Решение.

RS-триггер - триггер, который сохраняет своё предыдущее состояние при одних комбинациях сигналов на входах и меняет своё выходное состояние при подаче на один из его входов единицы. RS-триггеры иногда называют RS-фиксаторами. RS-триггеры разделяются на асинхронные и синхронные.

Асинхронный триггер представляет собой запоминающую ячейку.

Реализация RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ и его таблица переходов представлены на рисунках ниже.

В приведенной таблице переходов “запрещенная комбинация” означает то, что данная комбинация противоречит принципу работы триггера.

Его УГО представлено ниже.

У синхронного триггера состояние его входов учитывается только в момент тактирования, например по переднему фронту импульса. Основу синхронного одноступенчатого триггера составляет рассмотренная выше запоминающая ячейка. Синхросигнал C разрешает передачу на входы элементов 1 и 2 таких значений сигналов S и R, которые устанавливают запоминающую ячейку в то или иное состояние. Неактивное значение синхросигнала (сигнал 0) обеспечивает режим хранения.

Схема синхронного одноступенчатого RS-триггера и его таблица переходов приведена на рисунке ниже.

Данная таблица переходов будет реализовываться лишь при активном уровне синхросигнала C (C=1). C=0 соответствует режиму хранения запоминающей ячейки.

Рассмотренный синхронный RS-триггер является триггером со статической синхронизацией.

У триггеров с динамической синхронизацией изменение состояния триггера под воздействием поступивших управляющих сигналов происходит только в момент переключения синхронизирующего сигнала с низкого уровня на высокий (или с высокого на низкий). При постоянном значении уровня синхросигнала состояние выхода триггера с динамической синхронизацией не меняется при любых изменениях управляющих сигналов на его входах.

УГО синхронных RS-триггеров показаны на рисунке ниже.

УГО RS-триггера с различной синхронизацией: а - статическая синхронизация; б - статическая инверсная синхронизация; в - динамическая синхронизация передним фронтом синхросигнала; г - динамическая синхронизация задним фронтом синхросигнала.

 

А. Дать описание одного из устройств персонального компьютера (ПК).

3. Система прерываний

Ответ.

Прерывание - приостановление работы одной программы и передача управления другой при возникновении некоторого независящего от них события. При этом сохраняется возможность возврата управления прерванной программе, без потери ею работоспособности.

Процессор может обрабатывать 256 типов прерываний: аппаратных и программных. Аппаратные прерывания используются для организации взаимодействия с внешними устройствами. Запросы аппаратных прерываний поступают на специальные входы микропроцессора. Программные прерывания вызываются следующими ситуациями: при препятствии нормального продолжения программы (деление на ноль, переполнение, нарушение защиты памяти, отсутствие нужной страницы в оперативной памяти и т.п.); наличие в программе специальной команды прерывания INT, используемой обычно программистом при обращениях к специальным функциям операционной системы для ввода-вывода информации.

Векторы (адреса) прерываний представляют собой двойное слово (два слова по 16 разрядов), определяющее сегмент и смещение начального адреса программы обработки прерываний. Для векторов прерываний отведена область памяти с адресами $0000…$03FF.

Адреса подпрограмм обслуживания прерываний находятся в специальной таблице и называются векторами прерывания. В реальном режиме таблица векторов располагается в начале физической памяти; вектор имеет длину четыре байта и храниться в форме CS:IP. В защищенном режиме таблица векторов может быть расположена в любом месте и содержит более сложные дескрипторы (в режиме V86 имеется подобие таблицы реального режима).

Работа с системой прерываний может рассматриваться с двух точек зрения:

1. Работа с векторами прерываний;

2. Работа с микросхемами контроллеров прерываний.

Необходимость работать с таблицей прерываний может возникнуть в следующих случаях:

1. Как прерывание можно вызывать одну из пользовательских подпрограмм. Хотя вызов подпрограммы как прерывания требует больше процессорного времени, такой подход оправдан, если необходимо нарушить принцип иерархичности программного обеспечения внутри одного модуля или если эта процедура используется многими программами (ее можно оставить резидентной после завершения программы).

2. Второй причиной написания прерывания может быть использование какого-либо отдельного аппаратного прерывания. Это прерывание автоматически вызывается при возникновении определенных условий. Обычно BIOS инициализирует неиспользуемые ею вектора прерываний так, что они указывают на процедуру, которая вообще ничего не делает (она содержит один оператор IRET). Можно написать свою процедуру и изменить вектор прерываний, чтобы он указывал на нее. Тогда при возникновении аппаратного прерывания будет выполняться собственная процедура.

3. Возможна подмена существующего прерывания на собственное. Одно из таких прерываний - это прерывание времени суток, которое автоматически вызывается 18.2 раза в секунду. Обычно это прерывание только обновляет показание часов, но можно использовать его для синхронизации событий внутри программы.

4. Наконец, можно написать прерывание, которое дополнит одну из процедур операционной системы. В этом случае после выполнения необходимых Вам действий необходимо передать управление исходной подпрограмме обслуживания прерываний. Такой прием может понадобиться при написании резидентных программ, получающих управление при получении определенной команды с клавиатуры.

 

Б. Дать описание машинных команд, их назначение, запись их в мнемокодах.

1. Команды пересылки.

Ответ.

К этой группе относятся следующие команды:

1. MOV - это основная команда пересылки данных. Она реализует самые разнообразные варианты пересылки. Отметим особенности применения этой команды:

a. командой mov нельзя осуществить пересылку из одной области памяти в другую. Если такая необходимость возникает, то нужно использовать в качестве промежуточного буфера любой доступный в данный момент регистр общего назначения.

b. нельзя загрузить в сегментный регистр значение непосредственно из памяти. Поэтому для выполнения такой загрузки нужно использовать промежуточный объект. Это может быть регистр общего назначения или стек.

c. нельзя переслать содержимое одного сегментного регистра в другой сегментный регистр. Это объясняется тем, что в системе команд нет соответствующего кода операции. Но необходимость в таком действии часто возникает. Выполнить такую пересылку можно, используя в качестве промежуточных все те же регистры общего назначения.

d. нельзя использовать сегментный регистр cs в качестве операнда назначения. Причина здесь простая. Дело в том, что в архитектуре микропроцессора пара cs:ip всегда содержит адрес команды, которая должна выполняться следующей. Изменение командой mov содержимого регистра cs фактически означало бы операцию перехода, а не пересылки, что недопустимо.

2. MOVS Пересылка данных из строки в строку

MOVSB Пересылка байта данных из строки в строку

MOVSW Пересылка слова данных из строки в строку

Команды предназначены для операций над строками (строкой называется последовательность байтов или слов памяти с любым содержимым). Они пересылают по одному элементу строки, который может быть байтом или словом. Первый операнд (приемник) адресуется через ES:DI, второй (источник) - через DS:SI. Операцию пересылки можно условно изобразить следующим образом: (DS:SI) -> (ES:DI).

После каждой операции персылки регистры SI и DI получают положительное (если флаг DF=0) или отрицательное (если флаг DF=1) приращение. Величина приращения составляет 1 или 2 в зависимости от размера пересылаемых элементов.

Вариант команды MOVS имеет формат: movs строка_1, строка_2

(что не избавляет от необходимости инициализировать регистры ES:DI и DS:SI адресами строк строка_1 и строка_2 соответственно). В этом формате возможна замена сегмента второй строки:

movs строка_1, ES:строка_2

Рассматриваемые команды могут предваряться префиксами повторения REP (повторять CX раз). После выполнения рассматриваемых команд регистры SI и DI указывают на ячейки памяти, находящиеся за теми (если DF=0) или перед теми (DF=1) элементами строк, на которых закончились операции пересылки.

3. Команда MOVZX копирует содержимое исходного операнда в больший по размеру регистр получателя данных. При этом оставшиеся неопределенными биты регистра-получателя (как правило, старшие 16 или 24 бита) сбрасываются в ноль. Эта команда используется только при работе с беззнаковыми целыми числами. Существует три варианта кoмaнды MOVZX:

MOVZX rl6, r/m8

MOVZX r32, r/m8

MOVZX r32, r/m16

В качестве операнда-получателя может быть задан только 16- или 32-разрядный регистр.

4. Команда MOVSX копирует содержимое исходного операнда в больший по размеру регистр получателя данных, также как и команда MOVZX. При этом оставшиеся неопределенными биты регистра-получателя (как правило, старшие 16 или 24 бита) заполняются значением знакового бита исходного операнда. Эта команда используется только при работе со знаковыми целыми числами. Существует три варианта команды MOVSX:

MOVSX r16, r/m8

MOVSX r32, r/m8

MOVSX r32, r/m16

При загрузке меньшего по размеру операнда в больший по размеру регистр с помощью команды MOVSX, знаковый разряд исходного операнда дублируется (т.е. переносится или расширяется) во все старшие биты регистра-получателя.

5. Команда LAHF позволяет загрузить в регистр АН младший байт регистра флагов EFLAGS. При этом в регистр АН копируются следующие флаги состояния: SF (флаг знака), ZF (флаг нуля), AF (флаг служебного переноса), PF (флаг четности) и CF (флаг переноса). С помощью этой команды можно легко сохранить содержимое регистра флагов в переменной для дальнейшего анализа.

6. Команда SAHF помещает содержимое регистра AH в младший байт регистра флагов EFLAGS. Например, вы можете восстановить сохраненное ранее в переменной значение флагов.

7. XCHG. Для двунаправленной пересылки данных применяют команду xchg. Для этой операции можно, конечно, применить последовательность из нескольких команд mov, но из-за того, что операция обмена используется довольно часто, разработчики системы команд микропроцессора посчитали нужным ввести отдельную команду обмена xchg. Схема команды: xchg операнд_1, операнд_2

Назначение: обмен двух значений между регистрами или между регистрами и памятью. Алгоритм работы: обмен содержимого операнд_1 и операнд_2.

Команду xchg можно использовать для выполнения операции обмена двух операндов с целью изменения порядка следования байт, слов, двойных слов или их временного сохранения в регистре или памяти. Альтернативой является использование для этой цели стека. Операнды должны иметь один тип. Не допускается (как и для всех команд ассемблера) обменивать между собой содержимое двух ячеек памяти.

 

 

 

 

В. Адресация памяти.

2. Определить смещение, если физический адрес равен 0АF76, а в регистре DS находится число 0123h.

Ответ.

Смещение = 0AF76h-0123h=AE53h

 

 

Г. Найти исполнительные адреса операндов команд, мнемокоды которых указаны ниже. Объяснить, какую операцию выполняет микропроцессор по этой команде.

5. MOV [2456h], CX; MOV CX,2456h

Ответ.

1. MOV [2456h], CX; Занесение 2-х байтового значения регистра CX в ячейку памяти по адресу 2456h. Исполнительный адрес 890E5624.

2. MOV CX,2456h; Занесение 2-х байтового числа 2456h в 2-х байтовый регистр CХ. Исполнительный адрес B95624.

 

 

Д. Указать, какие способы адресации использованы в нижеследующих командах. Объяснить, какую операцию выполняет микропроцессор по этой команде.

3. MOV AX, 1234h; MOV AX,[1345h]; MOV DL,[AX]; MOV DX,AX

Ответ.

1. MOV AX, 1234h; Занесение 2-х байтового числа 1234h в 2-х байтовый регистр АХ. Адресация – непосредственная.

2. MOV AX,[1345h]; Копирование содержимого ячеек оперативной памяти 1345h и 1346h, в 2-х байтовый регистр AХ. Адресация – прямая.

3. MOV DL,[AX]; Запись в регистр DL байт слово из ячейки памяти, селектор сегмента которых находиться в DS, а смещение в AX. Адресация – косвенная обычная.

4. MOV DX,AX; Копирование содержимого регистра AX в регистр DX. Прямая регистровая адресация.

 

 

E. Нарисовать структурную схему, объяснить назначение каждого блока схемы и их взаимодействие.

2. Персональный компьютер.

Ответ.

Рисунок 1. Структурная схема ПК

 

Основным устройством ПК является материнская плата, которая определяет его конфигурацию. Все устройства ПК подключаются к этой плате с помощью разъемов расположенных на этой плате. Соединение всех устройств в единую систему обеспечивается с помощью системной магистрали (шины), представляющей собой линии передачи данных, адресов и управления. Ядро ПК образуют процессор (центральный микропроцессор) и основная память, состоящая из оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) или перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства ППЗУ. ПЗУ предназначается для записи и постоянного хранения данных. Подключение всех внешних устройств: клавиатуры, монитора, внешних ЗУ, мыши, принтера и т.д. обеспечивается через контроллеры, адаптеры, карты. Контроллеры, адаптеры или карты имеют свой процессор и свою память, т.е. представляют собой специализированный процессор.

Центральный микропроцессор (небольшая микросхема, выполняющая все вычисления и обработку информации) - это ядро ПК. В компьютерах типа IBM PC используются микропроцессоры фирмы Intel и совместимые с ними микропроцессоры других фирм.

Компоненты микропроцессора:

 АЛУ выполняет логические и арифметические операции

 Устройство управления управляет всеми устройствами ПК

 Регистры используются для хранения данных и адресов

 Схема управления шиной и портами - осуществляет подготовку устройств к обмену данными между микропроцессором и портом ввода-вывода, а также управляет шиной адреса и управления.

Основные характеристики процессора:

 Разрядность - число двоичных разрядов, одновременно обрабатываемых при выполнении одной команды. Большинство современных процессоров - это 32–разрядные процессоры, но выпускаются и 64-разрядные процессоры.

 Тактовая частота - количество циклов работы устройства за единицу времени. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность.

 Наличие встроенного математического сопроцессора.

 Наличие и размер Кэш- памяти.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM) - область памяти, предназначенная для хранения информации в течение одного сеанса работы с компьютером. Конструктивно ОЗУ выполнено в виде интегральных микросхем.

Из нее процессор считывает программы и исходные данные для обработки в свои регистры, в нее записывает полученные результаты. Название “оперативная” эта память получила потому, что она работает очень быстро, в результате процессору не приходится ждать при чтении или записи данных в память.

Однако быстродействие ОЗУ ниже быстродействия регистров процессора, поэтому перед выполнением команд процессор переписывает данные из ОЗУ в регистры. По принципу действия различают динамическую память и статическую.

Ячейки динамической памяти представляют собой микроконденсаторы, которые накапливают заряд на своих обкладках. Ячейки статической памяти представляют собой триггеры, которые могут находиться в двух устойчивых состояниях. Основные параметры, которые характеризуют ОЗУ – это емкость и время обращения к памяти. ОЗУ типа DDR SDRAM (синхронная память с двойной скорость передачи данных) считается наиболее перспективной для ПК.

Компьютеру необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор будет простаивать, и быстродействие компьютера уменьшится. Поэтому современные компьютеры оснащаются Кэш-памятью или сверхоперативной памятью. При наличии Кэш-памяти данные из ОЗУ сначала переписываются в нее, а затем в регистры процессора. При повторном обращении к памяти сначала производится поиск нужных данных в Кэш-памяти и необходимые данные из Кэш-памяти переносятся в регистры, поэтому повышается быстродействие.

Только та информация, которая хранится в ОЗУ, доступна процессору для обработки. Поэтому необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились программа и данные. В ПК информация с внешних устройств (клавиатуры, жесткого диска и т.д.) пересылается в ОЗУ, а информация (результаты выполнения программ) с ОЗУ также выводится на внешние устройства (монитор, жесткий диск, принтер и т.д.).Таким образом, в компьютере должен осуществляться обмен информацией (ввод-вывод) между оперативной памятью и внешними устройствами. Устройства, которые осуществляют обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами называются контроллерами или адаптерами, иногда картами. Контроллеры, адаптеры или карты имеют свой процессор и свою память, т.е. представляют собой специализированный процессор. Контроллеры или адаптеры (схемы, управляющие внешними устройствами компьютера) находятся на отдельных платах, которые вставляются в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате

Системная магистраль (шина) - это совокупность проводов и разъемов, обеспечивающих объединение всех устройств ПК в единую систему и их взаимодействие. Для подключения контроллеров или адаптеров современные ПК снабжены такими слотами как PCI. Слоты PCI-E Express для подключения новых устройств к более скоростной шине данных. Слоты AGP предназначены для подключения видеоадаптера. Для подключения накопителей (жестких дисков и компакт-дисков) используются интерфейсы IDE и SCSI. Интерфейс - это совокупность средств соединения и связи устройств компьютера. Подключение периферийных устройств (принтеры, мышь, сканеры и т.д.) осуществляется через специальные интерфейсы, которые называются портами. Порты устанавливаются на задней стенке системного блока. Слоты (разъемы) расширения конфигурации ПК предназначены для подключения дополнительных устройств к основной шине данных компьютера. К основным платам расширения, предназначенным для подключения к шине дополнительных устройств, относятся:

 Видеоадаптеры (видеокарты)

 Звуковые платы

 Внутренние модемы

 Сетевые адаптеры (для подключения к локальной сети)

 SCSI - адаптеры

Для хранения программ и данных в ПК используются накопители различных типов. Накопители - это устройства для записи и считывания информации с различных носителей информации. Различают накопители со сменным и встроенным носителем. По типу носителя информации накопители разделяются на накопители на магнитных лентах и дисковые накопители. К накопителям на магнитных лентах относятся стримеры и др. Более широкий класс накопителей составляют дисковые накопители. По способу записи и чтения информации на носитель дисковые накопители разделяются на магнитные, оптические и магнитооптические. К дисковым накопителям относятся: накопители на флоппи-дисках; накопители на несменных жестких дисках (винчестеры); накопители на сменных жестких дисках; накопители на магнитооптических дисках; накопители на оптических дисках (CD-R CD-RW CD-ROM) с однократной записью и накопители на оптических DVD - дисках (DVD-R DVD-RW DVD-ROM и др.)

Периферийные устройства - это устройства, которые подключаются к контроллерам ПК и расширяют его функциональные возможности. По назначению дополнительные устройства разделяются на: устройства ввода (трекболы, джойстики, световые перья, сканеры, цифровые камеры, диджитайзеры) устройства вывода (плоттеры или графопостроители) устройства хранения (стримеры, zip - накопители, магнитооптические накопители, накопители HiFD и др.) устройства обмена (модемы).