Назначение устройства – Структурная схема пэвм. Назначение и характеристики основных устройств, входящих в состав системного блока.

Содержание

Устройство управления — Википедия

Управля́ющий автома́т, устро́йство управле́ния проце́ссором (УУ) — блок, устройство, компонент аппаратного обеспечения компьютеров. Представляет собой конечный дискретный автомат. Структурно устройство управления состоит из: дешифратора команд (операций), регистра команд, узла формирования (вычисления) текущего исполнительного адреса, счётчика команд.

УУ современных процессоров обычно реализуются в виде микропрограммного автомата и в этом случае УУ включает в себя ПЗУ микрокоманд.

УУ предназначено для формирования сигналов управления для всех блоков машины[1].

В архитектуре фон Неймана является неотъемлемой частью центрального процессора[2].

Функциональная блок-схема устройства управления

При выполнении программы УУ на входе получает очередную инструкцию или команду программы, которое поступает в регистр команд. Структурно регистр команд состоит из двух частей: в одной части хранится код операции (КОП), в другой части расположены адреса операндов, участвующих в управлении. Код операции поступает в дешифратор операции, который запускает подпрограмму из ПЗУ микропрограмм. Суть микропрограмм заключается в последовательном выставлении комбинаций сигналов управления на линии управления.

При выполнение микропрограммы также учитывается состояние регистра признаков результата выполнения предыдущей команды (регистра флагов), состояние управляющих входов (например, сигналов готовности периферийных устройств, линий аппаратных прерываний) и на выход УУ выдает последовательности импульсов управления (межрегистровыми пересылками, адресацией и сигналами пересылок данных практически между всеми блоками компьютера — арифметико-логическим устройством (АЛУ), подсистемой ввода/вывода, оперативной памятью и др.).

Почти всегда для исполнения команды/инструкции УУ выдает последовательность несколько управляющих импульсов или их комбинаций в определяемой кодом команды/инструкции последовательности. После завершения выдачи всех импульсов управления для исполнения текущей команды УУ считывает код следующей команды и т. д.

УУ обычно синхронизируется внешними тактовыми импульсами, формируемым генератором тактовых импульсов (ГТИ), то есть переход из состояния в состояние конечного автомата УУ происходит на каждом тактовом импульсе, в некоторых УУ для увеличения быстродействия управляющие импульсы формируются как на нарастающем фронте импульса, так и на падающем.

Адреса операндов являются косвенными (в процессоре выполняется косвенная операция), для получения реальных адресов, они должны быть рассчитаны, для этой цели служит узел формирования адреса. Сформированный адрес выставляется в кодовую шину данных.

Примеры работы УУ при исполнении команды[править | править код]

Пересылка данных из одного внутреннего регистра процессора в другой.

Эта команда исполняется за 2—3 такта синхроимпульсов. В первом такте УУ выдает на шину адреса состояние счетчика команд (Program Counter — PC) для выборки кода очередной команды и импульс чтения ОЗУ, при этом анализируется бит готовности ОЗУ. При готовности ОЗУ код команды передается в регистр текущей команды. Иначе УУ исполняет такты ожидания, не изменяя состояние линий управления/адреса.

Собственно исполнение этой команды выполняется за два такта синхроимпульсов, если выборка команды и декодирование её производится в одном такте. В первом такте УУ декодирует код регистра команды. Во втором такте на внутреннюю общую шину данных с помощью ключей выдается состояние регистра-источника и одновременно вход регистра-приемника подключается другими ключами к этой же внутренней шине данных, в результате этого регистр-приемник принимает состояние регистра-источника. Далее УУ размыкает ключи и переходит к исполнению следующей команды.

Запись внутреннего регистра процессора в ОЗУ по адресу из адресного регистра.

Выборка команды из ОЗУ происходит аналогично. Для исполнения этой команды необходимо несколько тактов. Как всегда, в первом такте производится чтение и дешифрация кода команды. Затем на внешнюю шину адреса ключами, управляемыми от УУ, выдается состояние адресного регистра, и, одновременно, на внешнюю шину данных выдается состояние регистра-источника, на линию управления записью в память выдается сигнал записи. УУ проверяет сигнал готовности памяти, если ОЗУ готово, то УУ снимает все сигналы управления и переходит к чтению следующей команды, иначе исполняет пустые такты ожидания.

Исполнение команды условного перехода.

Помимо аналогичных описанных действий, УУ дополнительно анализирует внутренний регистр состояний процессора — результата исполнения предыдущей команды. Например, если в результате предыдущей команды сложения или вычитания был получен результат 0, то в бите регистра состояния процессора (флаге) записывается признак нуля. УУ при исполнении команды условного перехода анализирует этот флаг и, в зависимости от его состояния, либо загружает в счетчик команд указанный в команде адрес перехода, либо при невыполнении условия загружает в счетчик команд адрес следующей по порядку в программе команды.

Описанные примеры упрощены, в современных процессорах стремятся исполнить в одном такте как можно больше действий, иногда действия производятся на фронте и спаде тактового сигнала. Когда одна команда занимает несколько слов в программной памяти, тогда УУ последовательно считывает все слова кода команды и, только после этого, приступает к её исполнению.

Микропрограммный управляющий автомат[править | править код]

В ранних компьютерах УУ проектировалось и исполнялось в виде «жесткой логики» — комбинационных логических схем, триггеров, регистров, дешифраторов.

В 1951 году М. В. Уилксом было предложено проектировать УУ в виде микропрограммного автомата, то есть формировать последовательности управляющих импульсов с помощью микропрограммного автомата, управляемого микропрограммами состоящими из микроинструкций, хранимой в постоянной или перезашиваемой микропрограммной памяти процессора. Такой подход существенно облегчает проектирование конечного автомата УУ и, дополнительно, позволяет более или менее легко его модифицировать. С развитием полупроводниковой техники и появлением на рынке большого числа программируемых контроллеров при создании УУ этот подход стал доминирующим.

Однако в последние годы для некоторых систем АСУ ТП наметилась тенденция возврату (на новом технологическом уровне) к использованию систем основанных на жесткой логике, в частности потому что они обладают высокой степенью защищённости к компьютерным атакам.

Состав устройства управления

Регистр данных — служит для временного хранения промежуточных результатов при выполнении операций.

Регистр аккумулятор — регистр временного хранения, который используется в процессе вычислений (например, в нем формируется результат выполнения команды умножения).

Регистр указатель стека — используется при операциях со стеком. Стек используются для организации подпрограмм в программе.

Индексные, указательные и базовые регистры используются для хранения и вычисления адресов операндов в памяти.

Регистры-счётчики используются организации циклических участков в программе.

Регистры общего назначения (РОН), имеющиеся во многих ЭВМ, могут использоваться для любых целей. Точное назначение регистра определяет программист при написании программы. Они могут использоваться для временного хранения данных, в качестве аккумуляторов, а также в качестве индексных, базовых, указательных регистров.

Кроме того, в состав АЛУ могут входить Внутренние системные регистры, не доступные программно, используемые во время внутренних пересылок данных при выполнении команд.

Устройство управления (УУ) — часть центрального процессора, которая вырабатывает распределенную во времени и пространстве последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и выполнение команд программы.

На этапе выборки команды УУ интерпретирует команду, выбранную из оперативной памяти.

На этапе выполнения команды УУ формирует микропрограмму. Микропрограмма это последовательность микрокоманд, соответствующих одной команде.

Эти микрокоманды задают последовательность простейших низкоуровневых операций для АЛУ таких, как пересылка данных, сложение, сдвиг данных, установка и анализ признаков, запоминание результатов и др.

Устройство управления (УУ) имеет в своем составе три блока:

регистр команды, который содержит код команды во время ее выполнения программный счетчик, в котором содержится адрес следующей, подлежащей выполнению

команды регистр адреса, в котором вычисляются адреса операндов, находящихся в оперативной памяти.

Назначение и свойства памяти ЭВМ

Память состоит из конечного числа ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный номер — адрес.

Доступ к ячейке осуществляется указанием ее адреса.

Память способна выполнять два вида операций над данными — чтение с сохранением содержимого и запись нового значения со стиранием предыдущего.

Каждая ячейка памяти может использоваться для хранения либо данных, либо команды.

Виды памяти ЭВМ (по быстродействию): Регистровая память Оперативная память Внешняя память

Системная шина: назначение и состав

Объединение функциональных блоков в ЭВМ осуществляется посредством следующей системы шин: шины данных, но которой осуществляется обмен информацией между блоками ЭВМ, шины адреса, используемой для передачи адресов (номеров ячеек памяти или портов ввода-вывода, к которым производится обращение), и шины управления для передачи управляющих сигналов.

Совокупность этих трех шин называют системной шиной, системной магистралью или

системным интерфейсом.

Принципиально общие закономерности в организации шин

Шина состоит из отдельных проводников — линий.

Сигналы по линиям шины могут передаваться либо импульсами (наличие импульса соответствует логической 1, а отсутствие импульса — 0), либо уровнем напряжения (высокий уровень, низкий).

Страница 29 из 45

Шириной шины называется количество линий, входящих в состав шины. Ширина шины адреса определяет размер адресного пространства ОП ЭВМ. Если количество линий адреса равно 20, то общее количество адресуемых ячеек ОП составит 220 = 1 048 576 ячеек. Ширина шины данных определяется разрядностью ЦП (длиной машинного слова).

Обычно на шине в любой момент можно выделить два активных устройства. Одно из них называется задатчиком и инициирует операцию обмена данными (формирует адреса и управляющие сигналы).

Другое называется исполнителем и выполняет операцию (дешифрирует адреса и управляющие сигналы и принимает или передает данные). В большинстве случаев задатчиком является центральный процессор. Память всегда выступает только в качестве исполнителя.

Структура шины управления

Линия занятости. Если линия находится в состоянии «шина свободна», то задатчик (ЦП) может начать операцию обмена данными по шине, иначе задатчику придется ожидать, пока шина не освободится.

Линия выполняемой операции. Указывает, какая именно операция будет выполняться: чтение (задатчик принимает данные от исполнителя), запись (задатчик передает данные исполнителю).

Линия синхронизации. Используется для передачи сигналов синхронизации задатчика и исполнителя.

Операции чтения и записи

Чтение:

Процессор переводит шину в состояние занято, на адресную шину помещает адрес требуемой ячейки памяти, устанавливает на шине управления сигнал чтение, выдает сигнал синхронизации задатчика.

Память принимает адрес, дешифрирует его, находит нужную ячейку и помещает ее содержимое на шину данных. Далее память выдаёт сигнал синхронизации исполнителя.

Получив ответ от памяти, процессор считывает данные с шины данных, снимает свои управляющие сигналы и освобождает шину.

Запись:

Процессор переводит шину в состояние занято, на адресную шину помещает адрес требуемой ячейки памяти, на шину данных помещает данные, которые надо записать в эту ячейку, устанавливает на шине управления сигнал запись, выдает сигнал синхронизации.

Память, получив сигнал синхронизации от ЦП, принимает адрес, дешифрирует его, находит нужную ячейку и помещает в нее содержимое с шины данных. Далее память выдает сигнал синхронизации исполнителя.

Получив ответ от памяти, ЦП снимает свои управляющие сигналы и освобождает шину.

Виды программно-управляемой передачи данных

Синхронный – наиболее простой вид , требует минимум технических и программных средств: поскольку время выполнения операции внешним устройством точно известно.

Асинхронный – интервал между командами обмена задается внешним устройством программным путем.

Обмен по прерываниям — готовность ВУ к обмену данными проверяется не программным путем, а аппаратным, через контроллеры прерываний.

Обобщенный алгоритм функционирования фон-неймановской ЭВМ с шинной организацией

Страница 30 из 45

После включения ЭВМ или операции сброса в регистры центрального процессора заносятся некоторые начальные значения. Обычно в процессе инициализации после включения ЭВМ в память ЭВМ помещается программа, называемая первичным загрузчиком. Основное назначение этой программы — загрузить в оперативную память с устройства внешней памяти операционную систему.

Пока будем полагать, что в оперативной памяти оказалась первая из подлежащих выполнению программ.

Программному счетчику присваивается начальное значение, равное адресу первой команды программы, указанной выше.

Центральный процессор производит операцию считывания первой команды программы из оперативной памяти.

В качестве адреса ячейки памяти используется содержимое программного счетчика.

Содержимое считанной ячейки памяти помещается в регистр команды УУ. Устройство управления приступает к интерпретации команды. По полю кода операции из первого слова команды УУ определяет ее длину и, если это необходимо, организует дополнительные операции считывания, пока вся команда полностью не будет прочитана процессором.

Вычисленная длина команды прибавляется к исходному содержимому программного счетчика, и когда команда полностью прочитана, программный счетчик будет хранить адрес следующей команды.

По адресным полям команды устройство управления определяет, имеет ли команда операнды в памяти.

Если это так, то на основе указанных в адресных полях режимов адресации вычисляются адреса операндов и производятся операции чтения памяти для считывания операндов.

Устройство управления и арифметико-логическое устройство выполняют операцию, указанную в поле кода операции команды.

Во флаговом регистре процессора запоминаются признаки результатов операции (равно нулю или нет, знак результата, наличие переполнения и т.д.).

Если это необходимо, устройство управления выполняет операцию записи для того, чтобы поместить результат выполнения команды в память.

Если последняя команда не была командой остановить процессор, то описанная последовательность действий повторяется, начиная с шага 1.

Страница 31 из 45

Распределительные устройства(РУ): классификация и назначение

Доставка электрической энергии к потребителям требует организации и устройства соответствующей материально-технической базы, важнейшими элементами которой выступают распределительные устройства. Рассмотрим основные разновидности распределительных устройств, их назначение и характеристики, порядок подключения и требования.

Назначение распределительных устройств

Распределительными устройствами называют электроустановки, принимающие и распределяющие электроэнергию в ходе доставки её к потребителям. Кроме доставки энергии по назначению, РУ служат для подачи напряжения соответствующих характеристик на оборудование электроустановок и коммутационных систем.

Классификация

Различают несколько классификаций РУ по различным особенностям. Распределительные устройства, в зависимости от условий эксплуатации бывают(чтобы увеличить схему  кликните по ней):

  • открытого типа (ОРУ) – оборудование, расположенное вне зданий или других укрытий. Такие устройства отличаются удобством проверки исправности, простотой расположения и внесения изменений, но занимают большое пространство и требуют повышенной защиты от неблагоприятного воздействия атмосферных и климатических факторов;

    оруОРУ

  • закрытого типа (ЗРУ) – размещаются в защищённых объектах и занимают намного меньше места. Недостаток – сложность в обслуживании в связи с большей компактностью размещения. Характерны для условий промышленного предприятия или города.

    ЗРУЗРУ

Видео про ОРУ:

Указанные РУ могут различаться по следующим критериям:

  • способу разделения – в виде отдельных секций или с шинными системами. Шинные системы могут переключать потребителей от одной секции к другой. Если выполняются отдельные секции, потребитель подключается персонально;
  • схеме подключения устройств – кольцевым и радиальным способом. При кольцевой схеме один объект подключается к нескольким выключателям. Если устраивается радиальная схема – потребители питаются посредством разъединителей сборных шин с помощью одного выключателя. Радиальный способ более простой, а кольцевой – надёжнее и практичнее для обеспечения работы электрооборудования;
  • присутствия обходных элементов – данная система позволяет производить ремонт оборудования без отключения абонентов.

В дополнение к перечисленным разновидностям используется элегазовое оборудование, предусматривающее помещение установок внутрь пространства, заполненного специальным составом с высокими свойствами безопасности.

конструкция-круКонструкция – КРУ

Также применяются комплектные распределительные устройства (КРУ), состоящие из типовых модулей, помещённых в шкафы. Такие элементы содержат необходимые предохранительные блоки, выключатели и другие составляющие и поставляются в готовом виде, не требующем комплектации. Если устройство предполагает наружную установку, его называют КРУН. Такой модуль предусматривает наличие соответствующей защиты.

крунКРУН

Видео про КРУ:

В зависимости от класса напряжения, параметров сети, численного состава абонентов, предусмотрено наличие следующих распределительных устройств:

  • сборных камер;
  • комплектных распределительных устройств;
  • пунктов по ведению коммерческого учёта;
  • комплектных трансформаторных подстанций;
  • пунктов по автоматическому регулированию напряжения;
  • панелей щитов распределения;
  • распределительных низковольтных щитков;
  • шкафов по учёту электрической энергии наружного размещения для частных домов;
  • устройств по контролю параметров.

Детальнее об особенностях РУ по характеристикам напряжения.

Подробнее про РУ можете найти в этой книге(про РУ со страницы 392):Открыть книгу

РУ до 1 кВ

Указанные элементы комплектуют и размещают в специальных шкафах или щитках. Их назначение может предусматривать передачу энергии потребителям или запитку собственного оборудования.

Кроме основных систем, такие модули могут снабжаться дополнительными устройствами:

  • токовыми трансформаторами и приборами учёта электрической энергии;
  • индикационными цепями и сигнализаторами положения коммутационных переключателей;
  • измерительными блоками для определения технических характеристик цепей;
  • сигнализационными и защитными устройствами от замыканий на землю;
  • аппаратами автоматического включения резервных цепей;
  • дистанционными системами управления.

Низковольтные распределительные устройства могут включать модули с постоянным током, распределяющие напряжение от источников питания к оборудованию и потребителям.

Высоковольтное оборудование

Данные системы рассчитаны на работу элементов в условиях напряжения выше 1 кВ.

РУ могут комплектоваться в шкафах, разделённых на отдельные отсеки с токовыми трансформаторами, отходящими кабелями, сборными шинами, выкатной частью и отсеками вторичных цепей.

Отдельные отсеки надёжно изолируются, для обеспечения безопасности эксплуатации. В выкатных модулях, учитывая назначение, размещаются выключатели, трансформаторы напряжения, разрядники, трансформаторы собственных потребностей.

Расположение выдвижного элемента может предусматривать нахождение в рабочем, контрольном (разобщённом) или ремонтном положении. Если аппарат в работе, замыкаются главные и вспомогательные схемы. Для контрольного положения характерно разомкнутое состояние главных и замкнутое – вспомогательных цепей. При ремонтном положении обе цепи размыкаются, а выдвижной элемент располагается за пределами шкафа.

Шины токоведущих элементов выполняются из алюминия или сплавов на его основе. При применении токов большой величины используются медные элементы, а если значение номинального электротока в пределах 200 А – из стали.

Безопасность работы оборудования обеспечивается за счёт соответствующих блокирующих систем. Применяются шторки и ограждения, закрывающие выкаченный выдвижной элемент и не допускающий возможность включения оборудования в таком состоянии.

Грамотное использование и комплектация распределительных устройств обеспечивает надёжную подачу энергии потребителям в заданных параметрах и безопасность эксплуатации энергетического оборудования.

12. Виды и назначение устройств ввода и вывода информации.

Клавиатура (keyboard) – традиционное устройство ввода данных в компьютер.

Джойстик представляет собой ручку управления и наиболее часто используется в компьютерных играх. Призваны усилить реалистичность во время игры-симулятора машины, самолёта, космического корабля и пр.

Трекбол (шаровой манипулятор) — это шар, расположенный вместе с кнопками на поверхности клавиатуры (перевёрнутая мышь).

Перемещение указателя по экрану обеспечивается вращением шара.

Сенсорный манипулятор. Представляет собой коврик без мыши. В данном случае управление курсором производится простым движением пальца по коврику.

Дигитайзер (графический планшет) Позволяет создавать или копировать рисунки. Рисунок выполняется на поверхности дигитайзера специальным пером или пальцем. Результаты работы производятся на экране монитора.

Сканер— устройство для ввода информации в компьютер с бумажного носителя. Сканеры бывают планшетные, настольные и ручные.

Мышь — устройство ввода информации. Преобразует механические движения по столу в электрический сигнал, передаваемый в компьютер.

Световое перо— с помощью него можно рисовать картинки и писать рукописные тексты, которые сразу попадают на экран.

Поскольку пользователю часто требуется вводить в компьютерную систему новую информацию, необходимы еще и устройства ввода.

принтер-устройство для вывода информации на бумагу. Принтеры бывают матричные (красящая лента), струйные (картридж с чернилами), лазерные (картридж с порошком тонером).

Для получения информации о результатах, необходимо дополнить компьютер устройствами вывода, которые позволяют представить их в доступной человеческому восприятию форме. Наиболее распространенным устройством вывода является монитор, способный быстро и оперативно отображать на своем экране как текстовую, так и графическую информацию.

Микрофон-устройство ввода звуковой информации: голоса или музыки.

Плоттер, или графопостроитель,- это чертежная машина, позволяющая с высокой точностью и скоростью вычерчивать сложные графические изображения большого размера: чертежи, схемы, карты, графики и т.д.

Модем-устройство для соединения компьютеров между собой на больших расстояниях по телефонной линии. С помощью модема можно подключиться к интернету.

Сетевая карта (или карта связи по локальной сети) служит для связи компьютеров в пределах одного предприятия, отдела или помещения находящихся на расстоянии не более 150 метров друг от друга.

13. Виды и назначение периферийных устройств персонального компьютера.

Периферийные устройства – это любые дополнительные и вспомогательные устройства, которые подключаются к ПК для расширения его функциональных возможностей. Устройства ввода информации

(клавиатура, мышь, трекбол, джойстик, сканер, микрофон и т.д.)

Трекбол (шаровой манипулятор) — это шар, расположенный вместе с кнопками на поверхности клавиатуры (перевёрнутая мышь).

Перемещение указателя по экрану обеспечивается вращением шара.

Сенсорный манипулятор. Представляет собой коврик без мыши. В данном случае управление курсором производится простым движением пальца по коврику.

Дигитайзер (графический планшет) Позволяет создавать или копировать рисунки. Рисунок выполняется на поверхности дигитайзера специальным пером или пальцем. Результаты работы производятся на экране монитора.

Сканер— устройство для ввода информации в компьютер с бумажного носителя. Сканеры бывают планшетные, настольные и ручные.

Мышь — устройство ввода информации. Преобразует механические движения по столу в электрический сигнал, передаваемый в компьютер.

Световое перо— с помощью него можно рисовать картинки и писать рукописные тексты, которые сразу попадают на экран.

Устройства вывода информации

(монитор, принтер, плоттер, колонки и т. д.)

Монитор — основное периферийное устройство отображения видимой компьютером информации.

Модем-устройство для соединения компьютеров между собой на больших расстояниях по телефонной линии. С помощью модема можно подключиться к интернету.

Принтер-устройство для вывода информации на бумагу. Принтеры бывают матричные (красящая лента), струйные (картридж с чернилами), лазерные (картридж с порошком тонером).

Микрофон-устройство ввода звуковой информации: голоса или музыки.

Плоттер, или графопостроитель,- это чертежная машина, позволяющая с высокой точностью и скоростью вычерчивать сложные графические изображения большого размера: чертежи, схемы, карты, графики и т.д.

2. Организация устройства управления.

2.1. Назначение устройства управления.

Устройство управления (УУ) является наиболее важным устройством ЭВМ [л 3, л 4, л 7, л 8, л 9]. Оно обеспечивает автоматическое выполнение команд программы как последовательность циклов исполнения команд. На цикле исполнения команды УУ выполняет следующие функции:

  • организует выборку команды;

  • дешифрирует код операции;

  • формирует адреса обращения к памяти для выборки операндов и размещению результата;

  • формирует адреса переходов;

  • осуществляет выборку и пересылку операндов;

  • управляет выполнением операции, записанной в КОП команды;

  • формирует на программном счетчике адрес следующей команды программы.

В состав УУ входит система управляющих регистров, наиболее важными из которых являются программный счетчик и регистр команд, и микропрограммный автомат (МПА). При выполнении любой команды МПА вырабатывает последовательность управляющих сигналов, обеспечивающих реализацию функции исполняемой команды. При этом по каждому управляющему сигналу в обрабатывающем блоке или блоке памяти выполняется определенная микрооперация.

2.2. Способы организации уу.

Устройства управления можно классифицировать по способам организации и по применяемым микропрограммным автоматам.

В УУ централизованного типа все функции по формированию управляющих сигналов сосредоточены в едином блоке управления, из которого сигналы управления поступают во все исполнительные устройства.

В УУ децентрализованного типа функции формирования управляющих сигналов распределяются между различными блоками управления, которые в процессе исполнения команды определенным образом взаимодействуют между собой. Конкретное взаимодействие между блоками и их состав определяются конфигурацией процессора.

Для формирования управляющих сигналов могут применяться МПА как с жесткой, так и с программируемой логикой. В составе УУ смешанного типа на одних этапах выполнения команды за формирование управляющих сигналов могут отвечать МПА с жесткой логикой, на других – МПА с программируемой логикой.

Структура УУ централизованного типа представлена на рис.28.

Рис. 28

УУ на цикле исполнения каждой команды формирует в ОЗУ и АЛУ соответствующий набор управляющих сигналов и принимает от них осведомительные сигналы, т.е. выполняет все функции, перечисленные в разделе 2.1. Кроме того, УУ генерирует управляющие сигналы для выполнения процедур на управляющих регистрах. На рис.26 сплошными линиями показаны направления перемещения информации между устройствами, а пунктирными – управляющие и осведомительные сигналы.

УУ децентрализованного типа можно представить в различных вариантах, один из которых показан на рис.29. Будем исходить из того, что вычислитель процессора имеет блочную структуру и каждый блок ориентирован на выполнение конкретной операции или ее части. В этом случае УУ представляется композицией микропрограммных автоматов (МПА1, МПА2, …, МПАк) и центрального блока (ЦБ). Можно дать этой схеме, по крайней мере, две интерпретации по распределению функций между блоками УУ.

Интерпретация первая.

ЦБ берет на себя выполнение следующих процедур:

  • формирование адреса команды;

  • выборку команды;

  • расшифровку кода операции;

  • формирование адресов обращения к памяти;

  • выборка, и загрузку операндов, запись результатов;

  • формирование стартового сигнала для включения соответствующего МПА.

Микропрограммные автоматы выполняют задачу формирования последовательности управляющих сигналов в соответствующий исполнительный блок – операционный автомат(ОА). ЦБ и МПА связаны между собой асинхронными связями и взаимодействуют по системе «приказ- ответ».

Рис.29

В качестве примера взаимодействия ЦБ и МПА рассмотрим их работу на цикле исполнения 3-х адресной команды арифметической операции. Структура цикла показана на рис.30.

  • ЦБ по содержимому программного счетчика выбирает команду(Тк), дешифрирует код операций(ДС КОП), формирует адреса обращения за 1-м и 2-м операндами и пересылает их в соответствующий ОА (ТА1 ,ТА2 ). Затем микропрограммный автомат центрального блока вырабатывает сигнал «Старт», который инициирует начало работы одного из МПА. В дальнейшем, все управляющие сигналы для обработки данных в ОА формирует МПА. По завершению работы он информирует центральный блок сигналом об окончании своей работы. Далее ЦБ завершает цикл исполнения команды путем формирования адреса результата и записи результата в память.

Рис.30

Где Тк – Время выборки команды

ТА1– Время формирования адреса А1 и выборки 1-го операнда

ТА2– Время формирования адреса А2 и выборки 2-го операнда

Тц – Время цикла.

Интерпретация вторая.

ЦБ только выбирает команду, дешифрует КОП и отсылает ее в блок управления соответствующим исполнительным устройством. В этом случае МПА, показанные на рис.29, расширяют свои функции до уровня местных УУ, т.е. устройств управления, реализующих только одну команду. Допустим, что данный ОА предназначен для перемножения чисел. Местное УУ этого ОА принимает из ЦБ команду, само выполняет все запросы операндов, руководит перемножением операндов и размещает результат в памяти. После завершения работы сигналом об окончании информирует ЦБ.

Во время работы блока умножения арифметико-логического устройства центральный блок может сформировать адрес следующей команды, выбрать ее и передать в другой блок. Это позволяет загрузить работой параллельно ряд исполнительных блоков. Похожая идея используется в WLIV– ВС, в которых одновременно осуществляется выборка группы команд, содержащих различные КОП, и параллельно этими командами загружается группа исполнительных устройств.

Децентрализованное управление при конвейерной обработке.

Любой конвейер представляет собой совокупность ступеней, последовательно связанных между собой, как по обработке данных, так и по формированию управляющих сигналов, причем каждая ступень представляет собой ОУ, реализующее только одну подфункцию (рис.31).

Рис.31

Процедуры, связанные с вычислением подфункции, выполняются в ОА ступени. Управление работой ступени осуществляет его микропрограммный автомат. Когда ступень вычислила подфункцию, результат по сигналу МПА передается на вход следующей ступени, а сам МПА инициирует работу МПА следующей ступени.

В асинхронных конвейерах на ОА возлагаются достаточно сложные функции обработки данных. По этой причине и МПА должны реализовывать сложные графы управления. Каждая ступень конвейера представляет собой самостоятельное операционное устройства(ОУ).

В синхронных конвейерах взаимодействие между ступенями по управлению происходит аналогично выше рассмотренному. Разница заключается лишь в том, что МПА вырождаются в простые схемы, которые обеспечивают синхронизацию передач между фиксаторами и выдачу управляющих сигналов для выполнения в «логике» ступени элементарных процедур.

Организация УУ с точки зрения применяемых микропрограммных автоматов представлена на рис. 32.

Рис.32

Управляющие сигналы могут полностью формироваться МПА с жесткой логикой на всем цикле команды. Эти сигналы формируются логическими схемами в соответствии с «запаяным» алгоритмом управления. Такие автоматы еще принято называть МПА с запаянной логикой. Они не могу изменять своих функций. Это нашло отражение в наименовании МПА данного типа. Они строятся на базе автоматов МИЛИ – МУРА (или по терминологии [л 8] автоматов с памятью) и на базе жесткого временного распределения сигналов (ЖВРС). В МПА с программируемой логикой сигналы управления хранятся в управляющей памяти в виде последовательности микрокоманд (микропрограммы), в каждой из которых записана группа сигналов {y}, формируемая в данном такте работы процессора. Такого вида МПА различают по применяемым способам микропрограммирования (кодирования) микрокоманд и по организации перехода к следующей микрокоманде. Первое относится к форме представления управляющих сигналов в микрокоманде. Второе определяется форматом микрокоманд, обеспечивающих переходы в микропрограммах. От МПА с жесткой логикой их отличает возможность изменения алгоритмов управления путем замены в управляющей памяти старой микропрограммы на новую.

Устройство управления.

1. Каково назначение устройства управления в ЭВМ?

выработка сигналов, необходимых для согласованной работы всех узлов и устройств ЭВМ

2. На какие типы делятся устройства управления?

микропрограммное УУ

УУ с жесткой логикой

3. Какое из понятий соответствует действию, выполняемому одним управляющим сигналом за один такт?

микрооперация

4. Как называется совокупность микроопераций, выполняемых в одном такте?

микрокоманда

5. Как называется совокупность микрокоманд, предназначенная для выполнения некоторой функционально законченной последовательности действий?

микропрограмма

6. Какая информация используется при работе устройства управления?

код операции выполняемой команды

признаки результата предыдущей команды, хранящиеся в регистре признаков

7. Какие преимущества имеет микропрограммное устройство управления по сравнению с устройством управления схемного типа?

более легкое первоначальное проектирование

более легкая перенастройка

8. Какие преимущества имеет устройство управления схемного типа по сравнению с микропрограммным устройством управления?

более высокое быстродействие

9. От чего зависит количество управляющих сигналов, вырабатываемых устройством управления?

От количества всех возможных операций в данной ЭВМ (?)

10. Какие схемные решения используются при построении датчика сигналов?

на основе счетчика и дешифратора

на основе сдвигового регистра

  1. Какие блоки входят в состав схемного устройства управления?

датчик сигналов

блок управления операциями

дешифратор кода операции

13. Какие блоки входят в состав микропрограммного устройства управления?

преобразователь адреса микрокоманды

память микропрограмм

14. От чего зависит разрядность памяти микропрограмм микропрограммного устройства управления?

от количества микроопераций, выполняемых всеми устройствами ЭВМ

  1. От чего зависит количество слов в памяти микропрограмм микропрограммного устройства управления

  2. от количества команд, составляющих систему команд ЭВМ

от количества микрокоманд, необходимых для выполнения отдельных команд ЭВМ

Назначение устройства

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭПУ

СХЕМА РАБОТАЕТ В ПРОТЕУСЕ, НО ЭТО НЕ ЗНАЧИТ, ЧТО ОНА ПРАВИЛЬНАЯ, В НЕКОТРЫХ МЕСТАХ НАДО ДОБАВИТЬ ЗЕМЛЮ, GL&HF НАЙТИ ЭТИ МЕСТА

Курсовая работа

по дисциплине «Цифровая схемотехника»

«Разработка электронного устройства»

Тема: УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ИСКУСТВЕННЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ

Студент гр. 5207

Иванов А.Д.

Преподаватель

Ухов А.А.

Санкт-Петербург

2018

АННОТАЦИЯ

В данной работе представлена разработка устройства управления искусственным освещением для выращивания растений. В проекте представлены структурная, электрическая принципиальные схемы и схема питания устройства от сети 220 В.

ANNOTATION

This paper presents the development of an artificial lighting control device for growing plants. The project presents a structural, electrical circuit diagrams and a device power supply circuit from a 220 V.

Устройство предназначено для включения и выключения искусственного освещения растений по расписанию. В течение суток (23 часа) освещение включается один раз. Время включения и выключения освещения устанавливается группой из пяти микропереключателей в двоичном коде в диапазоне 0-23.

Тактирование схемы осуществляется с помощью кварцевого резонатора, что обеспечивает синхронную работу всех элементов.

Для обеспечения питания схемы был спроектирован блок питания с выходным напряжением 5 и 12 В, питающийся от сети (220 В, 50 Гц).

Содержание

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА 5

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА 6

1Блок питания 6

6

Рисунок 2 – Блок питания 6

2Генератор секундных импульсов 8

3Устройство управлением времени включения/выключения светодиодов 10

Рисунок 5 — Устройство управлением времени включения/выключения светодиодов 10

Принцип работы схемы следующий: 10

1)С помощью пяти верхних переключателей задается время включения освещения (0-23 часа), нижние переключатели отвечают за время выключения. 10

2)На цифровые компараторы поступает сигнал с переключателей и счетчиков. Когда выполняется условие: 10

, 10

то с ЛЭ «И» U10 выходит высокий потенциал, который открывает полевой транзистор. Через него идет ток на светодиодную ленту. 10

11

Рисунок 6 – Тактовая диаграмма в момент выключения светодиода 11

On – сигнал с переключателей, отвечающих за включение ленты 11

Off – сигнал с переключателей, отвечающих за выключение ленты 11

Result – итоговый сигнал (высокий потенциал – лента горит, низкий – выключается) 11

СПЕЦИФИКАЦИЯ 13

Заключение 14

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 15

Структурная схема устройства

Рисунок 1 – Структурная схема устройства.

Структурная схема устройства включает в себя:

  • Сеть промышленного напряжения ~ 220 В, 50 Гц, которая питает блок питания на +12 и +5 В.

  • Блок питания с выходным напряжением +12 и +5 В. +5 В питает логические элементы, +12 В питает светодиодную ленту.

  • Генератор импульсов с частотой 1 Гц.

  • Счетчики

  • Устройство управления временем включения и выключения светодиодной ленты.

  • Светодиодная лента.

Описание работы устройства

  1. Блок питания

Рисунок 2 – Блок питания

На вход блока питания подается напряжение 220 В с частотой 50 Гц. Трансформатор ТП114-9 который понижает напряжение. Затем диодный мост 2W01G преобразует отрицательные полуволны в положительные. Конденсатор C1 сглаживает пульсации напряжения. Затем стабилизатор напряжения LM317K фиксирует напряжение на +5 В. Для защиты стабилизатора от перегрева можно использовать радиатор И-650. Конденсатор C2 нужен для компенсации индуктивности проводов.

Произведем расчет этой схемы:

Для трансформатора ТП114-9 напряжение холостого хода составляет 23,1 В, а напряжение при номинальной нагрузке 18 В. Точность напряжения сети составляет 10%. Максимальная амплитуда напряжения холостого хода с учетом погрешности напряжения сети составляет:

Минимальная амплитуда напряжения при номинальной нагрузке с учетом погрешности составляет:

В качестве диодного моста был использован 2W01G. Максимальное падение прямого напряжения составляет 1.1 В. Таким образом после стабилизатора напряжение будет:

Минимальное напряжение на входе стабилизатора LM317K в худшем случае составляет 3 В. Сделаем запас в 2 В.

Произведем расчет сглаживающего конденсатора:

Частота сети 50 Гц, то есть период 20 мс. После диодного моста период уменьшился до 10 мс. Максимально возможный ток не превышает 1.5 А. Тогда:

В качестве конденсатора можно использовать ёмкостью 2200 мкФ и рабочим напряжением 16 В.

С помощью делителя зададим выходное напряжение в 12 В.

На R16 поддерживается 1.25 В, тогда R15:

𝑈вых = 1.25/𝑅16∙(𝑅16+𝑅15) => R15 = 1720 Ом;

В номинальном ряду ближайшее сопротивление R = 1690 Ом, тогда

Uвых = 11,8 В.

Последовательно включим второй стабилизатор LM317K и аналогично зададим 5 В:

R18 = 200 Ом, R17 = 600 Ом, из номинального ряда возьмем R = 590 Ом, тогда Uвых = 4,94 В.

Через R16 и R18 течет ток в 6.25 мА, поэтому нужно брать резисторы не менее 8 мВт.

Через R15 течет ток в 7 мА, поэтому резистор нужно брать не менее 85 мВт.

Через R17 течет ток в 8,4 мА, поэтому резистор нужно брать не менее 42 мВт.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о