Коммерциялық емес акционерлік қоғамы

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

«Электроника» кафедрасы

 

  

 

 

МИКРОПРОЦЕССОРЛЫҚ ТЕХНИКА НЕГІЗДЕРІ

5B070300 – Информациялық жүйелер

мамандығының барлық оқу түрінің студенттерінің

зертханалық жұмыстарды орындауына арналған әдістемелік  нұсқаулар

 

 

 

 

Алматы 2011

 

ҚҰРАСТЫРУШЫ: О.Т. Шанаев. Микропроцессорлық техника негіздері. 5B070300 – Информациялық жүйелер мамандығының барлық оқу түрінің студенттерінің “Микропроцессорлық техника негіздері” пәнінің бірінші бөлімі бойынша зертханалық жұмыстарды орындауына арналған әдістемелік  нұсқаулар. – Алматы: АЭжБУ, 2011. – 21 б. 

Әдістемелік нұсқауларда микропроцессорлық жүйелердің негізгі құрылғыларының құрылым және іскерлік принциптерін оқып игеруге арналған зертханалық жұмыстар келтірілген. Студенттердің бұл жұмыстарды орындауы нәтижесінде оларды “Микропроцессорлық техника негіздері” пәнінің бірінші бөлімінен алар білімінің түпнегізі қаланады. Ұсынылған зертханалық жұмыстар Electronics Workbench моделдеу жүйесіндегі жүзеге асырылатын виртуалды тәжірибе түрінде орындалады. Олар студенттердің оқу материалын толық игеруіне және тәжірибелік жаттығулар ұйымдастыруға қажетті дағдылануына көптеген мүмкіндік береді.

Зертханалық жұмыстарға берілген әдістемелік нұсқаулар 5B070300 – Информациялық жүйелер мамандығының барлық оқу түрінің студенттеріне арналған. Бұл нұсқауларды өзге мамандықтарға жоспарланған осы сияқты пәндердің сәйкесті тақырыптарынан зертханалық жұмыстар ұйымдастыру үшін де пайдалануға болады.

Без. 11, әдеб. көрсеткіші. – 11 атау. 

 

Пікір беруші:   физ-мат. ғыл. докт., проф. С. Б. Бимурзаев             

 

 

“Алматы энергетика және байланыс институты” коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2010 ж. басылым жоспары бойынша басылады.

 

© “Алматы энергетика және байланыс университеті КЕАҚ, 2011 ж.

 

Кіріспе

Микропроцессорлық жүйелердің құрылым принциптері мен іскерлік негіздерін оқып үйренуге арналған Микропроцессорлық техникапәні өзара байланысты және өзара толтырымды екі бөліктен тұрады: аппараттық бөлігі (hardware) және бағдарламалық бөлігі (software). Техникалық пәндердің игерілуінде оның түп негіздік тақырыптары бойынша орындалатын зертханалық жұмыстардың орны үлкен екені белгілі. Таралған дәстүр бойынша бұл пәннің зертханалық жұмыстарының тапсырмалары негізінде ассемблер тіліндегі бағдарламалау негіздерін үйретуге арналған, ал пәннің аппараттық бөлігіне онша көңіл бөлінбейді. Оны сәйкесті зертханалық жұмыстардың қойылым күрделілігімен түсіндіруге болады. Бірақ, жүйенің регистрлік моделіне негізделген, ассемблер тілінде бағдарлама құру үшін жүйенің аппараттық бөліктері туралы, бағдарламаның нақтылы командаларының орындалуы кезіндегі оларда жүретін процестер туралы және информация  мен басқару сигналдарының жүру жолдары туралы толық түсінік қажет болады. Демек, пәнді толық игеру үшін оның аппараттық бөлігін де, бағдарламалық бөлігін де игеру керек болады.

Әдістемелік нұсқауларда “Микропроцессорлық техника” пәнінің аппараттық бөлігі бойынша қойылған зертханалық жұмыстардың суреттемесі мен сәйкесті жұмыс тапсырмалары келтірілген. Әдістемелік нұсқауларда келтірілген жұмыс тапсырмаларының орындалуы Electronics Workbench бағдарлама жүйесінде моделдеу арқылы жүргізілетін виртуалды тәжірибе түрінде ұйымдастырылған.

Зертханалық сабақтардың ұсынылған ұйымдастырылу әдістемесі автордың көптеген жылдық сабақ жүргізу барысында тексеріліп, уақыт тәжірибесінен өткен. Оқу зерттелімінің бұндай ұйымдастырылу әдістемесі студенттердің оқылатын құрылғылар жөнінде тереңірек білім алуын және  олардың іс жүзіндегі және моделдік тәжірибелер жүргізу жолдарын игеруіне мүмкіндік береді.

Микропроцессордың құрылымы мен оның жұмысын ұйымдастыруды үйренуге және микропроцессорлық жүйенің жұмысын басқарушы бағдарламаларды Ассемблер тілінде құрастыруды үйретуге бағытталған әдістемелік ұсынылымдар жеке шығарылымға жоспарланған.

 

1 Зертханалық жұмыс. ROM түрлі жады құрылғылары

Жұмыс мақсаты:

-       ROM түрлі ЖҚ-ның құрылым принциптерін игеру;

-       PROM түрлі ЖҚ-ны бағдарлап үйрену.

1.1 Жұмыс орнының  құралдары мен файлдар:

-       компьютер;

-       Electronics Workbench Professional (C:\EWB5PRO) бағдарламасы;

-       BMPT(Bases of the Microprocessor Technology) папкасы;

-       1.1.ROM(M) 16x7.ewb файлы;

-       1.2.PROM 16x7.ewb файлы.

1.2 Практикалық мәліметтер

Зертханалық жұмыстың бірінші тапсырмасы, оналтылық символдардың  7-сегментті индикаторда көрсетілуге пайдаланылатын, өзгермейтін информация сақталған, тұрақты жадылық құрылғының (ТЖҚ) құрылымы мен жұмыс принциптерін игеруге арналған (1.1-суретті қара).

ТЖҚ блогы (қосалқы ROM_16x7 схемасы), сәйкесті  аталымды қосалқы сұлбалар түрінде безендірілген, 16 шығысты дешифратордан (74154 микросұлбасы) және 16x7 түрінде ұйымдастырылған жады матрицасынан тұрады. Дешифратордың жұмысына рұқсат E (Enable) түймесінен алынатын сигналдың оң деңгейімен қамтамасыз етіледі. Жады жолдарының (7-разрядты ұяшықтардың) адресі 4-разрядты санауыш (қосалқы add4 сұлбасы) арқылы қалыптастырылады.

Екінші тапсырма, бастапқы жағдайда жалғамдар оналты горизонталь (дешифратордың шығыс жолдары) мен жеті вертикаль (дерек разрядтарының жолдары) жолдардың қиылыстарының барлығында болатын, микросұлба дайындамасын бағдарлау (тігу) принциптерін үйренуге арналған.

Микросұлбаны бағдарлау келесі тәртіппен жүргізіледі:

-       іске қосу (Activate simulation) түймесін басу арқылы схеманы жандандыр;

-       W (Write/Read) түймесімен құрылғыны бағдарлау режиміне ауыстыр (сәйкесті жарықдиоды жанады);

-       жады матрицасы жолының адресін қой;

-       таңдалған жолға орналастырылатын символдың сегменттеріне сәйкесті түймелерді басу арқылы қажетті бағдарлау информациясын дайында;

-       P (programming) түймесін тез басу арқылы таңдалған жолдың бағдарлануын (информация тігілуін) қамтамасыз ет.

-       сегмент түймелерін бастапқы қалыпты жағдайына қайтар;

-       клавишей W (Write/Read) түймесімен құрылғыны оқу режиміне ауыстырып, жады матрицасының жолдарында тігілген информацияны тексер.

1.1 Сурет

1.2 Сурет

1.3 Жұмыс тапсырмасы

1.3.1 ROM

1.3.1.1 1.1.ROM(M) 16x7.ewb файлын (1.1-суретті қара) шығарып, әртүрлі блоктардың қосалқы сұлбаларын ашып, олардың құрылымымен таныс.

1.3.1.2 Жады ұяшықтарының адресін A (Address) түймесімен өзгерте отырып, жадының сәйкесті жолдарында жазылған информацияны тексер.

1.3.2 PROM

1.3.2.1 1.2.PROM 16x7.ewb файлын (1.2-суретті қара) шығарып, әртүрлі қосалқы блоктарды ашып, олардың құрылымымен таныс.

1.3.2.2 Жады матрицасының жолдарын келесі тізімдегі символдарды көрсетуге бағдарла: L, J, H, P, S, U, –, _, e, n, q, r и др.

1.4 Тексерім сұрақтары

1.     ROM қандай қызмет атқарады?

2.     Әртүрлі ROM-дарда қандай байланыс элементтері пайдаланылады?

3.     PROM қай жерде және қалай бағдарланады?

4.     EPROM және EEPROM айырмашылықтары неде?

2 Зертханалық жұмыс. ЖҚ-ның базалық құрылымдары

Жұмыс мақсаты:

-       ЖҚ-ның базалық құрылым принциптерімен танысу.

2.1 Жұмыс орнының  құралдары мен файлдар:

-       компьютер;

-       Electronics Workbench Professional (C:\EWB5PRO) бағдарламасы;

-       BMPT(Bases of the Microprocessor Technology) папкасы;

-       2.1.RAM 2D_8x4.ewb файлы;

-       2.2.RAM_3D_16x4.ewb файлы:

-       2.3.RAM 2DM_32x4.ewb файлы.

2.2 Практикалық мәліметтер

Жады жүйелерінің әртүрлі құрылымдарымен (2D, 3D, 2DM) және олардың жұмыс принциптерімен танысуға арналған бұл жұмыс сәйкесті моделдер (2.1-2.3-суреттерді қара) арқылы орындалады.

 2.1 Сурет

 2.2 Сурет

 2.3 Сурет

2D құрылымды жады жүйесін зерттеуге арналған сұлба (2.1-суретті қара) сәйкесті қосалқы сұлбалармен безендірілген келесі блоктардан тұрады:

-       санауыш негізіндегі үшразрядты адрес қалыптастырғышы (add3);

-       санауыш негізіндегі төртразрядты дерек көзі (data);

-       құрамына сегізшығысты дешифратор (dc8) және регистрлер негізіндегі 8 ұяшықтан (rg4) тұратын жады ұяшықтарының матрицасы (8x4) кіретін жады жүйесі RAM_8x4. Жады матрицасының әрбір ұяшығында орналастырылған индикатор тәжірибе кезінде жады ұяшықтарының таңдалымын бақылауға мүмкіндік береді.

3D  құрылымды жады жүйесін зерттеуге арналған сұлба (2.2-суретті қара) сәйкесті қосалқы сұлбалармен безендірілген келесі блоктардан тұрады:

-       санауыш негізіндегі төртразрядты адрес қалыптастырғышы (add4);

-       санауыш негізіндегі төртразрядты дерек көзі (data);

-       құрамына қосар дешифратор (2dc4) және регистрлер негізіндегі 16 ұяшықтан (rg4) тұратын жады ұяшықтарының матрицасы (16x4) кіретін жады жүйесі RAM_16x4.

2DM құрылымды жады жүйесін зерттеуге арналған сұлба (2.3-суретті қара) құрамында келесі блоктар болады:

-       2DM құрылымды жады блогы RAM_32x4;

-       деректерді дайындау блогы Prepare;

-       басқару блогы Control.

RAM_32x4 жады блогының құрамы:

-       жады элементтерінің матрицасы 32х4;

-       жолды дешифрациялау блогы dc8;

-       жолдан ұяшық таңдау (оқу кезінде) блогы mux4.

32х4 жады матрицасында  (логика жағынан) 8 жол болады, әрбір жолда төрт 4-разрядты жады ұяшығынан rg4 тұратын cell_4x4 блогы орналасқан. Іс жүзінде 32х4 жады блогы (жалғау және қарастыру ыңғайлылығы үшін) төрт cell_4x4 блогынан тұратын екі 16х4 блогының біріктірмесі түрінде ұйымдастырылған. Жады матрицасының әрбір ішкі блогы индикатормен қамтылған, олар тәжірибе кезінде жады ұяшықтарының таңдалымын бақылауға мүмкіндік береді.

Жады жолын таңдауға арналған dc8 блогы сегіз шығысты дешифратор.

4-кірісті мультиплексорлар негізінде құрылған mux4 блогы жандан-дырылған жолдан қажетті ұяшықты таңдауға мүмкіндік береді.

Prepare блогы жады матрицасының жолына қатар жазуға арналған төрт 4-разрядты сөз дайындау қызметін атқарады. Дайындау кезеңінде бұл сөздер уақытша төрт 4-разрядты in аталымды жады ұяшығынан тұратын ішкі in_4 блогында сақталады. Бұл ұяшықтардың біреуін таңдау дешифраторлық блока 0_3 блогымен сілтенетін dc4 блогы арқылы жүзеге асырылады.

Control блогында басқару түймелері мен құрылғының жұмысын қамтамасыз етуші қоымша элементтер бірктірілген. Ол үш режимде жұмыс режимінде істей алады:

-       жазуға арналған деректер дайындау режимі;

-       жазу режимі;

-       оқу режимі.

Деректер дайындау режимі келесі түрде орындалады:

-       P (Prepare) түймесімен құрылғыны деректер дайындау режиміне ауыстыр (сәйкесті индикатор жанады);

-       I (In) түймесімен in_4 блогындағы төрт ұяшықтың біреуін таңда (сәйкесті индикатор көрсетеді);

-       С (CLK) түймесімен осы ұяшыққа data блогында қалыптасқан бір санды жаз.

Жазу/оқу режиміне ауыстыру P тұймесін қайта басумен жүзеге асырылады (индикатор сөнеді).

Жазу режимінде:

-       A түймесімен жады матрицасының қажетті жолын таңда (сәйкесті 7-сегментті индикатор көрсетеді);

-       С (CLK) түймесімен дайындалған деректерді жады матрицасының таңдалған жолына жаз.

Оқу режимінде:

-       клавишей A түймесімен жады матрицасының қажетті жолын таңда (сәйкесті 7-сегментті индикатор көрсетеді);

-       S (Select) түймесімен жады матрицасының жандандырылған жолынан нақтылы ұяшықты таңда (сәйкесті 7-сегментті индикатор көрсетеді).

2.3 Жұмыс тапсырмасы

2.3.1 2D құрылымы

2.3.1.1 2D құрылымды жады жүйесінің құрылымы мен жұмыс принциптерін зерттеуге арналған сұлба келтірілген, 2.1.RAM 2D_8x4.ewb файлын аш (2.1-суретті қара). Жеке блоктарды ашып, олардың құрылымымен таныс.

2.3.1.2 Келтірілген жады жүйесінің ұяшықтарына нақтылы информация жазып, сосын олардың сақталымын тексеру арқылы, құрылғының жұмысын зертте.

2.3.2 3D құрылымы

2.3.2.1 3D құрылымды жады жүйесінің құрылымы мен жұмыс принциптерін зерттеуге арналған сұлба келтірілген, 2.2.RAM 3D_16x4.ewb файлын аш (2.2-суретті қара). Жеке блоктарды ашып, олардың құрылымымен таныс.

2.3.2.2 Келтірілген жады жүйесінің ұяшықтарына нақтылы информация жазып, сосын олардың сақталымын тексеру арқылы, құрылғының жұмысын зертте.

2.3.3 2DM құрылымы

2.3.3.1 2DM құрылымды жады жүйесінің құрылымы мен жұмыс принциптерін зерттеуге арналған сұлба келтірілген, 2.3.RAM 2DM_32x4.ewb файлын аш та (2.3-суретті қара), оның құрама блоктарын ашып және сәйкесті түсіндірмені оқу арқылы олардың құрылымымен таныс.

2.3.3.2 Матрицаның барлық жолына информация жазып, сосын нақтылы жады ұяшығынан оқу мүмкіншілігін тексеру арқылы RAM_2DM жады құрылғысының жұмысын зертте.

2.4 Тексерім сұрақтары

1.     Жадылық құрылғының негізгі параметрлерін келтір.

2.     RAM қандай қызмет атқарады ?

3.     RAM-ның қандай схемотехникасы оның максималды тезәрекеттілігін қамтамасыз етеді ?

4.     RAM-ның бірөлшемді және екі өлшемді сілтемелі құрылым принциптерін түсіндір?

5.     2D және 3D құрылымдарды артықшылығы мен кемістігі жағынан салыстыр.

6.     2DM құрылымын жүзеге асыру принциптерін түсіндір және оның басқа құрылымдармен салыстырғандағы негізгі артықшылықтарын келтір.

3 Зертханалық жұмыс. Информация енгізу құрылғысы

Жұмыс мақсаты:

-       мәртебелі шифраторлар негізіндегі информация енгізу құрылғысы-ның құрылым принциптерін игеру;

-       құрылғының жұмысын жетілдіру бағыттарын үйрену;

-       көпрежимді құрылғы құру жолын үйрену.

3.1 Жұмыс орнының  құралдары мен файлдар:

-       компьютер;

-       Electronics Workbench Professional (C:\EWB5PRO) бағдарламасы;

-       BMPT(Bases of the Microprocessor Technology) папкасы;

-       3.1.Input Unit (addressable).ewb файлы;

-       3.2.Input Unit (multiplexing).ewb файлы;

-       3.3.Input Unit (integration).ewb файлы.

3.2 Практикалық мәліметтер

Бірінші тапсырмада мәртебелі шифраторлар негізіндегі оналты түйме арқылы информация енгізу құрылғысын жүзеге асыру мүмкіншіліктері қарастырылады (3.1-суретті қара). Қалыптастырылған кодтар алдыңғы жұмыста зерттелген жады ұяшықтарында сақталады (қосалқы RAM_16x4 сұлбасы). Жазу үшін шифратор микросхемасының CS шықпасындағы сигнал деңгейінің өзгерісі пайдаланылады. Бұл құрылғыда қажетті жады ұяшығының адресі алдыңғы жұмыстардағыдай санауыш арқылы дайындалады.

 3.1 Сурет

Сұлбаның негізгі блоктарына, түймелер жинамы түріндегі және шифраторлардан тұратын қосалқы 0_F және СD блоктары жатады. 0_F блогындағы әрбір түйменің сигналдық жолында ұзақтығы 10 ns теріс импульстердің қалыптастырғышы (l символымен белгіленген қосалқы схемалар) орналастырылған.

CD блогының негізін екі мәртебелі 74148 шифраторы арқылы құрылған кодылау сұлбасы қалайды. Ұзақтығы 10 ns жазу импульстері де осында код қалыптасуының басынан (түйменің баылу мезетінен) 20 ns кідіріспен өндіріледі. Қалыптастырылған импульстердің параметрлері (жазу сигналының ығыстырылымы) басылған түйменің кодының уақытында қалыптасуын және оның жадыға жазылуын қамтамасыз етеді.

Осы жұмыста қарастырылатын келесі сұлбада (3.2-суретті қара) адрестің де, жазылатын информацияның да түймелер арқылы қалыптастырылу мүмкіндігі жүзеге асырылған, яғни адрес пен деректер жалғыз желі арқылы кезектесіп (мультиплексорланып) жіберіледі. Бұнда 0_F және СD блоктары қосалқы Input сұлбасына біріктірілген.

 3.2 Сурет

Мультиплексорлау G түймесінен алынған сигнал деңгейімен анықталады: G=1 кезінде – адрес регистріне (қосалқы RG_addr схемасына) жазылатын адрес жіберілімі; ал G=0 кезінде жадыға жазылатын дерек жіберілімі.

Құрылғының алдыңғы екі вариантын біріктірген, одан әрі жетілдірілген варианты келесі сұлбада (3.3-сурет) қарастырылады. Бұл сұлбада адрес қалыптастырғышын екі түрлі режимде жүзеге асыруға боладысанауыштан (add4) және кодылау блогынан (Inter).  Бұлардың арасында ауыстыру, яғни оларды мультиплексорлау K түймесімен басқарылатын үшжағдайлы элементтер негізінде құрылған екі блок (қосалқы 3st схемасы) арқылы жүзеге асырылады (K=0 кезіндеadd4 және K=1 кезінде Inter). Екі жағдайда да адрес жіберілімі G=1 кезінде, ал адрес жіберіліміG=0 кезінде жүзеге асырылады.

 3.3 Сурет

3.3 Жұмыс тапсырмасы

3.3.1.1 Шифратор негізіндегі енгізу құрылғысын зерттеу сұлбасы келтірілген, 3.1.Input Unit (addressable).ewb файлын шақыр (3.1-суретті қара). Сұлбадағы қосалқы сұлбаларды ашып, олардың құрылымымен таныс.

3.3.1.2 Алдымен S түймесі арқылы жады ұяшығының адресін қойып, сосын таңдалған жады ұяшығына сәйкесті түймені (0 … F) басу арқылы нақтылы информация жазып, құрылғы жұмысын тексер.

3.3.1.3 Адрес жіберілімі мен жазылатын информацияның жіберілімі кезектестірілген сұлба келтірілген, 3.2.Input Unit (multiplexing).ewb файлын шақыр (3.2-суретті қара). Сұлбадағы қосалқы сұлбаларды ашып, олардың құрылымымен таныс.

3.3.1.4 Алдымен жады ұяшығының адресін қойып (G=1 кезінде), сосын таңдалған жады ұяшығына нақтылы информация жазып (G=0 кезінде), құрылғы жұмысын тексер.

3.3.1.5 Алдыңғы екі құрылғы біріктірілген сұлба келтірілген, 3.3.Input Unit (integration).ewb файлын шақыр (3.3-суретті қара). Сұлбадағы қосалқы сұлбаларды ашып, олардың құрылымымен таныс.

3.3.1.6 Құрылғының әртүрлі режимдердегі жұмысын зертте.

3.4 Тексерім сұрақтары

1.     CD блогындағы сұлбаның қызметін түсіндір.

2.     Қосалқы 3st сұлбасының қызметін және оның құрылым элементтерінің жұмысын түсіндір.

3.     Зертханалық жұмыста қарастырылған құрылғылардың жұмыс принциптерін түсіндір.

4 Зертханалық жұмыс. Бөгеуілге шыдамды кодылау

Жұмыс мақсаты:

-       дерек жіберілімінің қателіктерінің табылуы мен түзетілуін ұйымдастыру принциптерін игеру;

-       бөгеуілге шыдамды кодтар қалыптастыру тәсілдерімен танысу.

4.1 Жұмыс орнының  құралдары мен файлдар:

-       компьютер;

-       Electronics Workbench Professional (C:\EWB5PRO) бағдарламасы;

-       BMPT(Bases of the Microprocessor Technology) папкасы;

-       4.AntiNoise Coding.ewb файлы.

4.2 Практикалық мәліметтер

Хемминг кодының  түзету мүмкіндіктерін зерттеу үшін 4-разрядты деректерді Хемминг кодын пайдалану арқылы параллель жіберу жүйесінің моделі құрылды. Оны Хемминг кодері/декодері (Хемминг КДК) деп аталық.

Код түрлендірілімі процесінің динамикасын бақылау мүмкіндігін қамтамасыз ету үшін қысқа 4-разрядты сөз алынды. Жобаланған құрылғыда моделдеу динамикасы максималды төмендетілсе де, әрине, бір мезгілде қатарынан көпразрядты сөздің барлық модификациясын бақылау, яғни жіберілетін деректегі қалыптастырылған тексерім разрядтарының мәндерін тексеру, жіберілген және қабылданған дерек биттерінің мәндерін салыстыру, қате деректерге жүргізілетін түзетілімдерді бақылау зерттеушіге өте қиын шешілетін мәселе болар еді. Біздің қол астымыздағы 4-разрядты құрылғы Хемминг кодының қалыптастырылу принциптері мен оны жіберілім қателіктерін түзетуге қолдану мүмкіндіктері жөнінде толық түсінік береді, ал бұл моделге және осы моделмен жұмыс істеуші зертханалық жұмыстың негізгі мақсаты.

4.1-суретте келтірілген Хемминг КДК моделінің құрылым блоктарының қызметін сипатталық.

4-разрядты санауыштың 7493 микросұлбасының негізінде құрылған data блогы динамикалы дерек қалыптастырғышының қызметін атқарады. Жіберілімге арналған дерек көзінің қызметін rg блогы (74194 регистрінің микросхемасы) атқарады, оған деректер С түймеінің басылуымен жазылады.

Тексерім разрядтарын қалыптастырып, дерек кодын Хемминг кодына дейін кеңейтуші Hem блогы екі 4-разрядты регистрден (74194 микросхемасы) жиналған 8-разрядты регистр және екілік қосу (XOR) элементтерінің негізінде жиналған 3x, 4x, 7x блоктары арқылы құрылған s аталымды жинам сұлбасымен құрылған.

 4.1 Сурет

Қарастырылушы құрылғы сыртқы және ішкі бұзбалаушы факторлардың жіберілетін деректерге (оның ішінде жіберілетін деректредің өзара интерференциялық әсерінің) әрекетін зерттеуге арналғандықтан, құрылғы сұлбасына осындай бұзбалау көзінің рөлін атқаратын Int блогы енгізілді. Схема этого блока, составленного на основе Дешифратор (микросхема 74138) мен XOR элементтерінің негізінде құрылған Int блогының сұлбасы, жіберілетін деректердің жеке биттерімен әрекеттесетін (яғни, оларды терістейтін), кездейсоқ сипатты бөгеуілдердің қалыптасуын қамтамасыз етеді. Қалыптастырылған бұзба таралымының ықтималдық статистикасының 0,6/0,3/0,1 түрінде болуы, яғни дерек жіберілімінің 60% –  бұзылыссыз, 30% – бір қатемен, 10% – қосар қатемен жүзеге асырылуы қамтамасыз етілді, ал бұндай жағдай бұзба әрекеттердің табиғи туу сипатын (әрине, шартты түрде) елестетеді.

Rec (Receiver) аталымды 8-разрядты регистрлік блок (74194 микросұлбаларының негізіндегі), деректерді таралым жолынан қабылдап, оларды тексеру және түзеу блогына V_C (Verification and Correction) жібереді. Дешифратор (74138 микросұлбасы) мен орам сұлбаларының негізінде құрылған. Хемминг декодерінің қызметін атқаратын бұл блок тексерім биттерінің мәндерінің қабылданған деректерге сәйкестігін тексеріп, бір қате табылса, оны түзейді (терістейді). Бұл кезде қате разрядтың номері (адрес) Syndrome индикаторларында жарықтанады. Мысалы, 4.1-суреттегі жағдайда қабылданған деректердің үшінші разрядына қателік түсу мезеті ұсталған, оны Syndrome индикаторлары да көрсетіп тұр.

Екі қате байқалған жағдайда V_C блогы қайта жіберу сұранысын ARQ (Automatic Request for Retransmission) тудырады да, ол AND элементінің негізіндегі сәйкесті басқару сұлбасы арқылы жүзеге асырылады.

4.3 Жұмыс тапсырмасы

4.3.1 Хемминг кодының қалыптасуы мен оның деректерді бұзылыссыз жіберуге қолданылуын зерттеуге арналған, Хемминг кодер/декодерінің сұлбасы келтірілген (4.1-суретті қара) 4.AntiNoise Coding.ewb файлын шығар.  Хемминг КДК-ның құрама блоктарын ашып, олардың құрамымен таныс.

4.3.2 Жіберілген деректерді (rg), қалыптастырылған Хемминг кодын (Hem), таратылым жолынан қабылданған деректерді (Rec) және Syndrome индикаторларының көрсетімін кесте түрінде жазып отырып, Хемминг КДК-ның жұмысын зертте. (Дерек жіберілімі С түймесінің басылымымен жүзеге асырылады).

4.3.3 Қалыптастырылған Хемминг кодының жіберілетін дерекке сәйкестігін тексеріп, таратылым арнасында туған қателіктерге және олардың түзетілуіне көңіл аударып, әрбір жіберілімді талда.

4.4 Тексерім сұрақтары

1.     4-разрядты деректерге Хемминг кодының қалыптастырылу принциптерін түсіндір.

2.     Хемминг кодының дерек таратылымындағы қателіктерді табу және оларды түзету принциптерін түсіндір.

3.     Хемминг КДК-сы мен оның құрама блоктарының (қосалқы сұлбалардың) құрылымын түсіндір.

5 Зертханалық жұмыс. Тізбекті интерфейс

Жұмыс мақсаты:

-       тізбекті интерфейстің құрылымдық ұйымдастырылу принциптерін және оның жұмыс тәртібін игеру.

5.1 Жұмыс орнының  құралдары мен файлдар:

-       компьютер;

-       Electronics Workbench Professional (C:\EWB5PRO) бағдарламасы;

-       BMPT(Bases of the Microprocessor Technology) папкасы;

-       5.Serial Transeiving.ewb файлы.

5.2 Практикалық мәліметтер

Тізбекті дерек тарату жүйесінің зерттеуге арналған модель таратқыш және қабылдағыш түріндегі екі блоктан тұрады (5.1-суретті қара). Дерек көзінің (d_4) қалыптастырған және жіберілімге арналған 4-разрядты сөзі уақытша дерек буферінде (BD) сақталады. Бұл сөз drive (тарату) блогында төрт қызмет битімен (старт-бит, стоп-бит, жұптықты тексеру биті және жұптық биті) қоршамдалады да, p_8 блогы қалыптатырған сегіз тактілеу импулстері арқылы жалғыз байланыс жолымен таратылады.

accept (қабылдау) блогында параллель түріне түрлендірілген 8-разрядты деректер check (тексеру) блогында барлық қызмет биттерінің сәйкестілігіне тексеріледі де, олардың дұрыстық жағдайында қоршамнан босатылған 4-разрядты сөз сұлба шығысындағы қабылдау буферіне sink (қабылдағыш) жіберіледі. Жіберілім қателігі табылған жағдайда сәйкесті индикатор (Error) ол туралы хабарлайды да, 4-разрядты сөз бөлініп шығарылмайды.

 5.1 Сурет

5.3 Жұмыс тапсырмасы

5.3.1 Тізбекті интерфейстің ұйымдастырылу принциптерін үйренуге мүмкіндік беретін, информацияны тізбекті жіберу құрылғысының сұлбасы келтірілген 4.Serial Transeiving.ewb файлын шақыр (5.1-суретті қара). 

5.3.2   Тізбекті интерфейстің жұмысын келесі тәртіппен тексер:

-       D (Data Input/Transfer') түймесі арқылы құрылғыны дерек таңдау режиміне (Data Input) қой да, С (CLK) түймесін қысқа мерзімге басу арқылы бір санды таңдап (ұстап), оны BD буферіне енгіз;

-       D түймесі арқылы құрылғыны жіберім режиміне (Transfer) ауыстыр.

5.3.3 Құрылғының бұдан кейінгі әрекеттері автоматты түрде жүргізіледі, тек түрлендірілім мен таратылым нәтижелерін бақылау ғана қалады. Таратылым біткеннен кейін (таратылымда қателік болған жағдайда да, болмаған жағдайда да) информациалық индикаторлардың көрсетімі арқылы  алынған нәтижені талда.

5.3.4 Осы жолмен тәжірибені бірнеше рет қайтала.

5.4 Тексерім сұрақтары

1.     Тізбекті интерфейс қандай қызмет атқарады?

2.     Тізбекті интерфейстің асинхронды режимдегі жұмысын түсіндір.

6 Зертханалық жұмыс. Деректерді кезектеп тарату

Жұмыс мақсаты:

-       тізбекті деректердің кезектеп (мультиплексорланып) таратылуын ұйымдастыру принциптерін игеру;

-       бөгеуілге шыдамды кодылаудың қолданылуы білімді кеңейту.

6.1 Жұмыс орнының  құралдары мен файлдар:

-       компьютер;

-       Electronics Workbench Professional (C:\EWB5PRO) бағдарламасы;

-       BMPT(Bases of the Microprocessor Technology) папкасы;

-       6.Multiplex Transfer.ewb файлы.

6.2 Практикалық мәліметтер

Технологиялық процестерді немесе динамикалық объектілерді басқаруға арналған микропроцессорлық жүйелерде процестің немесе объектінің сәйкесті сезгіштерден алынатын параметрлері жөніндегі әртүрлі деректер басқару жүйесіне жіберіліп отырады. Басқару жүйесінің объектіден алшақ орналасқанында бұл деректерді жалғыз тарату жолы арқылы уақыт бойынша кезектеп жіберуге  тура келеді.

Тарату кезінде алдымен 1-ші информация көзінің, сосын келесісінің және ең соңғысына дейінгі т.б. деректер жіберіледі де, одан кейін жіберілімдер 1-ші информация көзінен бастап периодты түрде қайталанады. Қабылдау жағында да қойылған осындай коммутатор байланыс жолын кезектеп сәйкесті қабылдағыштарға қосады.

Байланыс жолын уақыт бойынша бөліп пайдаланушы жүйенің қалыпты жұмыс істеуі үшін таратқыш пен қабылдағыш жағындағы коммутаторлар бір-біріне сәйкес (яғни, синхронды) істеу керек. Ол үшін информация тарату жолдарының біреуін арнайы синхрондау импульстерін жіберуге пайдаланады.

Байланыс жолының уақыт бойынша бөлінуі кезінде, информация таратылымын ұйымдастырудың басқа тәсілдеріндегідей, негізінде екі себептен туатын, өзара әрекеттесуші бөгеуілдер болады.

Оның біріншісі – сигналдардың уақыт бойынша бөлінуіне байланысты бір пакеттің импульстері өзге пакеттердің импульстерінің үстіне түсуі. Өзгеше айтқанда, жіберілетін дерек пакеттерінің арасында ауысу бөгеуілдері немесе символаралық интерференция туады.

Екінші себепке тарату және қабылдау жағдайғындағы тактілік импульстердің сәйкестірілуінің жеткілікті мөлшерде жетілдірілмегенінен өзара әрекеттесуші бөгеуілдер жатады.

6.2.1 Уақыт бойынша деректерді бөліп тарату жүйесінің моделі

Информацияны кезектеп (мультиплексорландырып) тарату жүйесінің жұмысын зерттеу үшін төрт информация көзінің 4-разрядты деректерін тізбектеп жіберуге арналған модель құрылды, оның құрылымы 6.1-суретте келтірілген. Түсіндіру қарапайымдылығын қамтамасыз ету мақсатында оны бұдан әрі MT-4 (Multiplex Transfer) деп аталық. MT-4 жүйесі құрылымы жағынан екі іскерлік бөліктен тұрады, олар  деректер тізбекті таратылатын, бірбитті жол арқылы байланысқан дерек таратқышы мен қабылдағышы.

 6.1 Сурет

MMT-4 жүйесіндегі таратқыш пен қабылдағыштың құрама блоктарының атқарар қызметін сипатталық.

MMT-4 жүйесіндегі дерек таратқышы келесі құрама блоктардан тұрады:

-       DD (Digital Demultiplexing) блогы жеке информация көздерінің қалыптастырған деректерінің жіберілімдік уақыт интервалдарын және MMT-4 жүйесінің таратқышының жұмысына қажетті тактілеу импульстерін қалыптастырады;

-       бір-біріне ұқсас келетін s0, s1, s2, s3 (Sourse) блоктары информация көздерінің қызметін атқарады;

-       MT-4 жүйесіндегі Hem блогы тексерім биттерін қалыптастырып, дерек кодын Хемминг кодына дейін кеңейтеді;

-       Tr (Transmitter) блогы деректердің байланыс жолына тізбекті жіберілу процесін жүзеге асыруға арналған. Бұл блоктың құрамына, таратылатын деректердің жеке биттердің мәндеріне әрекет ететін (яғни, оларды терістейтін) кездейсоқ сипатты бөгуілдер қалыптастыратын, қосалқы N (Noise) блогы енгізілген. Тарату блогына бөгеуіл блогының N енгізіліуін, таратылып жатқан деректердің өзара әсерінен туатын интерференциялық бұзылыстар ретінде тәлкілеуге (интерпретациялауға) болады.

MT-4 жүйесіндегі дерек қабылдағышы келесі құрама блоктардан тұрады:

-       дерек қабылдағышының құрамындағы DD (Digital Demultiplexing) блогы жеке деректерді қабылдауға арналған уақыт интервалдарын және MMT-4 жүйесінің қалдағышының жұмысына қажетті тактілеу импульстерін қалыптастырады. Оның жұмысы тактілік жілігі бойынша таратқыш құрамындағы сәйкесті блоктың жұмысымен сәйкестендірілген;

-       информацияны дерек жолынан қабылдау блогы Rc (Receiver) одан тізбекті түрде түсіп жатқан 8-разрядты деректерді қабылдауға арналған;

-       қабылданған деректерді тексеру және түзету V_C (Verification and Correction) блогы қабылданған деректерді талдап, оның қатесіз түскенінде немесе бір қателікпен түсіп, сосын түзетілгенінде ақырғы дерек қабылдағышына жіберу жөнінде шешім қабылдауға арналған. Екі қате байқалған жағдайда V_C блогы қайта жіберу сұранысын ARQ (Automatic Request for Retransmission) тудырады да, кері байланыс жолы арқылы таратушының құрамындағы уақыт интервалдарын қалыптастырушыға түсіп, қайта тарату импульсін тудырады. Бұл импульс таратқыш Tr (Transmitter) блогына түседі де, таратылым жолына дерек жіберу процесі қайталанады;

-       бір-біріне ұқсас келетін d0, d1, d2, d3 (Destination) блоктары сәйкесті информация көзінен түскен (және қажетті жағдайда түзетілген) деректерді қабылдайды.

6.3 Жұмыс тапсырмасы

6.3.1   Зерттелетін жүйенің оқылым моделінің сұлбасы келтірілген 6.Multiplex Transfer.ewb файлды шақыр (6.1-суретті қара).

6.3.2 Жүйе модулдерінің сәйкесті блоктарының қосалқы сұлбаларын ашып және жоғарыда келтірілген түсіндірмелерді оқып, олардың құрылымымен таныс.

6.3.3 Құрылғыны жандандыр. Жұмыс экранындағы  түймесін басумен алынатын стоп-кадрлар арқылы жүйенің әртүрлі жұмыс режимдерін зертте:

-       жеке информация көзінен нақтылы дерек жіберілуі мен оған сәйкесті Хемминг кодының қалыптастырылуын;

-       деректің информация тарату жолынан қабылдануы мен оның жіберілген дерекке сәйкестілігінің тексерілуін;

-       бір қателік туу кезіндегі деректің түзетіліп, ақырғы қабылдағышқа шығарылуын.

6.4 Тексерім сұрақтары

1.     Деректердің уақыт бойынша бөліп таратылуының ұйымдастыру принциптерін түсіндір.

2.     Деректердің кезектестіріп жіберу жүйесінің моделінің құрылымын  және оның құрама бөліктерінің (қосалқы схемаларының) қызметін түсіндір.


 Әдебиеттер тізімі

1.     Токхейм Р. Основы цифровой электроники: Пер. с. англ. – М.: Мир, 1988.

2.     Токхейм Р. Микропроцессоры. Курс и упражнеия: Пер. с. англ. – М.: Мир, 1988.

3.     Уэйкерли Дж. Ф. Проектирование цифровых устройств: Пер. с. англ. – М.: Постмаркет, 2002.

4.     Хамахер К. И др. Организация ЭВМ. Пер. с. англ. – СПб.: Питер, 2003.

5.     Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004.

6.     Сугано Т. Дж., Уидмер Н. С. Цифровые системы. Теория и практика: Пер. с англ. – М.: Издательский дом “Вильямс”, 2004.

7.     Шанаев О.Т. Система моделирования Electronic Workbench / на казахском и русском языках. – Алматы: АИЭС, 2003.

8.     Шанаев О.Т. Цифрлық құрылғылар және микропроцессорлар: Оқу құралы / Алматы: АЭжБИ, 2009.

9.     Шанаев О.Т. Микропроцессорлық жүйелер: Оқу құралы / Алматы: АЭжБИ, 2009.

 

  

МАЗМҰНЫ 

Кіріспе. 3

1 Зертханалық жұмыс. ROM түрлі жады құрылғылары.. 4

2 Зертханалық жұмыс. ЖҚ-ның базалық құрылымдары.. 6

3 Зертханалық жұмыс. Информация енгізу құрылғысы.. 10

4 Зертханалық жұмыс. Бөгеуілге шыдамды кодылау. 13

5 Зертханалық жұмыс. Тізбекті интерфейс. 15

6 Зертханалық жұмыс. Деректерді кезектеп тарату. 17

Әдебиеттер тізімі 20