МИКРОКАЛЬКУЛЯТОРЫ

В последние годы широкое распространение получили неболь­шие по размерам вычислительные устройства для цифровой обра­ботки информации, так называемые микрокалькуляторы. Рассмот­рим их структуру и порядок работы на примере микрокалькулято­ра БЗ — 18А.

В состав устройства (рис. 7.23, рис. 7.24) входят: большая инте­гральная микросхема (БИС), индикатор для отображения проме­жуточных и окончательных результатов, клавишное устройство для ввода информации, источник питания.

БИС содержит следующие функ­циональные узлы:

устройство ввода — вывода, пред­назначенное для приема информации с клавишного устройства и выдачи ин­формации на индикатор;

арифметико-логическое устройство (АЛУ), обеспечивающее выполнение математических операций над числами;

постоянное запоминающее устрой­ство (ПЗУ), используемое для хране­ния микропрограмм выполнения всех вычислительных функций (сложения, вычитания, умножения, деления, опре­деления тригонометрических функций, логарифмов и т. п.) и функций управ­ления (ввод данных и команд, вывод результатов, защита от дребезга кон­тактов, нажатия одновременно двух клавиш и т. п.);

Рис. 7.23. Внешний вид микрокалькулятора БЗ-18А

оперативное запоминающее устрой­ство (ОЗУ), служащее для хранения чисел, которые участвуют в вычислени­ях, а также промежуточных результа­тов;

Рис. 7.24. Структурная схема микрокалькулятора БЗ-18А

генератор опорной частоты, предназначенный для выработки синхронизирующих сигналов; .

устройство управления (УУ), формирующее последовательность сигналов, которые координируют работу всех элементов БИС.

Рассмотрим последовательность работы микрокалькулятора на примере выполнения сложения двух чисел.

Пои подаче питания специальный триггер подготавливает ПЗУ к выдаче микрокоманд на приведение всех элементов в исходное состояние Через 100 — 500 мс начинает выполняться микропрограмма, которая обеспечивает подготовку ОЗУ и УУ к работе. Следующая микропрограмма производит опрос клавишного устройства и выдачу информации на индикатор.
Если ни одна из клавиш не на­жата, на индикаторе будет высвечиваться только 0 и точка.

Вычисление начинается с введения первого числа. Оно вводит­ся в десятичном коде последовательно, начиная со старшего разря­да При нажатии на клавишу в УУ срабатывает соответствующий триггер который фиксирует нажатие клавиши. Информация пере­дается в ОЗУ и отображается на индикаторе. В процессе ввода цифр обеспечивается задержка начала следующей микропрограммы по вводу числа и его кодированию во избежание сбоев в работе в результате дребезга контактов.

При нажатии клавиши, соответствующей действию (сложению), которое должно быть выполнено с введенными числами, эта коман­да запоминается в ОЗУ и оно подготавливается к принятию сле­дующего числа. Последнее вводится и запоминается аналогично первому и также высвечивается на индикаторе.

При нажатии клавиши, соответствующей выдаче результата, начинает выполняться микропрограмма сложения. Вычисления осуществляются в АЛУ. Результат поступает в ОЗУ и отображается на индикаторе. Ранее записанная в ОЗУ информация стирается.

Таблица 7.2

Тип	+, — Х, :	Выполняемые функции	Габаритные разме­ры, мм
			Доп. функция	Операции с памятью	Про­грамми­рова­ние	Тип инди­катора	Потребля- емая мощность мВт	Масса, г
БЗ-09Л1	+	+	—	—	%	1	——	ВЛД*	—	300	153X86X36
БЗ-14М	+	+	+	—		—	—	ВЛД	—	300	158Х86Х36
БЗ-23	+	—	—	—	%	—	—	СД**	450	200	155х78X28
БЗ-24Г	+	—	—	—		п+	—	СД	450	200	155Х78Х28
БЗ-25А	+	—	—	—			—	ВЛД		360	155X78X28
БЗ-26	+	—	+	—	%	п+, п —	—	ВЛД	7СО	360	140X75X25
СЗ-27	+ .	—	—	—		—	—	ВЛД		200	165X78X21
БЗ-30	+	+	+	—	%	—	—	ЖК***	10	100	109X66X8,5
СЗ-33	+	+	—	—	%	П+, П —	—	СД	350	120	130X70X12
БЗ-39	+	+	+	—	%	—	—	ЖК	65	65	100X66,5X1°. 5
СЗ-15	+	+	+	+ (нет 10x)		п+ , п — Х<—>П	—	СД	1200	500	170X90X32
БЗ-18А	+	+	+	+		п+ , п — п +х2, х<—>п	—	ВЛД	700	400	160X20X46
БЗ-19М	+	+	+	+ (нет 10x)	—	доп. регистр памяти	—	СД	900	400	166,5X86X41
БЗ-32	+	+	+	+ (кет arc)	г~р, п, |[(||)]|	2 доп. регистра памяти	—	СД	—	300	120X73X30,4
Б3-36	+	+	+	+	г — р, п |[(||)]|, n!	n+, n — , n~, nx, n< — >х	—	СД	200	200	145Х78,5Х15
Б3-37	+	+	+	+	г — р, п	n+, n — , n+х2 Х<->П	—	сд	450	200	155Х78Х28
БЗ-21	+	+	+	+ (нет arc)	x2, п, еix	1 В соотв. с прогр.	+	сд	1000	390	185X100X43
БЗ-34	+	+	+	+	х2, п, еix	В соотв. с прогр.	+	сд	1000	390	185Х100ХНЗ

Аналогично выполняются и другие вычислительные операции, однако объем их может быть значительно большим. Вычисление тригонометрических, логарифмических и подобных функций произ­водится с помощью микропрограмм, которые хранятся в ПЗУ.

Время вычисления зависит от сложности операции. Например, сложение двух восьмиразрядных чисел осуществляется примерно за 0,05 с, а вычисление arctg x — за 3 с.

Микрокалькулятор БЗ-18А реализован на базе БИС К145ИП12 и выполняет четыре арифметических действия, вычисление функций 1/х, х-2, lп х, lg x, еx, 10х, xy, sin x, cos x, tgx, arcsinx, arccos x, arctg x (угол может быть задан в градусах и радианах), операции с числом я, обмен чисел на индикаторе и в рабочем регистре («<—>») или в регистре памяти («х< — >п»), использование памяти для суммирования или вычитания числа на индикаторе («п+», «п~») или суммирование квадрата числа на индикаторе («п+») и еще ряд дополнительных действий. Для сокращения числа клавиш совмещают две операции на одной клавише с общим управлением перехода от основных к дополнительным операциям.

Число рабочих разрядов — восемь. Операции с десятичными дробями ведутся с плавающей запятой: при вводе десятичной дроби запятая ставится в нужном месте, а затем ее положение опреде- ляется автоматически.

По назначению отечественные микрокалькуляторы можно разде­лить на три группы в соответствии с функциональными возможно­стями: 1) для выполнения несложных операций (арифметические действия, вычисления 1/х, Х-2, %, некоторые операции с памятью); 2) для выполнения инженерных и научно-технических расчетов без программирования (арифметические действия, вычисление ряда функций, операции с памятью); 3) для выполнения инженерных и научно-технических расчетов с возможностью использовать програм-мдрование.

К первой группе относятся микрокалькуляторы БЗ-04, БЗ-14М, БЗ-23, БЗ-24Г; БЗ-26Л, БЗ-30, БЗ-39, СЗ-07, СЗ-22, СЗ-27, СЗ-33 и др. Ко второй группе относится рассмотренный микрокалькуля­тор БЗ-18А, а также его модификации БЗ-18, БЗ-18М и еще ряд подобных устройств (БЗ-19М, БЗ-36, БЗ-37, СЗ-15 и т.


п.). У наибо­ лее совершенных микрокалькуляторов второй группы, например, СЗ-15, БЗ-36, предусмотрено выполнение операций в скобках |(11)|, что значительно облегчает проведение вычислений, нахож­дение факториала (n!) (БЗ-36) и ряд дополнительных функций. К третьей группе относятся микрокалькуляторы БЗ-21, БЗ-34 и др. Одной из особенностей микрокалькуляторов рассматриваемой группы является увеличение объема памяти. Если в БИС микрокалькуля­торов для простейших и научно-технических расчетов без програм­мирования имеется два — четыре регистра памяти, то в БЗ-21 их 14. Кроме двух основных регистров в этом микрокалькуляторе есть еще семь дополнительных, предназначенных для хранения исходных данных и промежуточных результатов, а также дополнительное ОЗУ из шести ячеек памяти, которое вместе с одним из основных оперативных регистров образует замкнутое кольцо из семи реги­стров. Объем памяти в БЗ-21 сопоставим с объемом памяти у пер­вых образцов стационарных ЭВМ.

Таблица 7.3

Микросхема	Число элемен­тов на кристалле	Параметр
Uвх,В	Uвых,В	Рпотр- Вт
К145АП1А	378	5,2	9,2	6,6
К145АФ1	12	—	18	—
К145ПП1А	642	4,6	9,2	6,6
К145ИП1А	3400	4,4	4,6	3,3
К145ИП2А	1492	4,6	4,6	3,3
К145ПН1	4	~	—	5

Увеличение объема и гибкости памяти в БИС программируе­мых микрокалькуляторов позволяет записывать несколько десятков отдельных команд — шагов и выполнять такие логические операции, как условный и безусловный переход, использование подпрограммы и т. д. В БЗ-21 число шагов вводимой пользователем программы составляет 60, в БЗ-34 — 98.

Отечественная промышленность выпускает несколько типов на­стольных калькуляторов, например «Искра-125», у которой имеются более широкие возможности программирования, поскольку объем памяти, отводимой под программу и ОЗУ, достигает 1024 кбайт.

Параметры ряда отечественных микрокалькуляторов приведены в табл. 7.2.



Элементная база микрокалькуляторов — БИС, построенные на МДП-транзисторах. Наиболее широко используют МДП-транзисто-ры с р-каналом и особенно комплементарные структуры.

В отечественных микрокалькуляторах широко применяют микро­схемы серии 145. Различные микрокалькуляторы содержат в своем составе одну или несколько микросхем. Например, БЗ-04 построен на шести микросхемах: К145АП1А (формирователь импульсов). К145АФ1 (селектор цифр), К145ПП1А (устройство управления) — обеспечивают работу устройства индикации, К145ИП1 А — выпол­няет арифметические и логические операции, преобразование инфор­мации в двоично-десятичный код, а также в код, необходимый для устройства индикации, К145ИП2А — регистр памяти, К145ПН1 — преобразователь напряжения.

Параметры указанных микросхем приведены в табл. 7.3.

В состав микрокалькулятора БЗ-21 входят три микросхемы К145ИК501 (502, 503) — оперативное устройство, ПЗУ которого запрограммировано на выполнение различных функций согласно исполнению; К145ИР1 — динамический регистр сдвига на 1024/1008 бит; К165ГФ2 — четырехфазный генератор импульсов. Указанные микросхемы содержат соответственно 9800, 6167 и 188 элементов на кристалле.

Микрокалькуляторы БЗ-23, БЗ-24Г, БЗ-37 построены на двух микросхемах: К145ИП11 (К145ИП7 для БЗ-37) — АЛУ с памятью и устройствами управления; К145КГ1 — устройство согласования с индикатором на светодиодах, выполненное на биполярных тран­зисторах.

Ряд микрокалькуляторов, например БЗ-18А, БЗ-36, построен на одной микросхеме. БИС микрокалькулятора БЗ-18А К145ИП12 содержит 16 тыс. транзисторов, резисторов и конденсаторов. Эти элементы соединены с помощью 25 тыс. соединительных линий. Все элементы и соединения размещены на кристалле размером .5x5,2 мм, установленном в керамическом корпусе. БИС микрокаль­кулятора БЗ-36 (К145ИП15) содержит 18 тыс. транзисторных струк­тур, выполненных по р-МДП-технологии на кристалле 5,2x5,5 мм.

Число разрядов индикаторного табло в микрокалькуляторах составляет 9 — 12.


Один из разрядов — служебный. Он используется лля индикации отрицательного знака числа, а также может слу­жить для сигнализации о переполнении рабочих регистров и раз­ряде источников питания.

Дальнейшее совершенствование микрокалькуляторов идет по нескольким направлениям: расширяют возможности программирова­ния, начинают внедрять такие носители программ, у которых про­грамма не разрушается с отключением источников питания (магнит­ные карты, микрокассеты), предполагается создать библиотеки готовых сменных программ для микрокалькуляторов. Объем памяти возрастает до 10 — 20 регистров. Производительность повышается за счет использования параллельных вычислений и связи микрокаль­кулятора с большой ЭВМ.

Совершенствование устройств вывода информации ведется в на­правлении создания встроенных устройств тепловой печати результа­тов, увеличения площади экрана для отображения информации.

Одна из перспектив развития микрокалькуляторов — использо­вание в них компактного алфавитно-цифрового устройства отобра- жения, которое позволит реализовать диалоговый режим вычислений и обработки информации.

Совершенствование микрокалькуляторов предполагается осу­ществить без увеличения потребляемой ими мощности, а даже при ее снижении.

Отечественные микрокалькуляторы описаны в [17, 27].


Содержание раздела

---

---