Сравнительный анализ реализации алгоритма аппаратным и программным способом, страница 2

Программа – это описание алгоритма в форме, воспринимаемой данным вычислительным устройством. Программа состоит из отдельных команд. Каждая команда предписывает определенное действие  и указывает, над какими переменными это действие совершается.

Более детальная схема устройства, реализующего данный алгоритм программным способом, представлена на рис.1.3. Здесь можно видеть все те же блоки, которые показаны на рис.1.2. Арифметико-логический блок содержит отдельно умножитель и сумматор. ЗУ  чисел в данном примере состоит из восьми ячеек памяти  (ЯП1÷ЯП8),  куда записываются и где затем хранятся первоначально заданные и промежуточные переменные, а так же окончательный результат. В ЗУ команд записывается программа работы устройства  по реализации данного алгоритма. На схеме программа представлена в десятичном  коде, в то  время как в реальном исполнении она представляется в двоичном коде. Управление всем процессом вычислений, а также  вводом и выводом данных осуществляется устройством  управления (УУ), путем открытия и закрытия  в соответствующие моменты времени электронных ключей, общее число которых в данной  схеме равно 40. Причем 32 ключа стоят на соединениях ЗУ чисел с АЛУ, а 8 ключей служат для записи и считывания чисел в ЗУ чисел.

Рис. 1.3. Детальная схема устройства, реализующего данный алгоритм

программным способом

В табл. 1.1. показан пример  разработки программы работы устройства по реализации данного алгоритма. В первом столбце указываются номера команд, первые четыре из которых относятся к процессу вычисления, а пятая команда – на вывод  результата из устройства. Далее по порядку записываются коды команд, причем каждая команда указывает  код операции (например, 01 – сложение, 02 – умножение, 03 – вывод результата) адрес первого операнда (числа),адрес второго операнда(числа) , адрес (номер) ячейки  памяти , куда  записывается результат . В последнем столбце указываются номера ключей, задействованные  при выполнении данной команды.

Таблица 1.1

1)  АХ = М ;  2)  М+В =N ;  3)  N Х = К ; 4)  К+С = У

Номер  команды	Код команды				номер открываемого ключа
	код операции	адрес первого операнда	адрес второго операнда	адрес результата
1	02	1	4	5	1, 12 , 37
2	01	5	2	6	21 , 26 , 38
3	02	6	4	7	6 , 12 , 39
4	01	7	3	8	23 , 27 , 40
5	03	8	0	0	40

Преимущества программного способа реализации алгоритма следующие:

-   путем изменения программы (в ЗУ команд) можно  на одном устройстве решать различные задачи;

- с усложнением алгоритма объем оборудования увеличивается незначительно, главным образом, за счет ячеек памяти, в то время как другие ячейки остаются неизменными.

Рассмотренное устройство по своей структуре  и выполняемым функциям аналогично ЭВМ. Та часть устройства, которая осуществляет процесс вычислений  и управляет им, называется процессором. Процессор, реализованный средствами интегральной техники в одной или нескольких  БИС (больших интегральных схемах), называется  микропроцессором (МП). Структурная схема микропроцессора представлена на рис. 1.4. Он включает в себя АЛУ,  УУ и ряд регистров для различной информации.

На рис. 1.5. представлена укрупнённая структурная схема микро-ЭВМ. В состав ее входит микропроцессор (МП), оперативное  запоминающее устройство вывода (ОЗУ), постоянно запоминающее устройство (ПЗУ), устройство ввода – вывода (УВВ), выполняющие вспомогательное назначение и обеспечивающие сопряжение с внешними устройствами  типа дисплея, внешней памяти, считывающего устройства и т.п. Соединение между блоками осуществляется  многопроводными шинами: ША – шина адресов; ШЧ – шина чисел; ШУ – шина управления.

Рис. 1.4. Структурная схема микропроцессора

Рис. 1.5. Укрупнённая структурная схема микро-ЭВМ

В табл. 1.2. представлены различные виды памяти, используемые в  микро-ЭВМ. Первый тип памяти – это обычное запоминающие устройство (ПЗУ) или в международном обозначении RO(Read only memory).  Запись информации осуществляется на одном  из последних этапов  технологического процесса изготовления транзисторов путём подсоединения к шине строки. Например, если нужно записать двоичную единицу  «1» в данной позиции, то транзистор соединяют с шиной. Если нужно «0» , такого соединения не делают. Данный тип памяти используют только для считывания.

Второй тип памяти  - программируемое постоянно запоминающее устройства (ППЗУ) или PROM (Programmable  real  only memory). Запись  информации осуществляется путем пережигания на специальной установке плавких перемычек в точках соединения столбцов  и строк, образуя при этом «0» в нужных позициях. Таким образом, данное запоминающее устройство  можно программировать, но только один раз. В дальнейшем его используют только для считывания информации.

Таблица 1.2

Тип памяти	ПЗУ (ROM)	ППЗУ (PROM)	РПЗУ (PEROM) (EPROM)	ОЗУ (RAM)
Функция	Только для считывания	Програм- мируемая только для считывания	Перепрограм- мируемая для записи и считывания	Перепрограм- мируемая, для записи и считывания
Элементы памяти	Транзисторы  (в составе интегральной схемы)	Транзисторы (в составе интегральной схемы)	Специальные транзисторы с изменением состояния	Триггерные ячейки
Метод   записи программы	Путем фор- мирования схемы соединений	Путем пережигания плавких перемычек  транзисторов -	Путем изме- нения состояния  или смены платы	С помощью электрических сигналов
Примечание	На заводе изготовителе	На заводе изготовителе по заказу пользователя	У потребителя     на специальном   устройстве	У потребителя по программе

Третий тип памяти – репрограммируемое   постоянное запоминающее устройство (РПЗУ) или REPROM (Reprogrammable memory). Запись информации осуществляется путем подачи импульсных сигналов  повышенного напряжения или сигналов обратной полярности на специальные транзисторы. Число циклов перепрограммирования может составлять несколько тысяч. Память используется как для считывания, так и для записи.

Последний тип памяти – оперативно запоминающее устройство(ОЗУ) или RAM ( Random access memory) представляет собой матрицу – накопитель элементов памяти с функциональными узлами, необходимых для управления  матрицей – накопителем, усиления сигналов при записи и считывания и обеспечения синхронизации работы схемы. Элементами памяти являются триггерные ячейки.

Все три типа ПЗУ предназначены для хранения постоянной  информации: подпрограмм, микропрограмм, констант и т.п. Если микро- ЭВМ входит в состав системы  ЧПУ, то в ПЗУ хранятся алгоритмы по управлению работой  всех элементов и устройств, входящих в систему. ОЗУ предназначено для хранения переменной информации, в частности для хранения управляющих  программ обработки деталей.