Téma: Mikroprocesory, počítače
Předmět: Elektronika
Přidal(a): David Veselík
Mikroprocesory, počítače, části, blokové schéma, druhy, užití
Mikro procesová technika se zabývá návrhem, testováním a realizací číslicových aplikací, které jsou řízeny centrální řídící jednotkou. Mikroprocesor (MPU – Mikroprocesor Unit) je centrální řídící jednotka (CPU – Central Processing Unit) na samostatném čipu.
První mikroprocesor vyvinula firma Intel roku 1971 pod označením 4004. Tento mikroprocesor obsahoval 2300 tranzistorů, byla použita technologie 10 –úm. Byl 4 bitový s Hardwarskou architekturou (měl oddělený paměťový prostor pro program, který vykonával a pro data, která zpracovával). V 16pinovém pouzdře a byl řízen hodinovým signálem s frekvencí 740KHz.
Doplněním mikroprocesoru o podpůrné obvody, tj. vstupně/výstupní periferie a paměti (pro program i data) vznikne mikropočítač. Mikropočítač je obecně určen pro zpracování dat a řízení jednoduchých procesů. První mikropočítače vznikaly v polovině 70. let (logicky bezprostředně po vzniku mikroprocesorů), zpravidla bez klávesnice a displeje. Velikost paměťového prostoru byla typicky 4 až 16 kB. Jedním z prvních mikropočítačů byl Altair 8800 z roku 1975, obsahující 8bitový mikroprocesor Intel 8080A, řídící hodinový signál měl frekvenci 2MHz, velikost RAM v rozmezí 256B až 64 kB, instrukční soubor obsahoval 78 instrukcí.
Mikro kontrolér:
- Vznikne sdružením všech částí mikropočítače, tj. řídící jednotka, paměti RAM, ROM, vstupy/výstupy, časovač/čítač, a jiné periférie na jediný čip (součástku), mají nízké pořizovací náklady a spotřebu, mají dostatečnou hardwarovou výbavu pro řízení jednoduchých aplikací. Jsou 8bitové, 16bitové, popř. 32bitové.
- První mikro kontroléry byly vytvořeny roku 1974 firmou Texas Instruments.
Struktury počítačů:
- Mikropočítače lze dělit podle řady kritérií. Nejdůležitější je však jejich architektura.
- První dělení mikropočítačů iniciovala americká armáda již v 70. letech, kdy požádala Princetonskou a Hardwarskou univerzitu, aby navrhly architekturu počítače vhodnou pro potřeby armády.
- Vznikly tak dvě základní koncepce, Von Neumannova a Hardwarská.
Von Neumannova architektura:
- Na Princetonské univerzitě byla architektura pojmenována podle vedoucího výzkumného týmu John von Neumanna. Navrženo americkým matematikem, původem z Maďarska, sestrojil model samočinného PC, s jistými výjimkami zachován dodnes.
- Architektura využívá pouze jednu paměť, společnou pro data (proměnné) i pro instrukce (program). Paměť je rozdělena na stejně velké buňky, jejichž pořadová čísla se využívají jako identifikační adresy. Instrukce se provádí sekvenčně, podle toho jak jsou za sebou uloženy v paměti. Výhodou je její jednoduchost, univerzálnost, dokáže zpracovat jakýkoliv problém.
Blokové schéma:
- Procesor, který provádí výpočetní operace podle instrukcí programu a skládá se z řadiče a aritmeticko-logické jednotky (ALU).
- Operační paměť (hlavní paměť), v níž se uchovávají data a instrukce programu a do které se v průběhu výpočtů ukládají mezivýsledky a výsledky zpracování dat.
- Vstupní/výstupní periferní jednotky, které umožňují počítači komunikovat s okolím.
Popis bloků architektury:
- ALU – provádí aritmetické operace, sčítání, odčítání, násobení, dělení, logické operace, bitový posuv
- Řadič – řídí pomocí řídících signálů chod ostatních bloků v závislosti na prováděných instrukcích, od jednotlivých bloků přijímá stavová hlášení
- paměť – pro čtení, zápis do paměťových buněk je řízen signály od řadiče
- vstupní/výstupní zařízení – obsahuje obvody, které umožňují přenos dat – čidla, klávesnice.
Hardwardská architektura:
- Dovoluje používat pro paměť programu např. paměti typu ROM, umožňuje zdvojnásobení velikosti paměti oproti Von Neumanově architektuře při stejně veliké adresové sběrnici.
- Navržena ve Spojených státech, v té době byla moderní koncepcí, až po 40 letech dosáhla technologie výroby integrovaných obvodů, že mohla být tato koncepce realizována.
Oproti Von Neumannové je hlavní rozdíl:
- Koncepce je oddělená paměť pro instrukce a paměť pro data, nevýhodou je, pokud mají instrukce celkovou velikost větší než paměť pro program, nemůžou být instrukce uloženy do volné paměti pro data, pro data, instrukce možno použít jinou technologii paměti ROM, RAM, EEPROM, Flash.
Užití:
- Rádia, mobilní telefony, tablety, tiskárny pračky, chladničky, televizory)
Matematická logika, logické funkce, výrok, výraz, pravdivostní tabulka
Matematická logika:
- Matematická logika je vědní disciplína nacházející se na rozhraní mezi logikou a matematikou. Zabývá se zkoumáním, formalizováním a matematizováním zejména těch oblastí logiky, na jejichž základech je postavena matematika. V centru jejího zájmu jsou pojmy jako důkaz, teorie, axiomatizace, model, bezespornost, úplnost, rozhodnutelnost.
- Současná matematická logika se dělí na tři rozsáhlé disciplíny, které spolu úzce souvisejí. Jsou to teorie důkazu (se zabývá vytvářením a zkoumáním různých formálních deduktivních systémů jakožto základů pro pojem formálního důkazu), teorie modelů (se zabývá zkoumáním obecného pojmu matematické struktury a platnosti nějakého tvrzení v této struktuře) a teorie aritmetiky (Robinsonova a Peanova aritmetika a struktury v nich definovatelných množin přirozených čísel).
Logické funkce:
- Jsou základní částí Booleovy algebry (dvouhodnotové), základní logické funkce jsou:
- Negace, konjunkce, disjunkce.
- Negaci se také říká inverze neboli zákon.
- Konjunkci se také říká logický součin nebo funkce A.
- Disjunkce je logický součet nebo funkce nebo OR.
Negace:
- U negace je vždy pouze 1 vstupní veličina (proměnná) a jedna výstupní (unární veličina).
- Logická proměnná negovaného výroku je vždy opačná než logická proměnná původního výroku.
V1 V1NOTV1
0 0
Konjunkce:
Je složený výrok, který vznikne spojením 2 nebo více jednoduchých výroků spojkou A. Konjunkce je pravdivá jen tehdy a jen jsou-li pravdivé oba vstupní výroky nebo všechny vstupní výroky najednou.
V1 V2 V1 V2
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Disjunkce:
Je složený výrok, který vznikne spojením 2 nebo více jednoduchých logických výroků spojkou nebo tzn. Disjunkce je pravdivá tehdy je-li pravdivý alespoň jeden ze vstupních výroků.
V1 V2
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Výrok:
- Každá oznamovací věta (sdělení), u níž dává smysl, když uvažujeme, zda je buď pravdivá, nebo nepravdivá, platí – 1, neplatí – 0.
- U výroku určujeme pravdivostní hodnotu. Pokud výrok platí, označíme jeho pravdivostní hodnotu číslicí 1, pokud neplatí, označíme jeho pravdivostní hodnotu číslicí 0.
Výraz:
- Konečná kombinace symbolů, která tvoří dobře utvořenou formuli podle pravidel závislých na kontextu. Matematickými symboly mohou být čísla (konstanty), proměnné, operace, funkce, oddělovače a závorky, které určují prioritu početních operací a jiné aspekty logické syntaxe.
- Výraz je každý matematický zápis, který je tvořen z konstant a proměnných, mezi nimiž jsou pomocí algebraických operací (např. sčítání, násobení) a závorek vytvořeny smysluplné vztahy.
Pravdivostní tabulka:
- Je nejběžnějším způsobem popisu logické funkce. Popisuje zcela přesně chování logického obvodu, ale neobsahuje žádný návod pro jeho realizaci. Můžeme tedy na ni pohlížet jako na model chování logického systému. Obsahuje výčet všech kombinací vstupních proměnných a jim odpovídajících výstupů. Má-li logická funkce n nezávislých proměnných, bude mít pravdivostní tabulka 2na n řádků.
- Pravdivostní tabulku můžeme vyjádřit určitou i neurčitou funkcí.
- Ve dvou řádcích je napsán symbol x, který značí, že při těchto kombinacích vstupních proměnných je lhostejno, jestli logická funkce bude mít hodnotu 1 nebo 0.
- Z pravdivostní tabulky můžeme získat logický výraz pro jednotlivé logické funkce. Logický výraz funkce f1 může být z pravdivostní tabulky získán dvěma způsoby: součtovou formou, součinovou formou.
- Podle toho, jestli použijeme k popisu logické funkce řádky, v nichž je funkce jedničková, nebo řádky, v nichž je nulová.
- Základní součinový člen, základní součtový člen, úplná součtová forma, úplná součinová forma.
