эти устройства между собой взаимодействуют при решении задачи.

В гл. 3 было показано, что вычислительная система состоит из многих функциональных устройств, включая центральный процессор, вспомогательные процессоры, иерархическую систему запоминающих устройств, устройства ввода-вывода и отображения информации, разветвленную систему управления, включая программную часть — так называемое системное программное обеспечение (СПО).

Изображенная на 5.3 концентрическая структура с центральным процессором, который взаимодействует с ОЗУ и рядом вспомогательных процессоров, подготавливающих для него работу и выводящих от него результаты, позволяет значительно полнее использовать время ЦП, упростить ОС, рассредоточить ее действия между ЦП и одним из ПП. При этом организацию работы периферии и обмен между различными уровнями запоминающих устройств выполняют вспомогательные процессоры, реагируя на сигналы прерывания при помощи операционных систем. ЦП в таких ВС, как правило, бывает в свою очередь достаточно сложным, состоящим из множества отдельных функциональных устройств. Подробнее архитектура ЦП ВС сверхвысокой производительности рассмотрена в гл. 9. По такой архитектуре созданы, например, высокопроизводительные американские системы фирмы CDC.

Если спуститься еще ниже по иерархической лестнице процессоров и функциональных устройств, то можно ввести параллелизм на уровне функциональных обрабатывающих устройств внутри процессора.

Конвейеризация и векторизация очень тесно связаны с параллельностью вычислений. На первый взгляд параллельность, как необходимое средство для увеличения производительности, должна осуществляться на аппаратном уровне. Но очень скоро, занимаясь постановкой задачи на систему параллельно работающих машин, процессоров, функциональных устройств, мы убеждаемся в том, что чем глубже мы вникаем в процесс решения задачи, чем на более детальном, глубоком уровне начинаем искать в нем параллельные ветви, тем больше отходим от традиционных форм программирования, рассчитанных на строго последовательную обработку.

— каждый процессор состоит из регистров и асинхронно работающих конвейеризированных функциональных устройств (сложения, умножения, деления, логических операций и т. п.), что в определенной мере позволяет организовать на них и векторную обработку;

Достаточно типичная схема архитектуры ВС этого класса показана на 9.2. Общее ОЗУ ВС содержит программы и данные в скалярной и векторной форме. Операции, как векторные, так и скалярные, выполняются на узкофункциональных устройствах, работающих параллельно. Среди функциональных устройств имеются устройства, выполняющие все основные арифметические и логические действия над данными, представленными в форматах как с фиксированной запятой, так и с плавающей запятой, и операции, производящие преобразование адресов и команд. Каждое функциональное устройство конвейеризовано на глубину от 2 до 14 ступеней (в зависимости от сложности и продолжительности выполнения функции).