Поиск неисправностей в электронике

Арифметическое логическое устройство служит для выполнения двоичных операций сложения, вычитания и различных логических функций: И, ИЛИ, НЕ, Исключающее ИЛИ и т. д. Обычно оно работает совместно с регистром, который называется «аккумулятором» и хранит один из операндов арифметических операций, заменяя его результатом. Регистры предназначены для временного хранения данных или специальных адресов памяти, к которым часто обращаются, подсчета событий. Многие регистры имеют специальное назначение при использовании с определенными инструкциями.

Узел синхронизации и управления представляет собой устройство, организующее работу и взаимодействие всех составляющих системы и определяет порядок и время начала операций. Обращаясь к очередному кодовому слову в памяти программ, он декодирует двоичные числа, которые являются инструкциями типа «взять и выполнить» для реализации соответствующих задач. Многие микропроцессоры сегодня могут повторять эту процедуру более 2 000 000 раз в секунду.

Память

Во всех микрокомпьютерных системах необходимо хранить большое количество двоичной информации. Аппаратные решения задачи хранения двоичных чисел рассмотрены в главе 8, где обсуждались триггеры-защелки. Регистр хранения может быть создан с помощью соединения группы триггеров, количество которых зависит от длины слова в системе. Например, каждый регистр в 8-разрядной микропроцессорной системе 8031 должен иметь 8 триггеров, соединенных таким образом, чтобы все 8 бит могли быть записаны одновременно.

Прибор с полупроводниковой памятью представляет собой группу объединенных в едином кристалле регистров. Каждый регистр памяти имеет собственный уникальный адрес, как показано на рис. 9.2.

Рис. 9.2. Конфигурация памяти 8x8

Для того чтобы обеспечить доступ к конкретной информации, на адресные входы поступает соответствующее адресное число, тогда данные, которые расположены по этому адресу, появятся на выходных выводах данных. Адрес представляет собой число, которое указывает расположение данных в памяти. Данные — это двоичное число, которое содержится по выбранному адресу памяти.

Обратите внимание, что в предыдущем описании микросхем памяти предполагалось, что данные уже записаны по определенному адресу. Единственное, что пользователь может сделать с таким типом памяти, это считать содержимое по каждому адресу, но не может изменить сами данные которые там записаны. Поэтому такой тип устройств называется постоянным запоминающим устройством (ПЗУ). Двоичные величины обычно однократно записываются в микросхемы такого типа при изготовлении.

Поскольку микросхемы, в которые бы ваши пользовательские программы были уже встроены, рассчитаны на сравнительно большой объём изделий и не допускают быстрого изменения программного обеспечения в процессе модернизации, менее крупные проекты часто используют программируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ). С этими устройствами пользователь может сохранить соответствующие двоичные значения по определенным адресам, используя специальные аппаратно-программные средства, как показано на рис. 9.3.

Рис. 9.3.Программируемая постоянная память и прибор для ее программирования

Эти приборы с «электрическим программированием» имеют плавкие элементы, которые представляют каждый бит. Если программист «пережигает плавкий предохранитель», то это соответствует значению бита «0». Если предохранитель не пережжен, он представляет «1». Как и в случае любого предохранителя, когда используется логический ноль, его уже нельзя вернуть назад в состояние логической единицы. По этой причине такие устройства называются однократно записываемой памятью, поскольку можно только один раз запомнить необходимую программу. Ошибка означает, что вы должны выбросить эту микросхему и запрограммировать другую.

Так как ошибки возникают часто, то с учетом дальнейшего усовершенствования программного обеспечения обычно используется программируемая постоянная память. Приборы с ультрафиолетовым стиранием имеют кварцевое окно, которое позволяет свету попадать на кремниевую пластину с ячейками памяти внутри корпуса интегральной схемы. Если эта пластина подвергается воздействию высокоинтенсивного ультрафиолетового света в течение нескольких минут, содержимое всех заполненных ячеек памяти будет стерто (установлено в положение логической единицы). Для перепрограммирования микросхемы используется специальная программа, как было указано выше.