Микропроцессоры

В книге рассмотрены практические аспекты программирования приложений для популярной микропроцессорной платформы ARM. Материал книги имеет сугубо практическое направление, поэтому в ней приведено множество примеров, иллюстрирующих те или иные подходы при создании программ. Основной упор сделан на практические методы программирования задач на языке программирования C/C++, а также на решение проблем при отладке программ. Создание эффективного программного кода невозможно без применения тех или иных механизмов оптимизации, начиная с разработки эффективного кода в С++ и заканчивая низкоуровневой оптимизацией на уровне команд процессора, поэтому значительная часть материала книги посвящена практическим методам оптимизации приложений. Для разработки, отладки и оптимизации демонстрационных приложений книги используется свободно распространяемая версия инструментального пакета фирмы Keil, при этом не требуется покупка каких-либо дополнительных аппаратных модулей с микроконтроллерами ARM. Книга буде полезной в первую очередь разработчикам программного обеспечения систем на базе микроконтроллеров ARM, инженерам, студентам и всем, кто интересуется созданием устройств с ARM микроконтроллерами.

Кратко изложены основные сведения о микропроцессорах, их структуре и функционировании на примере микропроцессора Intel. 8080/8085. Особое внимание уделено построению вычислительного процесса в микропроцессоре, а также методам адресации команд и данных. Программное обеспечение микропроцессорных систем рассмотрено в объеме, необходимом для понимания особенностей программирования микропроцессоров. Представлены устройства, входящие в состав микропроцессорных систем управления, – запоминающие устройства и интерфейсы связи с объектом управления. Описано взаимодействие микропроцессора с объектом управления, показано построение и функционирование каналов ввода-вывода цифровых и аналоговых сигналов. Для студентов старших курсов, обучающихся по специальности. «Стартовые и технические комплексы ракет и космических аппаратов», изучающих дисциплину «Управление техническими системами комплексов».

Разработанные в России универсальные микропроцессоры с архитектурой «Эльбрус» обладают высокой логической скоростью при минимальной потребляемой мощности, обеспечивают полную двоичную совместимость с архитектурой Intel х86, а также эффективные средства защищенного исполнения программ. Эти свойства базируются на глубокой аппаратно-программной интеграции, позволяя создавать вычислительные комплексы широкого диапазона применения – настольные, встраиваемые, серверы, суперкомпьютеры.

В данном пособии описываются основные особенности программирования на языке Си применительно к однокристальной ВМ (ОВМ) семейства х51. Основное внимание уделено базовым сведениям о типах данных для 8-битной ОВМ и ее внутренних узлов. Приведены примеры типовых преобразований и процедур, которые могут быть использованы при курсовом проектировании.

Пособие предназначено для первоначального ознакомления со структурой и основными особенностями однокристальной ВМ (ОВМ) семейства х51, ставшей промышленным стандартом для 8-битных процессоров. Изложены базовые сведения о схемотехнике выходных цепей и внутренних узлов ОВМ. Приведено описание системы команд, особенностей оформления программ, примеры типовых процедур, которые могут быть использованы при курсовом проектировании.

Аппаратная поддержка транзакционной памяти становится доступной в новейших процессорах. В статье описывается реализация набора инструкций RTM в функциональном симуляторе Wind River® Simics. Цель работы – обеспечение корректного исполнения новых инструкций и сохранение высокой скорости работы симулятора, которую может продемонстрировать Simics.

Рассматривается матричная реализация алгоритмов нечеткого вывода, позволяющая свести применение правил modus ponens к решению линейных алгебраических уравнений с обычными условиями существования решения. Приводится сравнение реализаций классического и предлагаемого подходов на микропроцессорной системе. В качестве содержательного приложения рассматривается нечеткий алгоритм формирования результирующей оценки успеваемости студента на основании большого количества разнообразных критериев и показывается эффективность метода для настройки автоматического учета мнения экспертов.

В учебнике рассмотрена архитектура компьютера на уровне системы команд и адресов. Изложение опирается на минимальное понимание работы «железа» и операционных систем, от читателя требуется лишь знание четырех действий арифметики. Описаны представление данных, диапазон и точность, системы счисления, коды чисел, разновидности команд передачи управления, структура циклов, методы организации переменных адресов. Подробно рассмотрены структура подпрограмм, организация вызова и возврата, методы передачи параметров и сохранения регистров и соответствующие им команды. Описаны конвейер команд и связанные с ним проблемы. Представлены современные направления развития архитектур: RISC– и CISC-процессоры, архитектуры со словом сверхбольшой длины.

В учебном пособии в доступной форме изложен материал, описывающий процессы, происходящие в устройствах цифровой обработки сигналов (ЦОС). Описаны процессы дискретизации и квантования сигналов, приводятся сведения из теории Z-преобразования, быстрого преобразования Фурье, вейвлет-преобразований, обширный материал посвящен цифровым фильтрам, цифровым генераторам, фазорасщепителям, демодуляторам и т.д. Описана архитектура сигнальных процессоров и организация вычислений в них, приведены методики расчета различных устройств ЦОС и программы их расчета и моделирования. Материал пособия содержит много рисунков, поясняющих происходящие в устройствах ЦОС процессы, а также временные диаграммы, графики и характеристики различных устройств ЦОС.

Учебник подготовлен в полном соответствии с учебной программой дисциплины «Архитектура компьютеров» для учреждений высшего образования. Содержит сведения о последних достижениях в области архитектур вычислительных систем (компьютеров), в том числе многоядерных, графических и квантовых процессоров. Актуальность книги обусловлена отсутствием соответствующей отечественной учебной литературы в данной предметной области. Для студентов учреждений высшего образования, специализирующихся в области системного программирования, разработки эффективных программных проектов, особенно операционных систем. Может быть использован разработчиками новых архитектурных решений. Отдельные главы будут полезны специалистам, работающим в смежных областях информатики, главная цель которых – проектирование эффективных приложений в собственной предметной области.

Кацураги Аюми, чемпионка по японским шахматам сёги, встречает таинственного незнакомца, который предлагает ей сыграть партию с компьютером. Кто одержит верх в этом поединке – человек или машина? И какую тайную цель преследует загадочный программист? В книге просто и доступно объясняются основы вычислительной техники, рассказывается об устройстве классического центрального процессора (ЦПУ), принципах его работы и областях применения.

В книге представлен уникальный и современный подход к разработке цифровых устройств. Авторы начинают с цифровых логических элементов, переходят к разработке комбинационных и последовательных схем, а затем используют эти базовые блоки как основу для самого сложного: проектирования настоящего процессора MIPS. По всему тексту приводятся примеры на языках SystemVerilog и VHDL, иллюстрирующие методы и способы проектирования схем с помощью САПР. Изучив эту книгу, читатели смогут разработать свой собственный микропроцессор и получат полное понимание того, как он работает. В книге объединен привлекательный и юмористический стиль изложения с развитым и практичным подходом к разработке цифровых устройств. Во второе англоязычное издание вошли новые материалы о системах ввода/вывода применительно к процессорам общего назначения как для ПК, так и для микроконтроллеров. Приведены практические примеры интерфейсов периферийных устройств с применением RS-232, SPI, управления двигателями, прерываний, беспроводной связи и аналого-цифрового преобразования. Представлено высокоуровневое описание интерфейсов, включая USB, SDRAM, WiFi, PCI Express и другие. Издание будет полезно студентам, инженерам, а также широкому кругу читателей, интересующихся современной схемотехникой.