Цифровые устройства

Вопрос 20
Опишите правила сложения и анализа кода суммы десятичных одноразрядных чисел, представленных в дополнительном ДДК коде 8-4-2-1 с фиксированной запятой.
Ответ
Представление чисел в дополнительном коде позволяет выполнять их сложение и вычитание с учетом знака, при этом результат также получается в дополнительном коде. При использовании обратного и дополнительного кодов операция алгебраического сложения сводится к простому арифметическому сложению. При сложении чисел с использованием дополнительного кода возникающая единица переноса из знакового разряда просто отбрасывается. Иногда при сложении возникает переполнение разрядной сетки. В этом случае результат превышает предельно допустимое положительное или отрицательное значение, умещающееся в данную разрядную сетку. Признаком переполнения является наличие переноса единицы в знаковый разряд при отсутствии переноса из знакового разряда (это положительное переполнение), или наличие переноса из знакового разряда суммы при отсутствии переноса в ее знаковый разряд (отрицательное переполнение). При положительном переполнении результат операции положительный, а при отрицательном отрицательный, следовательно, переполнение при сложении происходит только в том случае, если значения переносов в знаковый разряд и из знакового разряда различны.
Для чисел представленных в форме с фиксированной запятой, положение запятой и знакового разряда в сетке строго фиксировано и одноименные разряды всех хранящихся в цифровых устройствах чисел имеют одинаковые позиции. В связи с этим методика выполнения операции алгебраического сложения, в дополнительном коде включая и признаки переполнения сетки для дробных числе с фиксированной запятой, ни чем не отличается от сложения целых чисел со знаком.
Алгоритм сложения в коде 8-4-2-1
1. Проверить знаки слагаемых – отрицательные преобразовать в обратный код, инвертируя тетрады и прибавляя потетрадно код 1010. Единицы переноса между тетрадами отбрасывать.
2. Сложить двоично-десятичные числа по правилам двоичной арифметики.
3. Выполнить коррекцию результата, прибавив код 0110 к «неправильным» тетрадам, а также к тетрадам, из которых сформировались единицы переноса. Единицы переноса между тетрадами учитывать.
4. Проверить знак результата – отрицательный перевести в прямой код, инвертируя тетрады и прибавляя потетрадно код 1010. Единицы переноса между тетрадами отбрасывать.
Вопрос 30
Опишите способы и последовательность перехода от совершенных форм записи переключательных функций к нормальным формам записи переключательных функций и наоборот.
Ответ
Переключательные функции могут быть представлены различными способами:
• В табличной форме каждому из возможных наборов переменных ставится в соответствие значение функции (0 или 1)
• Аналитическая запись переключательных функций в виде формул.
Порядок перехода от табличного задания переключательной функции к её записи в СДНФ следующий:
1. Составить минтермы для строк таблицы истинности, на которых функция X равна "1". Если значение переменной в строке равно 0, то в минтерме записывается отрицание этой переменной.
2. Записать дизъюнкцию составленных минтермов. которая и представляет переключательную функцию в СДНФ.
Это правило называют правилом записи переключательной функции по единицам.
Порядок перехода от табличного значения переключательной функции к её записи в СКНФ следующий:
1. Составить макстермы для строк таблицы истинности на которых функция X равна "0й. Если значение переменной в строке равно "1”, то в макстерне записывается отрицание этой переменной.
2. Записать конъюнкцию составленных макстермов. которая и будет представлять переключательную функцию в СКНФ.
Это правило называют также правилом записи переключательной функции по нулям.
Вопрос 40
Опишите основные подгруппы биполярной группы схемотехнических решений ЦИМС, определяющих логику построения принципиальных схем ЦИМС, и их характеристику.
Ответ
Биполярная группа схемотехнических решений ЦИМС построена на активных элементах, физический принцип работы которых основан на действии электронно-дырочного перехода, т.е. на диодах и биполярных транзисторах.
Основными подгруппами биполярной группы, в которых название логики определяется типами элементов, применяемых для построения принципиальных схем ЦИМС, являются диодно-резисторная логика (ДРЛ), резисторнотранзисторная логика (РТЛ), резисторно-емкостная транзисторная логика (РЕТЛ), диодно-транзисторная логика (ДТЛ), транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ). Существуют эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ), для которой название определяется схемой соединения активных элементов — транзисторов, и инжекционно-интегральная логика (ИИЛ или И2Л), для которой название определяется видами использованных элементов и технологией их изготовления. Все подгруппы микросхем в биполярной группе, за исключением ДРЛ-логики, в своем схемном решении относятся к транзисторной логике построения, так как основным активным элементом, выполняющим функции обработки цифровой информации, является транзистор.
Вопрос 50
Опишите виды типовых цифровых функциональных устройств обработки цифровой информации.
Ответ
Цифровое устройство – устройство, осуществляющее прием, хранение и преобразование дискретной информации по некоторому алгоритму, т.е. вырабатывающее сигнал, определенным образом связанный с совокупностью входных сигналов.
Типовые цифровые функциональныеустройства:
• Цифровые вентили
• Мультиплексоры и демультиплексоры
• Шифраторы и дешифраторы
• Цифровые компараторы
• Арифметико-логическое устройство
• Сумматор
• Цифровые автоматы (триггеры, регистры, счетчики)
• Цифровые триггеры
• Регистры

Вопрос №90
Опишите область применение АЦП в устройствах ЖАТ.
В целом микросхемы АЦП сложнее, чем микросхемы ЦАП, их разнообразие заметно больше, и поэтому сформулировать для них общие принципы применения сложнее. Область применения любой микросхемы АЦП во многом определяется использованным в ней принципом преобразования, поэтому необходимо знать особенности этих принципов. Для выбора и использования АЦП необходимо пользоваться подробными справочными данными от фирмы-производителя. В качестве базового элемента любого АЦП используется компаратор напряжения, который сравнивает два входных аналоговых напряжения и, в зависимости от результата сравнения, выдает выходной цифровой сигнал - нуль или единицу. АЦП также применяется в схемах вычисления амплитуды входного аналогового сигнала. Наиболее часто встречающееся использование АЦП - это преобразование входного сигнала в поток кодов, причем коды эти обычно записываются в буферную память. В данном случае наиболее подходящим является однонаправленный буфер с периодическим режимом работы. То есть сначала в буферную память заносится массив кодов выборок входного сигнала, а затем этот массив читается для дальнейшей обработки. Именно так, например, строится цифровой осциллограф, предназначенный для наблюдения аналоговых сигналов на экране.
Вопрос №100
Опишите способы организации связи между микропроцессом и устройствами ввода и вывода.
1. Программно-управляемый ввод-вывод (сканирование) характеризуется тем, что все действия по вводу-выводу реализуются в те моменты времени, когда выполняется соответствующий фрагмент прикладной программы. Наиболее простыми эти действия оказываются для "всегда готовых" внешних устройств, например для коммутационного поля АТС.
Однако для многих объектов управления до выполнения операций ввода-вывода надо убедиться в их готовности к обмену. Процессор проверяет флаг готовности с помощью одной или нескольких команд. Если флаг установлен, то инициируются собственно ввод или вывод одного или нескольких слов данных. Когда же флаг сброшен, процессор выполняет цикл ожидания с повторной проверкой флага до тех пор, пока устройство не будет готово к операциям. Основной недостаток программного ввода-вывода связан с непроизводительными потерями времени процессора в циклах ожидания. К достоинствам следует отнести простоту его реализации, не требующей дополнительных аппаратных средств.
2. Ввод-вывод по прерыванию, отличается от программно-управляемого тем, что переход к выполнению команд, физически реализующих обмен данными, осуществляется с помощью специальных аппаратных средств. Команды обмена данными в этом случае выделяют в отдельный программный модуль - программу обработки прерывания. Задачей аппаратных средств обработки прерывания в микропроцессоре является приостановка выполнения одной программы (ее еще называют основной программой) и передача управления программе обработки прерывания. Действия, выполняемые при этом процессором, как правило, те же, что и при обращении к подпрограмме. Только при обращении к подпрограмме они инициируются командой, а при обработке прерывания - управляющим сигналом от ВУ, который называют "Запрос прерывания".
Эта важная особенность обмена по прерыванию позволяет организовать обмен данными с ВУ в произвольные моменты времени, не зависящие от программы, выполняемой в микроЭВМ. Таким образом, появляется возможность обмена данными в реальном масштабе времени, определяемом внешней по отношению к микропроцессору средой. Обмен по прерыванию существенным образом экономит время процессора, затрачиваемое на обмен. Это происходит за счет того, что исчезает необходимость в организации программных циклов ожидания готовности, на выполнение которых тратится значительное время.
Прерывание программы не должно оказывать на прерванную программу никакого влияния кроме увеличения времени ее выполнения за счет приостановки на время выполнения программы обработки прерывания. Поскольку для выполнения программы обработки прерывания используются различные регистры процессора (счетчик команд, регистр состояния и т.д.), то информацию, содержащуюся в них в момент прерывания, необходимо сохранить для последующего возврата в прерванную программу.
3. Обмен в режиме прямого доступа к памяти (ПДП). В этом режиме обмен данными между УВВ и ЗУ происходит без участия процессора. Обменом в режиме ПДП управляет не программа, выполняемая процессором, а электронные схемы, внешние по отношению к процессору. Обычно схемы, управляющие обменом в режиме ПДП, размещаются в специальном контроллере, который называется контроллером прямого доступа к памяти.
Для реализации режима прямого доступа к памяти необходимо обеспечить непосредственную связь контроллера ПДП и ЗУ. Для этой цели можно Такое решение используется достаточно редко, поскольку оно приводит к значительному усложнению микропроцессорной системы в целом. В целях сокращения количества наборов шин адресов, данных и управления контроллер ПДП подключается к ЗУ посредством шин адреса и данных основного системного интерфейса, связывающего микропроцессор с запоминающими устройствами. При этом возникает проблема совместного использования шин системного интерфейса процессором и контроллером ПДП. При возникновении необходимости обмена контроллер ПДП отправляет запрос в микропроцессор. Последний освобождает системный интерфейс, после чего данные пересылаются из УВВ в ЗУ. При наличии у микропроцессора кэш-памяти он может продолжать работу и во время ПДП.