Предисловие. 
Цифровые устройства и микропроцессоры

Данное учебное пособие рекомендовано к изучению по специальностям «Радиотехника» и «Радиосвязь, радиовещание и телевидение» для студентов любой формы обучения. Также книга будет полезна тем, кто хочет изучить «азбуку» цифровой техники и понять устройство и принципы работы микропроцессоров.

В результате освоения курса обучающийся должен:

;тать

• • методы анализа и принципы построения цифровых устройств; уметь
• • разрабатывать и исследовать цифровые устройства; владеть
• • аппаратом алгебры логики и приемами программирования типовых вычислительных процессов на языке низкого уровня.

Введение

Цифровые вычислительные машины прочно вошли в нашу жизнь и находят применение во все больших сферах человеческой деятельности. Они используются и для расчетов по заданным математическим формулам, и для управления механизмами, устройствами и транспортом. При этом управляемое устройство обычно может находиться в двух состояниях: «включено» или «выключено» (лампа светится или нет, электрический двигатель включен или нет, механизм работает или выключен). Использование двоичных сигналов позволило увеличить чувствительность и помехоустойчивость аппаратуры управления, позволяет хранить большие объемы информации и изменять алгоритмы обработки — перепрограммировать устройства.

В природе все процессы непрерывные (аналоговые). Аналоговый сигнал есть непрерывная функция непрерывного времени. Это значит, что в произвольный момент времени можно найти значение сигнала с любой точностью. Цифровые машины работают с цифровыми сигналами. Цифровой сигнал есть дискретная функция дискретного времени и Г (рис. 1), где п — номер такта (п = 1, 2, 3, 4,…), Т — шаг дискретизации по времени.

Рис. 1. Цифровой сигнал.

Здесь сигнал принимает только фиксированные значения, определяемые шагом квантования, но амплитуде dU (связано с разрядностью счета или точностью представления числа).

Быстродействие цифровых вычислительных машин определяется шагом дискретизации по времени, а точность представления сигнала — числом уровней квантования. Конечно, это недостатки цифровых вычислителей, но уже существуют машины с быстродействием до 100 млрд онераций/с, а точность — до 40 десятичных разрядов, что достаточно для решения большинства технических задач, возлагаемых на вычислительную технику.

В зависимости от назначения все цифровые машины (электронно-вычислительные машины — ЭВМ) условно делят:

• 1) на микрокалькуляторы;
• 2) микроЭВМ — вычислители, встроенные в приборы — стиральную машину, автомобиль или другое устройство;
• 3) персональные компьютеры (ПК). Первые ПК появились в 1975 г., когда фирма apple выпустила их в количестве 575 шт. В 2001 г. каждая семья в США имела по два ПК. На их основе создают автоматизированные системы управления (например, диспетчерские пульты или системы продажи билетов);
• 4) универсальные ЭВМ;
• 5) быстродействующие ЭВМ, на их основе строятся вычислительные центры (кустовые и региональные) для решения сложных управленческих задач, например гидрометеослужба, системы наблюдения за воздушным пространством, управления флотами и др.;
• 6) сверхбыстродействующие ЭВМ — престижные ЭВМ для решения специальных задач.

Особую группу вычислительных устройств составляют микропроцессоры (МП). МП — это большая интегральная схема (ИС) с программируемой логикой работы. МП самостоятельного значения не имеет (у него нет памяти и устройств ввода/вывода информации). МП может работать только в составе микропроцессорной системы (МПС). Разрядность обрабатываемых данных составляет 4, 8, 10, 12, 16, 32, 64 бит (двоичных разрядов). Тактовая частота работы составляет единицы гигагерц. На базе МП строятся любые современные вычислители и устройства логического управления — контроллеры.