Представление информации в микропроцессорных устройствах.

Микропроцессорные устройства оперируют с электрическими сигналами в виде двоичных кодов. Каждый разряд двоичного цикла называется битом; число 11011 является 5-битовым числом. Крайний справа бит является младшим, а слева — старшим.

Микропроцессор обрабатывает информацию в виде нормализованной группы двоичных разрядов, составляющих слово, Количество битов в слове зависит от конкретного МП. Наиболее часто встречаются 8, 12 и 16 битовые слова. Число битов в слове определяет разрядность шин и регистров памяти.

Группа из 8 бит называется байтом.

Длина слова адресации может превышать длину слова для передачи данных. Это позволяет существенно увеличить объемы памяти ЗУП, ЗУД. Так, при 16-битовом адресном слове может быть опрошено 2¹⁶ = 65536 ячеек ЗУ. Деление слова на байты упрощает представление двоичного слова путем применения 16-ричной формы записи. Ниже показан перевод двоичных слов в 16-ричную форму записи

Таким образом, двоичное число 1101100110111001 в 16-ричной форме, выглядит следующим образом; D9B9₍₁₆₎. 16-ричная система используется не для вычислений, а для сокращения записи двоичных чисел.

Объем информации, например, объем памяти ЗУ часто выражают в числе килобайт (К). 1 килобайт (1К) равен 1024 байт, иногда считают приближенно 1 К равен 1000 байт.

Двоичные числа в вычислительных устройствах размещаются в ячейках памяти, причем для каждого разряда числа отводится отдельная ячейка, хранящая 1 бит информации. Число ячеек п в разрядной сетке ограничено и зависит от конструкции устройства. Чаще всего используется 16-разрядная сетка. Размещение числа в разрядной сетке производится различными способами в зависимости от формы представления чисел, принятой в данном устройстве: с фиксированной или с плавающей запятой.

В форме с фиксированной запятой (называемой еще естественной) положение запятой строго фиксировано по отношению к разрядной сетке. Для размещения целой части числа отводится К ячеек и для размещения дробной части - (n-K)ячеек. Если количество разрядов в дробной части числа превышает n-K, то некоторые младшие разряды окажутся за пределами разрядной сетки и вычислительными устройствами не воспринимаются. Поэтому любое двоичное число, меньшее, чем 0,00…01 воспринимается как нулевое и называется

n-К нулей

"машинным нулем". Точность представления малых чисел в форме с фиксированной запятой весьма низкая.

В форме с плавающей запятой (называемой еще нормальной, показательной или полулогарифмической) число состоит из двух частей: мантиссы m и порядка Р, причем |m| < 1. Положение запятой зависит от порядка Р. Например, для десятичного нормализованного (нуль перед запятой) числа 0,87324 × 10² мантисса m = 0,87324, а порядок р = 2.

При записи числа выделяют группу К разрядов для записи кода мантиссы (без знака мантиссы), тогда n-К разрядов содержит код порядка (без знака порядка). Для передачи знаков мантиссы и порядка служат специальные знаковые разряды.

Действия над числами, представленными в форме с плавающей запятой сложнее, чем над числами с фиксированной запятой, но зато можно охватить очень большой диапазон чисел.

На рис. 6.3. показана структура 16-битового слова. Функционирование узлов и блоков микропроцессорной системы осуществляется под воздействием генератора тактовых импульсов. Для выполнения МП одной команды, хранящейся в ЗУП, требуется несколько тактов. Время выполнения команды называется циклом команды. Цикл команды состоит из одного или нескольких машинных циклов. В свою очередь машинный цикл состоит из цикла выборки и исполнительного цикла — рис.6.4. За время цикла выборки МП определяет адрес команды в ЗУ и считывает ее. За время исполнительного цикла осуществляется выполнение команды.