Учебно-методический комплекс по дисциплине основы схемотехники (стр. 6 )

Основная литература: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9

Дополнительная литература:11

Лекция 11 Тема: Шины, каналы, мультиплексоры, демультиплексоры и коммутаторы.

Мультиплексоры. Мультиплексор – комбинационная многовходовая схема с одним выходом . Входы мультиплексора подразделяются на информационные и управляющие (). Обычно , где k и n – число управляющих и информационных входов соответственно. Код, поступающий на управляющие входы, определяет один из информационных входов, значение переменной которого передается на выход .

Мультиплексор реализует функцию

, если .

Таблица истинности, описывающая работу мультиплексора, имеющего n=8 информационных () и k=3 управляющих () входов, представлена на таблице.

0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1	0 Х* Х Х Х Х Х Х 1 Х Х Х Х Х Х Х Х 0 Х Х Х Х Х Х Х 1 Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х 0 Х Х Х Х Х Х Х 1 Х Х Х Х Х Х Х Х 0 Х Х Х Х Х Х Х 1	0 1 0 1 0 1 0 1

Х – значение информационного входа не влияет на значение .

Вариант реализации мультиплексора (n=4, k=2) и его условное графическое обозначение представлены на рисунке 3.

Рис 3. Схемы мультиплексора

Здесь мультиплексор построен как совокупность двухвходовых конъюнкторов (их число равно числу информационных входов), управляемых выходными сигналами дешифратора, дешифрирующего двоичный управляющий код. Выходы конъюнкторов объединены схемой ИЛИ. Данный вариант характеризуется двухступенчатой релизацией, что определяет задержку распространения сигнала, равную сумме задержки сигнала в дешифраторе и конъюнкторе.

Демультиплексоры. Демультиплексор – схема, выполняющая функцию, обратную функции мультиплексора, т. е. это комбинационная схема, имеющая один информационный вход (), n информационных выходов () и k управляющих входов . Обычно, так же как и у мультиплексоров, .

Демультиплексор реализует следующую функцию:

Работа демультиплексора описывается логическими уравнениями.

;

;

. .

;

.

Схемы демультиплексора (n=4, k=2), построенная по данным уравнениям, приведена на рисунке 3.

Демультиплексоры эффективно используются для преобразования последовательного кода в параллельный. Совместное использование мультиплексора с демультиплексором обеспечивает последовательную передачу информации с преобразованием параллельного кода в последовательный и последовательного в параллельный. В таком применении в качестве управляющих сигналов используются выходы двоичного счетчика.

Основная литература: 1, 2, 3, 4, 5, 9

Дополнительная литература: 4,5, 6

Лекция 12 Тема: Элементы программного управления устройствами ЭВМ.

Совокупность программ и сопровождающей их доку­ментации, предназначенная для решения задач на ПК, на­зывается программным обеспечением (ПО) (software). Про­граммное обеспечение делится на системное и прикладное.

Програмное обеспечение, необходимое для управления компьютером, для создания и поддержки выполнения других программ пользователя, а также для пре`доставления польз-лю набора всевозможных услуг, называется системным программным обеспечением (system software), которое можно классифици­ровать следующим образом: операционные системы, сервис­ные системы, программно-инструментальные средства и си­стемы технического обслуживания.

Опе­рационная система (ОС) - совокупность программ, управля­ющих работой всех устройств ПК и процессом выполнения прикладных программ. ОС берет на себя выполнение операций: контроль работоспособности оборудования ПК; выполнение процедуры начальной загрузки; управление работой всех устройств ПК; управление файловой системой; взаимодействие пользователя с ПК; загрузка и выполнение прикладных программ; распределение ресурсов ПК, таких, как оперативная память, процессорное время и периферийные ус­тройства между прикладными программами.

Программно-инструментальные средства — программные продукты, предназначенные для разработки программ­ного обеспечения. К ним относят: системы программирова­ния, которые включают систему команд процессора, пери­ферийных устройств, трансляторы (компиляторы и интерпре­таторы) с различных языков программирования. Сейчас наиболее часто используются процедурно-ориен­тированные системы программирования, такие, как MS Visual Basic, Borland Delphi и инструментарий искусственного ин­теллекта.

Системы технического обслуживания - совокупность про­граммно-аппаратных средств ПК для обнаружения сбоев в процессе работы компьютера. Предназначены для про­верки работоспособности отдельных узлов, блоков и всей машины в целом, являясь инструментом специалистов по эк­сплуатации и ремонту технических средств компьютера. Их можно разделить на средства диагностики ПК, тестового контроля, аппаратного контроля и программ­но-аппаратного контроля. (Средства диагностики обеспечивают автоматический по­иск ошибок и выявление неисправностей с определенной ло­кализацией их в ПК и его отдельных модулях. Программно-логический контроль основан на использова­нии избыточного кода исходных и промежуточных данных ПК. Тестовый контроль осуществляется с помощью специаль­ных тестов для проверки правильности работы ПК или его отдельных устройств. Аппаратный контроль ведется автоматически с помощью встроенного в ПК оборудования. Программно-аппаратный контроль включает программный и аппаратный контроль.)

Основная литература: 1, 2, 3, 4, 8, 10,

Дополнительная литература: 4,5,11

Лекция 13 Тема: Видеоустройства, интерфейсные, мультимедийные и нестандартные устройства.

Видеоустройства ПЭВМ состоят из 2-х частей: монитора и адаптера. Пользователь видит только монитор - похожий на телевизор прибор, а адаптер спрятан в корпус машины. На экране монитора воспроизводится видеосигнал, поступающий от адаптера. В самом мониторе находится только электронно-лучевая трубка и схемы развертки.

В адаптере содержатся логические схемы, преобразующие данные, поступающие для отображения, в видеосигнал. Адаптер обеспечивает формирование также строчных и кадровых синхроимпульсов, необходимых для управления работой схем развертки. Так как электронный луч “пробегает” экран примерно за 1/50 долю секунды (период кадровой развертки - 20 миллисекунд),а изображение на экране монитора меняется довольно редко, то видеосигнал, поступающий на монитор, должен снова и снова порождать (регенерировать) одно и то же изображение. Для его хранения в адаптере имеется буферная память (видеобуфер).

Каждому участку видеобуфера соответствует своя область на экране монитора. Информация в видеобуфер заносится центральным процессором компьютера программным путем. А адаптер периодически, с частотой смены кадров, считывает видеобуфер и преобразует его содержимое в видеосигналы, поступающие на управляющий электрод ЭЛТ монитора.

Центральный процессор имеет к видеобуферу точно такой же доступ, как и к основной памяти машины. Благодаря этому несложное изображение можно формировать на ПЭВМ очень быстро - в тысячи раз быстрее, чем на традиционной ЭВМ, соединенной с дисплеем медленным интерфейсом.

Монитор и адаптер должны быть совместимы, но это вовсе не означает, что они должны жестко соответствовать друг другу. Напротив, большинство адаптеров способно работать с мониторами нескольких типов, правда не всегда в оптимальном режиме.

Совместимость монитора с тем или иным типом адаптера во многом определяется его характеристиками.

Характеризуя монитор, прежде всего говорят о его цветности - цветной или монохромный (одноцветный). Далее мониторы отличаются разрешением. Наконец, они подразделяются на RGB и композитные, а также на аналоговые и цифровые. Особый класс образуют многочастотные мониторы - “мультисинки”.

Разрешение монитора измеряется количеством строк в кадре и числом элементов изображения (“пиксел”, а проще говоря - точек) в строке. Оно обозначается формулой H x V. Например, на мониторе разрешением 720 х 348 изображается 348 строк по 720 пиксел в строке. Практически все профессиональные мониторы имеют разрешение 640 х 200 и более. В настоящее время чаще всего встречаются мониторы с разрешением от 640 х 350 до 720 х 480.

Луч монитора обычно пробегает строку за строкой, слева направо и сверху вниз (горизонтальная и вертикальная развертки),а затем возвращается к началу верхней строки кадра. Частота, с которой луч пробегает весь экран, называется частотой кадров или частотой вертикального сканирования, и обычно равна 50-70 Гц. Частота, с которой выводятся строки, называется частотой строк. Она примерно равна числу строк в кадре и у подавляющего числа мониторов лежит в пределах 15-40 кГц. Наконец, частота, с которой на экран выводятся точки, т. е. с которой адаптер может переключать видеосигнал, примерно равна числу пиксел в строке, умноженному на частоту строк и составляет десятки мегагерц. В то время, пока электронный луч возвращается к началу следующей строки (обратный ход горизонтальной развертки) и к вершине кадра (обратный ход вертикальной (кадровой) развертки),на экран ничего не выводится. В это время центральный процессор может обновлять информацию в видеобуфере.

Общие сведения об интерфейсах.

Создание современных средств вычислительной техники связано с задачей объединения в один комплекс различных блоков ВМ, устройств хранения и отображения информации, аппаратуры данных и непосредственно ЭВМ. Эта задача возлагается на унифицированные системы сопряжения – интерфейсы. Под интерфейсом понимают совокупность схемотехнических средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составных элементов вычислительной системы. Интерфейс обеспечивает взаимосвязь между составными функциональными блоками или устройствами системы.

Основным назначением интерфейса является унификация внутрисистемных и межсистемных связей и устройств сопряжения с целью эффективной реализации прогрессивных методов проектирования функциональных элементов вычислительной системы.

Классификация интерфейсов:

1) Машинные интерфейсы предназначены для организации связей между составными элементами ЭВМ, т. е. непосредственно для их построения и связи с внешней средой.

2) Интерфейсы периферийного оборудования выполняют функции сопряжения процессоров, контроллеров, запоминающих устройств и аппаратурой передачи данных.

3) Интерфейсы мультипроцессорных систем представляют собой в основном магистральные системы сопряжения, ориентированные в единый комплекс нескольких процессоров, модулей памяти, контроллеров запоминающих устройств, ограничено размещенных в пространстве.

4) Интерфейсы распределенных ВС предназначены для интеграции средств обработки информации, размещенные на значительном расстоянии.

Развитие интерфейсов осуществляется в направлении повышении уровня унификации интерфейсного оборудования и стандартизации условий совместимости, модернизации существующих интерфейсов, создания принципиально новых интерфейсов.

Основная литература: 1, 2, 3, 4, 5

Дополнительная литература: 11, 12

Лекция 14 Тема: Уровни и элементы запоминающих устройств.

Запоминающие устройства (ЗУ) служат для хранения информации и обмена ею с другими частями вычислительной машины или системы. Они составляют важную часть ЭВМ, зачастую определяющую ее возможности и стоимость.

В составе ЗУ можно выделить запоминающую среду, средства для записи и считывания данных, средства управления, синхронизирующие работу ЗУ.

Емкость ЗУ определяется максимально возможным объемом хранимой им информации. Минимальный объем информации (один бит) хранится запоминающим элементом (ЗЭ). Многоразрядное слово хранится в ячейке памяти, причем этим термином называют часть ЗУ, хранящего множество слов.

Организаци ЗУ – количество и разрядность хранимых слов. Например, указание емкости 32Х8 бит означает, что в ЗУ емкостью 256 бит хранится 32 слова по восемь разрядов.

Быстродействие ЗУ оценивают временами считывания, записи и обращения. Временем считывания называют отрезок времени между появением сигнала считывания и моментом появления слова на выходе. Аналогично временем записи называют время от момента появления сигнала записи до ее завершения, после которого ЗУ может выполнять новую операцию. Обращением к ЗУ называют операцию, в результате которой происходит считыване или запись информации. Временем обращения является интервал между двумя последовательными обращениями к ЗУ. До его истечения нельзя считывать или записывать другое слово, по этому максимальная скорость передачи слов из ЗУ и в ЗУ обратно времени обращения.

Запоминающие можно классифицировать по их роли в системе и техническому исполнению.

По первому признаку ЗУ образует сложную иерархию, в которой можно выделить три укрупненных класса – устроиство внутренней, внешней, и буферной памяти.

Устройства внутренней памяти непосредственно участвуют в процессе преобразования информации, обмениваясь данными с процессором ЭВМ или вычислительной системы.

Внешняя память содержит большие массивы информации, хранит их в течение длительного времени и обменивается данными с внутренней памятью.

Буферные ЗУ предназначены для промежуточного хранения данных при обмене между внешней и внутренней памятью.

Среди классификационных признаков для ЗУ важнейший – способ записи и считывания данных, согласно которому ЗУ делится на типы показанные на рисунке 4.

Оперативные ЗУ (ОЗУ) относятся к внутренней памяти, хранят данные, участвующие в теущих вычислениях, и должны быть быстродействующими. ЗУ с произвольной выборкой (ЗУПВ) имеют время обрщения не зависящее от местоположения запоминающей ячейки. Английским обозначением таких ЗУ служит аббревиатура RAM (random access memory).

Постоянные ЗУ известны издавна, но в последние годы быстро прогрессируют и дополняются разновидностями. Первоночально постоянные ЗУ (ПЗУ, или ROM – read only memory) хранили данные, однократно фиксируемые при изготовлении (константы, установки, микропрограммы и т. п.) в поледнее время все шире используются программируемые ПЗУ (ППЗУ, или PROM – programmable read only memory).

Техника ЗУ продолжает развиваться, в перспективе могут наити применение новые запоминающие среды, в частности на основе функциональной электроники.

Основная литература: 1, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 12

Дополнительная литература: 11, 12

Лекция 15 Тема: Устройства бесперебойного питания.

Устройства бесперебойного питания (uninterruptible power supply – UPS), когда-то устанавливались только в вычислительных центрах или системах жизнеобеспечения, сейчас являются сравнительно недорогим дополнением к компьютеру, которое легко окупает себя, сохраняя часы работы.
  Источник бесперебойного питания (ИБП) состоит из источника питания, аккумуляторной батареи и реверсивного источника питания.

Входной источник питания преобразует переменный ток сети (разумеется, когда она подключена) в постоянный ток, необходимый для аккумуляторной батареи. Выходной источник питания делает то же самое в обратном порядке: он преобразует постоянный ток аккумуляторной батареи в переменный ток, который может потреблять компьютер. Источником напряжения постоянного тока ( это напряжение подается на выходной источник) является входной источник (если он работает) или аккумуляторная батарея. В любом случае переменный ток на выходе стабилен, без каких-либо прерываний выходного напряжения, независимо от состояния сети переменного тока на входе.
  Выходное питание в этом варианта источника бесперебойного питания несколько дороговато, так как источник работает непрерывно. Необходимость зарядки аккумуляторов и обеспечения работы выходного источника увеличивает нагрузку входного источника, поэтому он должен быть более мощным, а значит и более дорогим. В источнике бесперебойного питания новой, более дешевой технологии введен переключатель, который позволяет устранить многие проблемы. Он переключает источники питания, когда исчезает напряжение в сети или нужно зарядить аккумуляторы. Здесь материальная выгода достигается ценой кратко временного исчезновения выходного напряжения.
  В нормальных условиях переключатель подает входное переменное напряжение непосредственно на выход. При исчезновении входного напряжения, схема управления источника бесперебойного питания подключает (с помощью переключателя) выходной источник питания к компьютеру. В результате в нормальных условиях источники питания отключены, т. е. источник бесперебойного питания не перегревается, полная нагрузка входного источника уменьшается, а стоимость источника бесперебойного питания резко падает. Мощность источников питания в составе источника бесперебойного питания определяет мощность компьютера (и других переферийных устройств), которые может обеспечить источник бесперебойного питания. Ёмкость аккумуляторов определяет время поддержания напряжения при его исчезновении в сети.
  Источник бесперебойного питания не только защищает компьютер, но и управляет своим состоянием.
- Управление аккумуляторной батареей. Источник бесперебойного питания следит за емкостью аккумуляторной батареи и уровнем ее зарядки. Он подает сигнал тревоги при разрядке аккумуляторов и выдает сообщение если нужно заменить аккумуляторы.

- Интерфейс с компьютером и программное обеспечение. Соединив компьютер через последовательный порт с источником бесперебойного питания, с помощью программного обеспечения можно следить за его состоянием и управлять его работой.
- Защита по низкому и высокому напряжению. Источник бесперебойного питания не только защищает компьютер от исчезновения напряжения в сети, но и следит за понижением и повышением подаваемого напряжения. Когда подаваемое напряжение выходит за допустимые пределы, источник бесперебойного питания корректирует его до заданных значений, необходимых для работы компьютера.