Методические указания к практическим работам по дисциплине «Организация ЭВМ» (стр. 1 )

Методические указания Ф СО ПГУ 7.18.2/05

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Кафедра «Вычислительная техника и программирование»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим работам

по дисциплине «Организация ЭВМ»

для студентов специальности 050704 «Вычислительная техника и программное обеспечение»

Павлодар

Лист утверждения к

методическим указаниям Ф СО ПГУ 7.18.1/05

УТВЕРЖДАЮ

Декан ФМиИТ

_______

«___»_________200_г

Составитель: ст. преподаватель ______________

Кафедра «Вычислительная техника и программирование»

Методические указания

к практическим работам

по дисциплине «Организация ЭВМ»

для студентов специальности 050704 «Вычислительная техника и программное обеспечение»

Рекомендовано на заседании кафедры от «____» __________200_ г.

Протокол №___

Заведующий кафедрой ___________

(подпись)

Одобрено методическим советом факультета ФМиИТ

«____» __________200_ г. Протокол №___

Председатель МС ________________

(подпись)

Содержание

Введение 5

1 Системы счисления (практическая работа №1) 6

1.1 Теоретические сведения 6

1.1.1 Двоичная система счисления 6

1.1.2 Шестнадцатеричная система счисления 7

1.1.3 Десятичная система счисления 8

1.1.4 Перевод в десятичную систему счисления 9

1.1.5 Перевод в двоичную систему счисления 9

1.1.6 Перевод в шестнадцатеричную систему счисления 9

1.1.7 Перевод дробных чисел 10

1.1.8 Числа со знаком 13

1.2 Указания по выполнению практической работы 14

2 Исследование цифровых логических элементов (практическая работа №2) 17

2.1 Теоретические сведения 17

2.2 Указания по выполнению практической работы 19

3 Исследование работы сумматора (практическая работа №3) 21

3.1 Теоретические сведения 21

3.2 Указания по выполнению практической работы 22

4 Дешифратор (практическая работа №4) 23

4.1 Теоретические сведения 23

4.1.1 Линейный или одноступенчатый дешифратор 23

4.1.2 Пирамидальные дешифраторы 24

4.1.3 Двухступенчатые дешифраторы на интегральных микросхемах 25

4.2 Указания по выполнению практической работы 25

5 Логические функции и формы их представления (практическая работа №5) 27

5.1 Теоретические сведения 27

5.2 Указания по выполнению практической работы 30

6 Построение и исследование комбинационных схем (практическая работа №6) 34

6.1 Теоретические сведения 34

6.2 Указания по выполнению практической работы 36

7 Построение и исследование преобразователей кода (практическая работа №7) 37

7.1 Теоретические сведения 37

7.2 Указания по выполнению практической работы 38

8 Построение и исследование последовательностных схем (практическая работа №8) 40

8.1 Теоретические сведения 40

8.2 Указания по выполнению практической работы 43

9 Построение и исследование двоичных счетчиков (практическая работа №9) 44

9.1 Теоретические сведения 44

9.2 Указания по выполнению практической работы 44

10 Построение и исследование регистров (практическая работа №10) 46

10.1 Теоретические сведения 46

10.2 Указания по выполнению практической работы 47

Список использованной литературы 48

Введение

Компьютер, как и любая сложная система, обладает многоуровневой организацией при которой абстракции более высокого уровня не только надстраиваются над абстракциями более низкого уровня, но и органично включают их в свой состав. Многоуровневая компьютерная организация иногда называется архитектурой компьютера.

На самом нижнем уровне (нулевом) – цифровом логическом уровне, объекты называются вентилями или переключателями. Эти переключатели могут находиться в одном из двух устойчивых состояний: переключатель включен или выключен, конденсатор заряжен или разряжен, магнитный домен намагничен или нет, транзистор находится в проводящем состоянии или непроводящем и т. п.

На микроархитектурном уровне можно анализировать совокупности логических схем, например оперативную память, регистры.

Система схемотехнического моделирования Electronics Workbench предназначена для моделирования и анализа электрических схем.

В библиотеки компонентов программы входят пассивные элементы, транзисторы, управляемые источники, управляемые ключи, гибридные элементы, индикаторы, логические элементы, триггерные устройства, цифровые и аналоговые элементы, специальные комбинационные и последовательностные схемы. Активные элементы могут быть представлены моделями как идеальных, так и реальных элементов. Возможно также создание своих моделей элементов и добавление их в библиотеки элементов.

1 Системы счисления (практическая работа №1)

Цель работы: изучить системы счисления и научить студентов осуществлять перевод чисел из одной системы счисления в другую.

1.1 Теоретические сведения

Системой счисления называется совокупность правил записи чисел.

Системы счисления подразделяются на позиционные и непозиционные. Как позиционные, так и непозиционные системы счисления используют определен­ный набор символов — цифр, последовательное сочетание которых образует число. Непозиционные системы счисления характеризуются тем, что в них символы, обозначающие то или иное число, не меняют своего значения в зависимости от местоположения в записи этого числа.

В позиционной системе счисления количество символов в наборе равно основанию системы счисления. Место каждой цифры в числе называется позицией. Номер позиции символа (за вычетом единицы) в числе называется разрядом. Разряд 0 называется младшим разрядом. Каждой цифре соответствует определен­ный количественный эквивалент. Введем обозначение — запись А(р) будет озна­чать количественный эквивалент числа А, состоящего из n цифр ak (где k - 0,..., n-1) в системе счисления с основанием р. Это число можно представить в виде последовательности цифр: А = аn-1аn-2 … а1а0. При этом всегда выполняется неравенство ak < р.

В общем случае количественный эквивалент некоторого положительного числа А в позиционной системе счисления можно представить выражением:

А(р) = аn-1 *р n-1 + аn-2 *р n-2 + … + а1 *р 1 + а0 *р 0 , (1)

где р — основание системы счисления (некоторое целое положительное число); а — цифра данной системы счисления; n — номер старшего разряда числа.

Для получения количественного эквивалента числа в некоторой позиционной системе счисления необходимо сложить произведения количественных значений цифр на степени основания, показатели которых равны номерам разрядов (обра­тите внимание, что нумерация разрядов начинается с нуля).

Набор цифр для двоичной системы счисления: {0, 1}, основание степени р = 2. Количественный эквивалент некоторого целого n-значного двоичного числа вы­числяется согласно формуле (1):

А(2) = аn-1 *2 n-1 + аn-2 *2 n-2 + … + а1 *2 1 + а0 *2 0 , (2)

Наличие этой системы счисления обусловлено тем, что компьютер построен на логических схемах, имеющих в своем элементарном виде только два состояния — включено и выключено. Производить счет в двоичной системе просто для компьютера, но сложно для человека. Например, рассмотрим двоичное число .

Вычислим количественный эквивалент этого двоичного числа. Согласно формуле (2), это будет величина, равная следующей сумме:

1*27 + 0*26 + 1*25 + 0*24 + 0*23 + 1*22 + 1*2' + 1*2°.

Сложение и вычитание двоичных чисел (рисунок 1) выполняется так же, как и для других позиционных систем счисления, например десятичной. Точно так же выполняются заем и перенос единицы из (в) старший разряд. Например:

Рисунок 1 - Сложение и вычитание двоичных чисел

Степени двойки приведем в таблице 1, а соответствие двоичных чисел и их десятичных и шестнадцатеричных эквивалентов в таблице 2.

Таблица 1 - Степени двойки

k	2k
1	2
2	4
3	8
4	16
5	32
6	64
7	128
8	256
9	512
10	1024
11	2048
12	4096

Данная система счисления имеет следующий набор цифр: {0, 1, 2, ..., 9, А, В, С, D, Е, F}, основание системы р = 16.

Количественный эквивалент некоторого целого n-значного шестнадцатеричного числа вычисляется согласно формуле (1):

А(16) = аn-1 *16n-1 + аn-2 *16n-2 + … + а1 *161 + а0 *160

Например, количественный эквивалент шестнадцатеричного числа f45ed23c равен: 15*167+4*166+5*165+14*164+13*163+2*162+3*16'+12*16°.

Таблица 2 – Десятичные числа, их двоичные и шестнадцатеричные эквиваленты
Десятичное число	Двоичная тетрада	Шестнадцатеричное число
0	0000	0
1	0001	1
2	0010	2
3	0011	3
4	0100	4
5	0101	5
6	0110	6
7	0111	7
8	1000	8
9	1001	9
10	1010	А, а
И	1011	В, b
12	1100	С, с
13	1101	D, d
14	1110	Е, е
15	1111	F,f
16	10000	10

Шестнадцатеричная система счисления при производстве вычислений несколько сложнее, чем двоичная, в частности, в том, что касается правил переносов в старшие разряды (заемов из старших разрядов). Главное здесь — помнить следующее равенство: (l + F = 10)16