Opakovanie 8051

1. Opakovanie 8051

2. 9415 10 8E H 752 8 VII Číselné sústavy 10110010 2

3. Základné pojmy • Číselná sústava je systém jednoznačných pravidiel pre zobrazenie číselných hodnôt pomocou konečného počtu znakov (číslic, cifier) • Číslo je reprezentované v danej číselnej sústave postupnosťou číslic • Číselnú sústavu charakterizuje z vonkajšieho pohľadu použitá množina znakov - číslic

4. Delenie číselných sústav • Polyadické (pozičné) – význam číslice vždy závisí od jej pozície v zápise • Pozičné sústavy sú napr. desiatková, osmičková, dvojková, šestnástková • Nepolyadické (nepozičné) – význam číslice nemusí vždy závisieť od jej pozície v zápise • Nepozičné sústavy sú napr. rímska alebo „pivná“ • Vo výpočtovej technike sa používajú len pozičné sústavy

5. Príklad Príklad: Preveďte číslo 39 z desiatkovej do dvojkovej sústavy. Dané: Nc=Nc0=39 z=2 A=? Vzťahy: ai = zvyšok po delení (Nci /z) Nci je celočíselný podiel Nci-1/z V Ý Z N A M (39)10 = (100111)2

6. Príklad Príklad: Preveďte číslo 100111 z dvojkovej do desiatkovej sústavy. Dané: z=2 a5=1,a4=0,a3=0, a2=1,a1=1,a0=1 Nc=? Vzťahy: Riešenie: Nc = a5*25 + a4*24 + a3*23 + a2*22 + a1*21 + a0*20 Nc = 1*32 + 0*16 + 0*8 + 1*4 + 1*2 + 1*1 Nc = 32 + 0 + 0 + 4 + 2 + 1 Nc = 39 (100111)2 = (39)10

7. Príklad Príklad: Preveďťe číslo 1110011.1101 z dvojkovej do osmičkovej sústavy Riešenie: Základ dvojkovej sústavy je 2=21, teda j=1. Základ osmičkovej sústavy je 8=23, teda k=3. 1. K celej časti pridáme nuly zľava tak, aby počet číslic bol násobkom k. Počet číslic celej časti je 7. Najbližší násobok čísla 3 je 9. Teda celá časť čísla bude mať 9 číslic => 001110011 2. K desatinnej časti pridáme nuly sprava tak, aby počet číslic bol násobkom k. Počet číslic desatinnej časti je 4. Najbližší násobok čísla 3 je 6. Teda desatinná časť čísla bude mať 6 číslic => 110100

8. Príklad 3. Z cifier ai vytvoríme k-tice, ktoré potom prevádzame na cifry pi. Teda z cifier čísla 001110011.110100 vytvoríme trojice, ktoré potom prevádzame. 001 | 110 | 011 . 110 | 100 1 6 3 . 6 4 (1110011,1101)2 = (163,64)8

9. Príklad Príklad: Preveďťe číslo 163.64 z osmičkovej do dvojkovej sústavy Riešenie: Základ osmičkovej sústavy je 8=23, teda j=3. Základ dvojkovej sústavy je 2=21, teda k=1. 1. Jednotilvé číslice ai prevádzame na trojice 1 6 3 . 6 4 001 110 011 . 110 100 (1110011,1101)2 = (163,64)8

10. Zhrnutie

11. Reprezentácia informácie v počítači

12. Úvod • Informácie v počítači sa reprezentujú prostredníctvom hodnôt určitých fyzikálnych veličín • V reálnych počítačoch môžu tieto fyzikálne veličiny nadobúdať hodnoty iba z istej konečnej množiny hodnôt • Otázka: Aká fyzikálna veličina je nositeľom informácie v počítačoch? • Odpoveď: Elektrické napätie.

13. Analógové zobrazovanie informácií • Pri analógovom zobrazení ide o spojité zobrazenie, tj. každej hodnote vstupnej veličiny zodpovedá istá hodnota fyzikálnej veličiny (ktorá je nositeľom informácie) • Tento spôsob zobrazenia sa používal v analógových počítačoch a v súčasnosti sa s ním nestretneme.

14. Číslicové zobrazenie informácií • Pri číslicovom zobrazovaní informácie sa na uchovanie informácií používajú pamäťové prostriedky, ktoré sa nazývajú registre a pamäte. • Registre a pamäte sa skladajú z pamäťových elementov, tzv. buniek, ktoré sú schopné uchovávať jednu z dvoch hodnôt a to: • H (high) – vysokú úroveň fyzikálnej veličiny • L (low) – nízku úroveň fyzikálnej veličiny

15. Číslicové zobrazenie informácií • Týmto dvom hodnotám môžeme priradiť logické hodnoty 0 a 1. • V kladnej logike reprezentuje H logickú 1 a L logickú 0. V zápornej je to naopak. • Register je usporiadaná n-tica pamäťových buniek. Počet týchto buniek vyjadruje veľkosť registra. • Otázka: V čom sa vyjadruje veľkosť registrov a pamätí? • Odpoveď: V bitoch.

16. 1. bit (n-1). bit 0. bit Registre • Jednotlivé bity registra sa označujú sprava doľava a číslovanie bitov začína od 0. • Posledný bit osembitového registra bude mať poradové číslo 7.

17. Pamäte • Pamäť je množina rovnakých buniek, z ktorých každá je samostatne identifikovateľná svojou pozíciou - adresou. • Pre reprezentáciu informácií v pamäti čislicového počítača sa používa kódovanie pomocou postupnosti číslic 0 a 1 . • Sú to číslice, ktoré používa dvojková (binárna) číselná sústava. Preto uvedené postupnosti 0 a 1 budeme nazývať binárny kód .

18. Pamäte vs. registre • Pamäte majú väčšiu veľkosť ako registre, ich veľkosť sa udáva v násobkoch Byte-ov • Registre majú menšiu veľkosť ako pamäte, ich veľkosť sa udáva v bitoch alebo byte-och • V registroch nás väčšinou „zaujímajú“ jednotlivé bity a v pamätiach byte-y

19. Typy informácií • V číslicovom počítači sú binárne (bitovo) zobrazované (kódované) všetky druhy informácií: • údaje (údajové štruktúry) - informácie, ktoré sú predmetom alebo výsledkom spracovania (operandy, výsledky) • inštrukcie - informácie, ktoré definujú spôsob spracovania (operácie s operandami, operácie bez operandov)

20. ArchitektúryČP

21. Základné pojmy • Počítač je stroj na spracovanie údajov, ktorý pracuje samočinne podľa programu vopred zadaného a uloženého v pamäti. • Program je postupnosť inštrukcií vyjadrujúcich postup riešenia určitého problému • Procesor je základná jednotka počítača, t.j. logický automat pre spracovanie informácií.

22. Procesor • Hlavnými stavebnými prvkami procesora je ALJ a RJ • ALJ – aritmeticko logická jednotka slúži na vykonávanie aritmetických a logických operácií ( v angličtine sa označuje ako ALU ) • RJ – riadiaca jednotka pomocou riadiacich signálov riadi činnosť počítača

23. Procesor • Procesor okrem ALJ a RJ obsahuje ešte: • Registre (ACC, B, ...) • Programové počítadlo (PC) • Register inštrukcií • Hodiny • Dekóder inštrukcií • ...

24. Architektúra von Neumanna

25. Architektúra von Neumanna • Spojenie pamäte + ALU + RJ sa nazýva centrálna jednotka. • Styk počítača s okolím sa realizuje prostredníctvom V/V obvodov (jednotiek) • Sled inštrukcií – program, je uložený v pamäti, ktorej často hovoríme operačná pamäť. • Činnosť ČP riadi riadiaca jednotka.

26. Architektúra von Neumanna • Počítač von Neumanna používa jednu pamäť pre program a pre dáta a jeho jadrom je procesor, ktorý pozostáva z: • Inštrukčného registra • Čítača inštrukcií • Akumulátora • ALJ • RJ

27. A B ALJ C Architektúra von Neumanna Inštrukčný register Programové počítadlo Akumulátor n-bitová obojsmerná zbernica

28. Architektúra von Neumanna • V inštrukčnom registry je v uložený kód práve vykonávanej inštrukcie • V čítači inštrukcií je v uložená adresa nasledujúcej inštrukcie. Inkrementuje sa po vykonaní inštrukcie. • Akumulátor – zapamätáva dáta, ktoré budú spracovávané alebo výsledky operácií • ALJ vykonáva operácie s dátami na vstupoch A,B a výsledok je na výstupe C • Architektúra je sústredená okolo obojsmernej zbernice, po ktorej sa prenášajú dáta aj inštrukcie

29. Architektúra von Neumanna • Hlavnou zásadou von Neumana je, že počítač by sa nemal prispôsobovať potrebám konkrétnej aplikácie svojou vnútornou štruktúrou, ale len programovým vybavením. • Typické znaky architektúry riešenia von Neumana: • pevná inštrukčná sada • pevný operačný kód • pevný dekodér inštrukcií.

30. Harvardská architektúra

31. Harvardská architektúra • Používa dve oddelené pamäte pre dáta a program Pamäť dát Riadiaca pamäť ALJ Riadiaca jednotka

32. Harvardská architektúra • Riadiaca pamäť obsahuje informácie o riadení systému. • Informácie z tejto riadiacej pamäte sú dekódované riadiacou jednotkou, ktorá zabezpečuje následnosť výberu riadiacich signálov z riadiacej pamäti. • Podstatným znakom, ktorý odlišuje túto architektúru od von Neumanna je, že zmenou obsahu riadiacej pamäte je možné meniť riadenie systému, tj. meniť inštrukčnú sadu systému a operačný kód.

33. Rozdiel architektúr

34. Rozdiel architektúr • PC register u von NEUMANovskej koncepcie adresuje RAM pamäť a u HARWARDskej adresuje  ROM pamäť.    • HARWARDská architektúra nemá v inštrukčnom cykle krok  prenášajúci kód inštrukcie z RAM pamäte do Registra inštrukcií.  ROM pamäť supluje funkciu Registera inštrukcií. Jej výstup je priamo napojený na RJ a tak stačí mať v  PC registri adresu inštrukcie, ktorá sa bude vykonávať.  • U von NEUMANovskej koncepcie v RAM sa nachádzajú inštrukcie aj dáta (t.j. premenné aj konštanty), u HARWARDskej sa v RAM nachádzajú z len premenné dáta  a v ROM sa nachádzajú inštrukcie a z dát len konštanty (zapísujú sa tam spolu s programom). 

35. Bloková štruktúra mikropočítača Intel 8051

36. ROM RAM Styková jednotka Magnet. pamäť adresová zbernica dátová zbernica riadiaca zbernica Vstupná jednotka Výstupná jednotka Hodiny Bloková schéma CPU

37. CPU • CPU (central processor unit) – centrálna procesorová jednotka slúži na vykonávanie inštrukcií a riadi činnosť počítača • CPU=ALJ + RJ • CPU potrebuje k svojej činnosti tzv. hodiny, ktoré udávajú taktovaciu frekvenciu, teda počet impulzov za sekundu, počas ktorých dokáže CPU vykonať práve jednu operáciu

38. Pamäte • Mikropočítač Intel 8051 má dva typy pamätí: • ROM – read only memory, nazýva sa tiež riadiaca pamäť a obsahuje inštrukcie, ktoré má vykonať procesor • RAM – random access memory, nazýva sa tiež pamäť dát a obsahuje dáta, ktoré vstupujú do výpočtu, resp. z neho vystupujú

39. Vstupno-výstupné jednotky • Realizujú styk počítača s okolím • Vstupná jednotka slúži na načítanie informácií z okolia počítača, je akýmisi „očami a ušami“ počítača • Výstupná jednotka poskytuje informácie z počítača do okolia, je akýmisi „ústami“ počítača • V/V jednotky komunikujú so svojim okolím prostredníctvom elektrických signálov

40. Porty • Ako vstupno-výstupné jednotky slúžia v ČP 8051 takzvané porty • 8051 má 4 porty (P0 až P3) • Na porty je možné zapisovať údaje alebo z nich môžeme údaje čítať • Údaje, ktoré chceme zapísať/čítať zapisujeme/čítame do/z RAM (oblasť SFR), kde má každý port vyhradené svoje miesto o veľkosti 1B

41. Styková jednotka a magnetická pamäť • Magnetická pamäť je prídavná pamäť, ktorá sa dá pripojiť ako ďalšia RAM v prípade, že základná RAM nepostačuje k riadnemu chodu programu • Styková jednotka slúži na styk počítača s magnetickou pamäťou

42. Zbernice • Sú to paralelne vedené vodiče, po ktorých sa vysiela binárny kód ku rôznym častiam počítača • Podľa toho, aké signály sa vysielajú po zbernici, rozlišujeme zbernice na: • Dátovú – prenášajú sa po nej dáta • Adresovú – prenášajú sa po nej adresy • Riadaciu – prenášajú sa po nej riadiace signály

43. Púzdro a piny 8051

44. Porty P0-P3 • P0 - P3 sú tvorené špeciálnym zapojením registrov, ktoré umožňuje využívať porty oboma smermi. • Aby sme mohli prečítať vstupujúci údaj z pinu daného portu, musíme najprv na port  vyslať logickú "1". Pri reštarte počítača sa tento stav nastavuje automaticky.

45. Pin EA (External Access) • Má význam len pre I8051 a ovplyvňuje používanie CODE memory (ROM) v ktorej sa nachádza programový kód. • V prípade že EA = 0 tak sa program vykonáva iba z vonkajšej CODE pamäti. • Ak sa EA = 1 potom sa kombinuje vnútorná pamäť pre kód od adresy 0-0FFFH a externá pamäť 1000H-FFFFH. • Do prekrytej externej pamäte (internou pamäťou) sa pristupuje cez rozdielne inštrukcie.

46. ALE, PSEN*, RD*, RW* • ALE - Adress Low Enable • Pretože nižších 8 bitov adresovej zbernice sa musí deliť o port P0 s dátovou zbernicou, rieši sa to v priebehu inštrukčného cyklu tak, že najprv sa na porte objaví adresa a jej prítomnosť signalizuje signál ALE. • Ten sa využíva na zápis adresy do pomocných externých registrov. • Po odovzdaní adresy signál ALE sa vracia na pôvodnú hodnotu "1" a port P0 je uvoľnený pre dátovú zbernicu.   • PSEN*,RD*,WR*  • Sú riadiace signály, ktoré sú generované pri vykonávaní inštrukcií MOV,  MOVX a MOVC. • Spolu s Adresnou a  Dátovou zbernicou  (Porty P0 a P1) a so signálom ALE sa podieľajú na komunikácii s externou ROM pamäťou (PSEN* - čítanie) a s externou RAM pamäťou (RD*- čítanie, WR*- zápis). • Hviezdička (*) znamená, že signál je aktívny, ak je na príslušnom pine logická 0

47. Ostatné piny • INT0*, INT1* - obsluha externých prerušení • RXD, TXD – pin pre prijímanie a vysielanie údajov pri sériovej komunikácii dvoch zariadení • T0,T1 umožňujú riadiť vnútorné časovače pre synchronizáciu toku dát • VCC, GND – pin pre napájanie mikropočítača (VCC) a pre uzemnenie mikropočítača (GND)

48. Inštrukčný cyklus

49. Inštrukčný cyklus • Je to postupnosť krokov, počas ktorých procesor vyberie inštrukciu, dekóduje inštrukciu, spracuje inštrukciu a uloží výsledky vykonania inštrukcie • Po ukončení IC sa programové počítadlo zvýši o požadovanú hodnotu, najčastejšie o 1

50. Fázy inštrukčného cyklu • F (Fetch) – fáza výberu inštrukcie • D (Decode) – fáza dekódovania inštrukcie • O (Operate) – fáza výberu operandu • E (Execute) – fáza vykonania inštrukcie • S (Store) – fáza uloženia výsledku