- •Основы микропроцессорной техники
- •В.И. Енин
- •В.И. Енин
- •Введение
- •После изучения дисциплины необходимо знать
- •После изучения дисциплины необходимо уметь
- •В.1. Роль и место курса “Микропроцессорная техника” в учебном процессе
- •1. Микропрограммные автоматы
- •После изучения главы необходимо знать
- •1.1. Автомат без памяти
- •1.2. Микропрограммный автомат
- •1.2.1. Автомат с памятью
- •1.2.2. Микропрограммный автомат в системе управления
- •1.2.3. Структурный автомат
- •1.3. Схемная реализация микропрограммных автоматов
- •2. МикропрограмМируемые контроллеры и микропроцессоры
- •После изучения главы необходимо знать
- •2.1. Блок микропрограммного управления
- •2.2. Блок обработки цифровых данных.
- •3. Принципы организации эвм
- •После изучения главы необходимо знать
- •3.1. Выполнение команд в эвм
- •Система команд и методы адресации
- •Подпрограммы
- •3.2. Общие принципы организации ввода-вывода
- •3.2.1. Программный режим ввода-вывода
- •3.2.2. Обмен информацией в режиме прерывания программы
- •3.2.3. Прямой доступ к памяти
- •3.2.4. Подключение внешних устройств
- •4. Архитектура однокристального микропроцессора
- •После изучения главы необходимо знать
- •4.1. Архитектура микропроцессора к580ик80а
- •4.1.1. Формат команд микропроцессора к580ик80а
- •4.1.2. Методы адресации микропроцессора к580ик80а
- •4.1.3. Команды безусловной и условной передач управления
- •4.1.4. Примеры команд процессора к580ик80а
- •4.2. Организация обмена в однокристальных микроЭвм
- •4.2.1. Функционирование микропроцессора
- •4.2.2. Подключение озу и регистров внешних устройств
- •5. Системы счисления и арифметические операции над числами
- •После изучения главы необходимо знать
- •5.1. Системы счисления для представления чисел в эвм
- •5.2. Представление в эвм целых двоичных чисел без знака
- •5.3. Представление в эвм целых чисел со знаком
- •5.3.1. Представление чисел со знаком в прямом коде
- •5.3.2. Представление чисел со знаком в дополнительном коде
- •5.3.3. Особенности выполнения сложения двоичных чисел без знака и со знаком
- •1. Примеры сложения чисел без знака.
- •2. Примеры сложения чисел со знаком.
- •5.4. Двоично-десятичная система представления чисел
- •5.5. Представление чисел в формате с плавающей точкой
- •Примеры представления чисел типа single
- •Примеры представления чисел типа real
- •6. Семейство процессоров х86
- •После изучения главы необходимо знать
- •6.1. Архитектура процессора 8086
- •Регистры процессора
- •Инструкции процессора
- •Сегментация памяти
- •Методы адресации
- •Распределение памяти
- •Прерывания
- •Функционирование
- •6.2. Процессоры 80286
- •Реальный режим
- •Защищенный режим
- •Прерывания
- •Регистр состояния задачи
- •Некоторые особенности функционирования
- •Функциональная схема pc at
- •7. Шина isa и интерфейсы сопряжения с устройствами управления
- •После изучения главы необходимо знать
- •7.1. Конструкция шины isa
- •Выводы шины isa
- •Распределение адресов на системной плате ат
- •Циклы магистрали
- •Прямой доступ к памяти
- •Регенерация памяти
- •Основные электрические характеристики линий isa
- •7.2. Проектирование устройств сопряжения для шины isa
- •7.2.1. Селекторы (дешифраторы) адреса
- •7.2.2. Операционная часть интерфейса
- •7.2.3. Микросхемы для построения интерфейсов Условные графические обозначения элементов цифровой техники
- •7.2.4. Микросхемы приемопередатчиков сигналов магистрали
- •Микросхемы селекторов адреса выходных регистров
- •8. Интерфейс centronics
- •После изучения главы необходимо знать
- •8.1. Порядок обмена по интерфейсу Centronics
- •8.2. Программируемый параллельный интерфейс ( ппи)
- •9. Обмен данными по интерфейсу rs-232
- •После изучения главы необходимо знать
- •9.1. Назначение линий связи rs-232
- •9.2. Подключение модема к rs-232
- •9.3. Подключение терминалов к rs-232
- •9.4. Подключение удаленных объектов управления
- •9.5. Назначение портов rs-232
- •10. Отсчёт реального времени в эвм
- •После изучения главы необходимо знать
- •10.1. Программируемый таймер
- •10.1.1. Режимы работы таймера
- •10.1.2. Таймер на системной плате ibm pc
- •10.2. Программируемый контроллер прерываний
- •10.2.1. Режимы работы пкп
- •10.2.2. Программирование пкп
- •10.3. Прерывания в ibm pc
- •10.3.1. Векторы прерывания
- •10.3.2. Прерывания bios и dos
- •10.3.3. Написание собственных прерываний
- •10.4. Отсчёт реального времени в эвм
- •10.5. Процедуры и функции для работы с прерываниями
- •После изучения главы необходимо знать
- •11.1. Архитектура 32-разрядных процессоров
- •11.1.1. Регистры процессора
- •11.1.2. Организация памяти
- •11.1.3. Режимы адресации
- •11.1.4. Ввод и вывод
- •11.1.5. Прерывания и исключения
- •11.1.6. Процессоры Pentium
- •11.2. Страничное управление памятью
- •11.3. Кэширование памяти
- •Кэш прямого отображения
- •Ассоциативный кэш
- •12. Однокристальные микроконтроллеры
- •После изучения главы необходимо знать
- •12.1. Однокристальный микроконтроллер к1816
- •12.2. Avr микроконтроллеры
- •12.3. Процессоры обработки сигналов
- •12.3.1. Однокристальный цифровой процессор обработки
- •12.3.2. Цифровые процессоры обработки сигналов (цпос)
- •13. Промышленное оборудование для цифровых систем управления
- •После изучения главы необходимо знать
- •13.1. Оборудование для централизованных систем управления
- •13.1.1. Персональные компьютеры для целей управления
- •13.1.2. Промышленные рабочие станции
- •13.1.3. Шасси для ibm совместимых промышленных компьютеров
- •13.1.4. Модульные промышленные компьютеры mic-2000
- •13.1.5. Процессорные платы
- •13.1.6. Устройства для сбора данных и управления
- •13.2. Оборудование для распределенных систем сбора данных и управления
- •13.2.1. Модули удаленного сбора данных и управления adam-5000
- •13.2.2. Модули удаленного сбора данных и управления adam-4000
- •13.3. Прикладное программное обеспечение
- •Заключение
- •Список использованных источников
- •Оглавление
- •Системы счисления и арифметические
5.3.2. Представление чисел со знаком в дополнительном коде
Положительные числа в прямом и дополнительном кодах представляются одинаково – двоичными кодами с цифрой 0 в старшем (знаковом) разряде. Остальные разряды представляют модуль (величину) числа. Таким образом, старший разряд по-прежнему несет информацию о знаке числа: в системе с использованием n разрядов при представлении положительного числа старший разряд равен 0, а остальные разряды представляют величину числа.
Отрицательные числа в вычислительных машинах обычно представляются в виде дополнений. В общем случае дополнение любого n разрядного числа D с основанием системы счисления p равно pn - D.
Для внутреннего представления отрицательных чисел в ЭВМ используют так называемый двоично-дополнительный код. Отрицательное n-разрядное число равно дополнению его величины D: 2n -D. Положительное число представлено своим модулем. При этом старший бит числа также может служить признаком знака числа - число является положительным, если значение старшего разряда равно 0, единица соответствует отрицательному числу. Этот бит не является эквивалентом знака числа, так как участвует в арифметических операциях аналогично остальным разрядам числа.
Для получения дополнения положительного числа ( двоично-дополнительного кода отрицательного числа из равного ему по модулю положительного числа ) необходимо инвертировать все разряды исходного двоичного положительного числа, т.е. заменить в нем все нули на единицы, а единицы на нули и к результату прибавить единицу.
Примеры преобразования: двоичных положительных чисел в отрицательные
1710 =218 =00 010 0012 28 = 100 000 000
инверсия 11 101 110 218 = 00 010 001
+ 1 -218 = 11 101 111
- 1710 =-218 = 11 101 111
4-разрядных чисел 8-разрядных чисел 16-разрядных чисел
+3 =0011 +3 = 00000011 +3 = 0000000000000011
инверсия 1100 11111100 1111111111111100
+ 1 + 1 + 1
- 3 =1101 -3 = 11111101 -3 = 1111111111111101
Двоично-дополнительная форма представления чисел со знаком приводит к изменению вида замкнутой числовой оси и диапазона изменения чисел.
Пример замкнутой самой на себя числовой оси для такой формы представления четырехразрядных чисел со знаком наглядно изображен на рис.5.4. В последовательности двоичных кодов после кода числа 7 (максимального числа) следует код числа -8 (минимального числа).
-3 -2 -1 | 0 1 2
1101 1110 1111 0000 000 0010 --¬
|
-4 1100 Отрицательные | Положительные 0011 3
¦ числа | числа ¦
-5 1011 | 0100 4
|
-1010 1001 1000 0111 0110 0101
-6 -7 -8 | 7 6 5
Рис. 5.4. Представление чисел в дополнительном коде
Целые числа со знаком занимают в памяти компьютера один, два или четыре байта. При этом диапазоны значений целых чисел будут соответственно:
-27…27-1 (-128…127), -215…215-1 (-32768…32767) или –231…231-1.
Наиболее важным доводом в пользу такого представления чисел со знаком является то, что арифметическая операция вычитания может быть заменена в этом случае операцией алгебраического сложения чисел со знаком.
Рассмотрим примеры:
1) 3 + 4 = 7 2) 6 - 3 = 6 + (-3) = 3
+ 3 0011 + 6 0110
+ 4 +0100 - 3 + 1101 - число -3
+ 7 0111 + 3 1 0011 в дв.-доп. коде
___________/ \__/
возникший в результате переноса дв. код числа +3
лишний разряд игнорируется
3) -2 - 6 = (-2)+(-6) = -8 4) 4 - 7 = 4 + (-7) = -3
1110 дв.-доп. код числа –2 0100 +4
+ 1010 дв.-доп. код числа –6 + 1001 дв.-доп. код числа -7
1 1000 дв.-доп. код числа –8 1101 дв.-доп. код числа -3
разряд не фиксируется
При таком представлении чисел со знаком достаточно использовать одно устройство сложения для выполнения операций, как сложения, так и вычитания.
Учитывая, что операции умножения и деления также могут быть реализованы с помощью алгоритмов, использующих операции сложения и вычитания, это становится важным для реализации блока ЭВМ, осуществляющего арифметические операции над двоичными числами.
Наряду с рассмотренными способами представления отрицательных чисел существуют и другие: дополнение до единицы или обратным кодом и представление кодом со смещением.
Обычно при вводе в машину отрицательные десятичные числа автоматически преобразуются в дополнительный двоичный код и в таком виде хранятся, перемещаются и участвуют в операциях.