Жылжымалы үтірмен операциялық құрылғылардың жұмыс істеу принциптері

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

 

М.Тынышпаев атындағы Қазақ көлік және коммуникация академиясы

 

 

«Есептеу техникасы және ақпараттық жүйелер»   кафедрасы 

 

 

 

 

 

КУРСТЫҚ ЖҰМЫС

 

 

Тақырыбы: Жылжымалы үтірмен операциялық құрылғылардың жұмыс істеу принциптері

 

Пәні: Цифрлық құрылғылар мен микропроцессорлар

 

 

 

Тексерген: Нурбакова Г.С.

Орындаған: Ордабекова А.А.

Топ: РЭТ-09-2қ 

 

 

 

 

Алматы – 2011ж

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ  ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

М.Тынышбаев атындағы Қазақ көлік  және коммуникациялар академиясы

«Автоматтандыру және телекоммуникациялар» факультеті

 

«БЕКІТЕМІН»

«ЕТАЖ» кафедрасының меңгерушісі

______________Д.Р.Куандыкова

____________________________

«Цифрлық құрылғылар мен микропроцессорлар»

пәні бойынша курстық жұмысқа:

 

ТАПСЫРМА №___

Студенттің аты-жөні: Ордабекова Айгүл Айдарбекқызы

Мамандығы:   РЭТ                                                 Тобы: РЭТ-09-2қ

Курстық жұмыс тақырыбы: Жылжмалы үтірмен операциялық құрылғылардың жұмыс істеу пинциптері

«Есептеу техникасы және ақпараттық жүйелер» кафедрасының отырысында бекітілген. Хаттама №___. «___» _________20__ ж.

Тәжірибелік бөлімге берілген функция:

Кіріс мәліметтер: Логикалық элементтер, логикалық функциялар, ақиқат кесте толтырылуы, логика-алгебралық заңдары, ДК жолды түрлері.

Бақылау сұрақтары:

1. Мәліметтерді жинақтау, такырып бойынша әдебиет іздестіру,  библиография дайындау.

2. Жеке жұмыс жоспарын куру._________________________

3. Бастапқы нұсканы дайындау .________________________

4. Тәжірибелік бөлімнің сұлбатехникалық іске асырылуы.

5. Бастапқы нұсканы тапсыру__________________-_______

6. Ескертулермен жумыс жасау, жумысты безендіру және қорғауға кафедраға тапсыру.

 

Тапсырма берілді: «___»  « __________» 2011 ж.

Тапсырма берген:  ______________________  Нурбакова Г.С.

Тапсырманы орындауға қабылдадым ________________________ Ордабекова А.А.

Тапсырманы орындаудың жоспарланған күні: «___»  «__________» 2011 ж.

Тапсырманы орындап біткен күн: «___»  «__________» 2011 ж.

Тапсырманы қабылдадым: ______________________  Нурбакова Г.С.

 

МАЗМҰНЫ

 

КІРІСПЕ 4

1 ТЕОРИЯЛЫҚ  БӨЛІМ 5

1.1 Операциялық құрылғы туралы түсінік......................................................5

1.2 Операциялық жүйелер 6

1.3 Үзу контроллері 7

1.4 Үзулердің жіктелуі 8

1.5 Аппараттық және программалық үзу өңдеу құралдарының сипаттамасы 9

1.6. Программаланатын үзу контроллері ……………………………11

2 ТӘЖІРИБЕЛІК  БӨЛІМ 17

ҚОРЫТЫНДЫ 57

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 58

A-ҚОСЫМША………………………………………………………….……59

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КІРІСПЕ

 

 

«Цифрлық құрылғылар мен микропроцессорлар» пәні бойынша дәрістік сабақтарда берілген және алуан түрлі әдебиеттерден алынған радиобайланыс және цифрлық техника бойынша теориялық мәліметтерді жалпылау болып табылады.

Ассемблер тілі фактылы түрде  командалардың коды атауларымен  алмастырылған машиналық тіл  болып табылады. Адам сандарға қарағанда  атауларға жақсы бағытталады, сондықтан  ассемблер тілін логикалық тілге  қарағанда түсіну оңай. Сонымен қатар  атаулардың өздері туралы айтып тұрады.

Үзу деп микропроцессорды уақытша басқа программаның орындалуына, бірақ кейін тоқтатылған программаға  қайтып оралатындай етіп ауыстырып  қосатын прцесс деп түсінуге болады.

Ол тек сыртқы құрылғылармен  ғана емес, сонымен қатар программалармен  ыңғайлы басқаруға мүмкіндік  береді. Пернетақтада пернені басқанда сіз басу арқылы басылған пернені  түсінетін программаның шақырылуын орындайсыз. Бұл кезде оның коды пернетақта буферіне кейін ол басқа  программамен немесе операциялық жүйемен  оқылатындай етіп енгізіледі. Мұндай өңдеу уақыты кезінде микропроцессор белгілі бір программаның жұмысын  тоқтатады, яғни үзу өңдеу процедурасына  ауыстырылып қосылады.

Цифрлық сұлбаларды құрастырушы  берілген тапсырманы шешу үшін ең тиімді нұсқаны таңдай білуі, негізгі цифрлық  элементтерді және оларды қолдануды  білуі, мүмкіндігінше негізгі есептерді  шешудің ең қарапайым және кең  таралған алгоритмдерін білуі қажет. Құрылғыларды жобалауда кең тараған  инженерлік тәсілдерді білу болашақта  пайдасыз жұмыспен айналыспай, дайын  сұлбаларды қолдануға мүмкіндік  береді. Шындығында микросхеманың ішкі логикасын түсіну телекоммуникация саласындағы мамандар үшін өте маңызды  болып табылады.

1 ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ

 

1.1 Операциялық құрылғы туралы түсінік

 

Операциялық құрылғы (Операционное устройство; operation unit) — 1) арифметикалық операцияларды орындайтын мультиплексордың құрамды бөлігі; 2) ақпаратпен әр түрлі операциялар орындауға арналған кез келген цифрлық құрылғы. Мысалы, әр түрлі процессорлар, сыртқы құрылғылар контроллерлері және т.б. Жобалау процесін және операциялық құрылғылардың жұмыс істеу ұстанымдарын түсіну тұрғысында операциялық құрылғылар операциялық автоматтар және басқарғыш автоматтар болып екіге бөлінеді.

XX ғасырдың ортасында  информацияны өңдеуді 
автоматтандыру ісінің қажеттілігі (көбінесе әскери талаптарға 
сай) электрондық техника мен технологияның қарқынды 
дамуына себепші болды. 
Электроника табыстары нәтижесінде жасалынған 
техникалық аспаптар электрондық есептеуіш машиналар 
(ЭЕМ) деп атала бастады. 
1946 жылы алғаш пайда болған ЭЕМ-дер электрондық 
шамдар негізінде жүмыс істейтін, үлкен залдарда орналасқан, 
көлемді электрондық жабдықтар болатын. Бірак 1948 жылдың 
өзінде-ақ электрондық шамдар шағын электрондық аспаптармен 
- транзисторлармен алмастырылып, компьютерлердің бұрынғы 
жүмыс өнімділігі сақталынғанмен, көлемі жүз есеге дейін 
төмендеді. 
70 жылдар соңында интегралдық схемалардан немесе 
чиптерден жасалған мини-ЭЕМ-дер шыға бастады 
(транзисторлар мен олардың арасындағы қажетті байланыстар 
бір пластинада орналасқан). Осындай микропроцессорлардың 
(біріктірілген интегралдық схемадан - БИС элементтерінен 
тұратын) шығуы дербес компьютерлер заманының 
басталғанының алғашқы белгісі болды. 
Алғашқы есептеу жұмыстарын автоматтандыруға арналған 
ЭЕМ-дер күннзн күнге артып келе жатқан информация ағынымен 
жұмыс істеуде өте ыңғайлы құрал болып шықты. 
Бастапқы кезеңдерде ЭЕМ-дерде тек арнайы үйретілген 
адамдар ғана жұмыс істеді, бірақ онша дайындығы жоқ 
адамдардың компьютерді пайдалану мұқтаждығы маман 
еместерге арналған машина жасау қажеттілігін тудырды. 
70 жылдар басында "тұрмыстық" (үйдегі) компьютерлер 
деп аталған микрокомпьютерлер шықты. Олардың 
мүмкіндіктері шектеулі болатын, тек ойнау үшін және шағын 
мәтіндер теру үшін ғана пайдаланылды. 70 жылдар ортасында 
тұрмыстық компьютерлердің етек алғаны сондай, оларды сусын 
шығаратын фирмалар да (Coca Cola) жасай бастады. 
Дегенмен, микрокомпьютерлер дамуындағы ең ел^лі оқиға 
болып 1981 жылы IBM фирмасы жасаған, кейіннен "дербес 
компьютер" деп аталған шағын компьютердің шығуы болды. 
Сол уақыттан бастап осы атау шағын компьютерлер 
тобының жалпы аты есебінде түрақталынып қалды.

 
1.2 Операциялық жүйелер

 
         IBM фирмасының анықтамасы бойынша компьютерлік 
(есептеу) жүйелер төрт негізгі құрамнан түрады: 
1) шығарылатын есепті, орындалатын жұмысты мәселе 
ретінде қойып, сонЬІй нәтижесін алатын адам; 
2) аппараттық жасақтама (Hardware); 
3) мәліметтер файлы; 
4) компьютерді программалық жасақтамасы (Software). 
Компьютерлік жүйелер үғымын немесе мәліметтерді өңдеу 
жүйелерін осы төрт комбинацияны - машиналарды, 
мәліметтерді, программаларды және адамды - біріктіре 
қарастыру кезінде қолданады. 

1.3 Үзу контроллері

 
        Үзу деп микропроцессорды уақытша басқа программаның орындалуына, бірақ кейін тоқтатылған программаға қайтып оралатындай етіп ауыстырып қосатын прцесс деп түсінуге болады.

Үзулер механизмін қолдану  бізге не береді деген сұрақ туындайды? Ол тек сыртқы құрылғылармен ғана емес, сонымен қатар программалармен  ыңғайлы басқаруға мүмкіндік  береді. Пернетақтада пернені басқанда сіз басу арқылы басылған пернені  түсінетін программаның шақырылуын орындайсыз. Бұл кезде оның коды пернетақта буферіне кейін ол басқа  программамен немесе операциялық жүйемен  оқылатындай етіп енгізіледі. Мұндай өңдеу уақыты кезінде микропроцессор белгілі бір программаның жұмысын  тоқтатады, яғни үзу өңдеу процедурасына  ауыстырылып қосылады. Бұдан кейін  берілген процедура қажетті іс-әрекеттерді  орындағаннан кейін, тоқтатылған программа  өз жұмысын жалғастырады.

 

 

 

1.4 Үзулердің жіктелуі

 

Жоғарыда айтылғанға қарап  үзулерді сыртқы және ішкі деп бөлуге

 болады

          Сыртқы үзулер деп микропроцессорға қарағанда сыртқы жағдайлармен шақырылатын (яғни сыртқы үзу сигналдары INTR және NMI-ға беріледі).

 

 

1 .1- сурет Intel микропроцессорлары негізінде компьютердің үзу жүйесі

 

INTR (Interrupt Request) – үзуді сұрату. Сыртқы құрылғылардан келетін сұратуларды қабылдайды. Мысалға: сағат, пернетақта, қатты диск және т.б.

NMI (No Maskable Interrupt) – маскаланбаған  үзулер үшін қолданылады.

Ішкі үзулер микропроцессорда есептеу процесі кезінде екі  жағдайда пайда болады:

1. ескерту немесе ескертетін жағдай (белгілі бір программаның командасын орындау кезінде пайда болатын микропроцессордың дұрыс емес ішкі күйі);
2. Int x,x машиналық командамен өңдеу. Үзудің бұл типі көмегімен программист керек уақытта өзінің сұратуларын өңдеу үшін операциялық жүйеге, не BIOS-қа, не өзінің үзу өңдеу программаларына оралады.

 

1.5 Аппараттық және программалық үзу өңдеу құралдарының сипаттамасы

 

Үзу жүйесі деп үзу механизмін іске асыратын программалық және аппараттық құралдардың жиынтығын айтады.

Үзу жүйесінің аппаратты  құралдарына мыналар жатады:

1. микропроцессордың шығыстары:
• INTR – кірген сыртқы үзу сигналының шығысы. Бұл кіріске i8259А үзу контроллерінің микросхемасынан шығатын сигнал келіп түседі;
• INTA – микропроцессордың шығыс сигналын, яғни үзу сигналын алғаны жөнінде растау шығысы. Бұл шығыс сигналы i8259А үзу контроллерінің микросхемасының INTA  кірісіне келеді;
2. i8259А программаланатын үзу контроллерінің микросхемасы. Ол 8 әртүрлі сыртқы құрылғыдан келетін үзу сигналдарын қабылдауға арналған;
3. сыртқы құрылғылар: таймер, пернетақта, магнитті дискілер және т.б.;

Нақты жұмыс режимінің  үзу жүйесіндегі программалық құрылғыларына  мыналар жатады:

1. үзулердің векторлық кестесі. Бұл кестеде белгілі бір форматқа (ол микропроцессордың жұмыс режиміне тәуелді) сәйкес үзуді өңдейтін процедураның сілтемелері бар;
2. flags\eflags жалаушалар регистріндегі келесі жалаушалар:
• IF (Interrupt Flag) – үзу жалаушасы. Аппаратты үзулерді, яғни INTR кірісі бойынша келетін үзулерді маскалауға (болдырмауға) арналған. Үзулерді өңдеудің басқа жалаушаларына әсері жоқ. Егер IF=1 болса, онда микропроцессор сыртқы үзулерді өңдейді, ал егер IF=0 болса, онда INTR кірісіне келетін сигналдарды қабылдамайды;
• TF (Trace Flag) – трассировка жалаушасы. Жалаушаның бірлік күйі микропроцессорды командалық жұмыс режиміне аударады. Командалық жұмыс режимінде әр машиналық команданың орындалуынан кейін микропроцессорда  1 номерлі ішкі үзуі таңданады да, берілген үзуді өңдеу алгоритмге сәйкес орындалады;

3)  микропроцессордың  машиналық командалары: int, into, iret, cli, sti

 

 

1.6 Программаланатын үзу контроллері

 

Үзу контроллері келесі әрекеттерді  орындайды:

1. 8 құрылғыдан келетін үзулерді өңдеудің сұратуын белгілеп, одан бір сұрату қалыптастырып, оны микропроцессордың INTR кірісіне беру.
2. Үзу векторының номерін қалыптастырып оны мәліметтер шинасына шығару.
3. Үзулерді өңдеудің дәрежесін ұйымдастыру.
4. Белгілі бір номері бар үзуді болдырмау ( маскалау).

 

 

1.2-сурет i8259A шығыстарының құрылымдық және сұлбалық көрінісі

 

i8259A шығыстарының қызметін  қарастырайық:

do…d7 – жүйелік мәліметтер  шинасына тұйықталатын шығыстар. Олар арқылы үзудің вектор  номері беріледі және де басқарылатын  ақпарат қабылданады.

INT – микропроцессордың  INTR кірісіне берілетін үзу сұрату  шығысының шығыс сигналы.

INTA – микропроцессордың  үзудің қызмет көрсетуге алынғанын  растайтын сигналын шығаруға  арналған шығысы.

irq0…irq7 – сыртқы құрылғыларда  үзуге кіріс сигналдарын сұратуға  арналған шығыстар.

Бұл контроллердің негізгі  қасиеті – оның программалануы. Бұл қасиеті апппаратты үзулерді өңдеудің алгоритмін өзгертуге мүмкіндік  береді. Осыған байланысты i8259A микросхемасының 2 күйі болады: