Файл: 1. Основные параметры и характеристики логических элементов.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 314
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
78. Классификация и области применения АЦП
По структуре построения АЦП делятся на две группы:
1) АЦП, не содержащие ЦАП;
2) АЦП, содержащие ЦАП.
К первой группе относятся:
– АЦП времяимпульсного типа;
– АЦП с двойным интегрированием;
– АЦП параллельного преобразования (прямого преобразования);
Ко второй группе относятся:
– АЦП последовательного счета (развертывающего типа);
– АЦП следящего типа;
– АЦП последовательного приближения (поразрядного уравновешивания);
Каждый тип АЦП имеет свои достоинства и недостатки. На практике встречаются все выше перечисленные типы АЦП.
Основные направления и области применения АЦП кратко перечислены в табл. 5.2. В описании таблицы использованы следующие сокращения: ПС – АЦП последовательного счета; ПП – АЦП последовательного приближения; ПрП – АЦП прямого преобразования; И – АЦП двойного интегрирования; ПНЧ – преобразователь напряжение–частота.
В табл. 5.3 приведены основные параметры наиболее популярных АЦП.
79. Схема выборки и хранения
В тех случаях, когда аналоговый сигнал на входе АЦП изменяется с большой скоростью, за время преобразования может произойти существенное изменение входного напряжения. Получаемое при этом на выходе АЦП числовое значение не будет соответствовать значению входного сигнала в тактовый момент времени. Устранение этого явления достигается использованием схемы выборки и хранения. Эта схема производит из входного напряжения выборку значения, соответствующего тактовому моменту времени, и хранит эту выборку неизменной в течение времени, необходимого для ее преобразования в числовую форму.
На рис. 7.16 приведена упрощенная схема выборки и хранения. В исходном состоянии ключ Кл замкнут. При малой постоянной времени напряжение на конденсаторе следует за изменениями напряжения с требуемой точностью. В тактовый момент времени ключ переводится в разомкнутое состояние. Напряжение на конденсаторе , имевшееся к моменту размыкания ключа (представляющее собой выборку из напряжения ), может сохраняться практически неизменным в течение достаточно длительного времени. Напряжение с выхода операционного усилителя поступает в АЦП и преобразуется в числовую форму. После окончания преобразования ключ вновь замыкается.
Рис. 7.16. Схема выборки и хранения
80. Микропроцессор
Микропроцессором (МП) называется программно-управляемое устройство для обработки цифровой информации и управления процессом обработки, реализованное в виде большой (БИС) или сверхбольшой (СБИС) интегральной микросхемы.
Архитектурой процессора называется комплекс его аппаратных и программных средств, предоставляемых пользователю. В это общее понятие входит набор программно-доступных регистров и исполнительных (операционных) устройств, система основных команд и способов адресации, объем и структура адресуемой памяти, виды и способы обработки прерываний.
При описании архитектуры и функционирования процессора обычно используется его представление в виде совокупности программно-доступных регистров, образующих регистровую или программную модель. В этих регистрах содержаться обрабатываемые данные (операнды) и управляющая информация. Соответственно, в регистровую модель входит группа регистров общего назначения, служащих для хранения операндов, и группа служебных регистров, обеспечивающих управление выполнением программы и режимом работы процессора, организацию обращения к памяти (защита памяти, сегментная и страничная организация и др.).
Регистры общего назначения образуют РЗУ – внутреннюю регистровую память процессора. Состав и количество служебных регистров определяется архитектурой микропроцессора. Обычно в их состав входят:
– программный счетчик PC (или CS+IP в архитектуре микропроцессоров Intel);
– регистр состояния SR (или EFLAGS);
– регистры управления режимом работы процессора CR (Control Register);
– регистры, реализующие сегментную и страничную организацию памяти;
– регистры, обеспечивающие отладку программ и тестирование процессора.
Кроме того, различные модели микропроцессоров содержат ряд других специализированных регистров.
Структура микропроцессора определяет состав и взаимодействие основных устройств и блоков, размещенных на его кристалле. В эту структуру входят:
– центральный процессор (процессорное ядро), состоящее из устройства управления (УУ), одного или нескольких операционных устройств (ОУ);
– внутренняя память (РЗУ, кэш-память, блоки оперативной и постоянной памяти);
– интерфейсный блок, обеспечивающий выход на системную шину и обмен данными с внешними устройствами через параллельные или последовательные порты ввода/вывода;
– периферийные устройства (таймерные модули, аналого-цифровые преобразователи, специализированные контроллеры);
– различные вспомогательные схемы (генератор тактовых импульсов, схемы для выполнения отладки и тестирования, сторожевой таймер и ряд других).
Архитектура и структура МП тесно взаимосвязаны. Реализация тех или иных архитектурных особенностей требует введения в структуру МП необходимых аппаратных средств (устройств и блоков) и обеспечения соответствующих механизмов их совместного функционирования.
81. Характеристики, достоинства и недостатки CISC-, RISC-, VLIM-
В современных микропроцессорах реализуются следующие варианты архитектур.
CISC (ComplexInstructionSetComputer)-архитектура реализована во многих типах МП, выполняющих большой набор разноформатных команд с использованием многочисленных способов адресации. Типичным примером CISC-процессоров являются МП семейства Pentium. Они выполняют более 200 команд разной степени сложности, которые имеют размер от 1 до 15 байт и обеспечивают более 10 различных способов адресации. Такое большое многообразие выполняемых команд и способов адресации позволяет программисту реализовать наиболее эффективные алгоритмы решения различных задач. Однако при этом существенно усложняется структура МП, особенно его устройства управления, что приводит к увеличение размеров и стоимости кристалла, снижению производительности. В то же время многие команды и способы адресации используются достаточно редко. Поэтому, начиная с 1980-х годов, интенсивное развитие получила архитектура процессоров с сокращенным набором команд (RISC-процессоры).
RISC (ReducedInstructionSetComputer)-архитектура отличается использованием ограниченного набора команд фиксированного формата. Современные RISC-процессоры обычно реализуют около 100 команд, имеющих фиксированный формат длиной 4 байта. Также значительно сокращается число используемых способов адресации. Обычно в RISC-процессорах все команды обработки данных выполняются только с регистровой или непосредственной адресацией. При этом для сокращения количества обращений к памяти RISC-процессоры имеют увеличенный объем внутреннего РЗУ – от 32 до нескольких сотен регистров, тогда как в CISC-процессорах число регистров общего назначения обычно составляет 8–16.
Обращение к памяти в RISC-процессорах используется только в операциях загрузки данных в РЗУ или пересылки результатов из РЗУ в память. При этом используется небольшое число наиболее простых способов адресации: косвенно-регистровая, индексная и некоторые другие. В результате существенно упрощается структура микропроцессора, сокращаются его размеры и стоимость, значительно повышается производительность.
Указанные достоинства RICS-архитектуры привели к тому, что во многих современных CISC-процессорах используется RISC-ядро, выполняющее обработку данных. При этом поступающие сложные и разноформатные команды предварительно преобразуются в последовательность простых RISC-операций, быстро выполняемых этим процессорным ядром. Таким образом, работают, например, последние модели микропроцессоров Pentium и К7, которые по внешним показателям относятся к CISC-процессорам.
VLIM (VeryLargeinstructionWord)-архитектура появилась относительно недавно – в 1990-х годах. Ее особенностью является использование очень длинных команд (до 128 бит и более), отдельные поля которых содержат коды, обеспечивающие выполнение различных операций. Таким образом, одна команда вызывает выполнение сразу нескольких операций параллельно в различных операционных устройствах, входящих в структуру микропроцессора. При Трансляции программ, написанных на языке высокого уровня, соответствующий компилятор производит формирование «длинных» VLIM-команд, каждая из которых обеспечивает реализацию процессором целой процедуры или группы операций. Данная архитектура реализована в некоторых типах современных микропроцессоров (PA8500 компании «Hewlett-Packard», Itanium – совместная разработка «Intel» и «Hewlett-Packard», некоторые типы DSP – цифровых процессоров сигналов) и является весьма перспективной для создания нового поколения сверхвысокопроизводительных процессоров.
82. Характеристики, достоинства и недостатки Принстонской и Гарвардской архитектурой микропроцессоров.
Кроме набора выполняемых команд и способов адресации важной архитектурной особенностью МП является используемый вариант реализации памяти и организации выборки команд и данных. По этим признакам различаются процессоры с Принстонской и Гарвардской архитектурой.
Принстонская архитектура, которая часто называется архитектурой Фон-Неймана, характеризуется использованием общей оперативной памяти для хранения программ, данных, а также для организации стека. Для обращения к этой памяти используется общая системная шина, по которой в процессор, по которой в процессор поступают и команда, и данные. Эта архитектура имеет ряд важных достоинств. Наличие общей памяти позволяет оперативно перераспределять ее объем для хранения отдельных массивов команд, данных и реализации стека в зависимости от решаемых задач. Таким образом, обеспечивается возможность более эффективного использования имеющегося объема оперативной памяти в каждом конкретном случае применения МП. Использование общей шины для передачи команд и данных значительно упрощает отладку, тестирование и текущий контроль функционирования системы, повышает ее надежность. Поэтом Принстонская архитектура в течение долгого времени доминировала в вычислительной технике.