«Вычислительная техника» (стр. 2 )

Источник: [1] глава 1, [2] глава 4, глава 5; [3] глава 1, глава 2, глава 3, глава 4.

Вопросы для самоконтроля

1.  Что такое носители информации?

2.  Виды информации.

3.  Что такое система счисления?

4.  Почему в вычислительной технике используется двоичная система счисления?

5.  По какому правилу число из шестнадцатеричной системы счисления переводится в двоичную систему и наоборот?

6.  Чем отличается образование дополнительного кода отрицательного числа от обратного кода?

7.  Какие преобразования необходимо выполнить при переводе из обратного и дополнительного кодов отрицательного числа в прямой код?

Тема 1.2 Логические элементы ЭВТ

Студент должен:

иметь представление:

-  о цифровых электронных схемах, их элементах и компонентах;

уметь:

-  согласовывать ИМС по логическим уровням и нагрузочным способностям;

-  производить синтез и анализ цифровых схем.

знать:

-  параметры и характеристики ИМС основных технологий;

-  форму сигналов;

-  параметры сигналов: низкий и высокий логические уровни;

-  особенности применения логических элементов.

Понятие цифровых электронных схем. Классификация и определения. Критерии сравнения цифровых ИМС Степень интеграции ИМС. Классификация и система обозначений цифровых ИМС. Основные логические операции. Таблицы истинности. Параметры и характеристики логических элементов различных технологий. Применение логических элементов в устройствах вычислительной техники.

Основной базис алгебры логики. Законы алгебры логики. Нормальные и совершенные нормальные формы, минимизация логических функций. Синтез и анализ цифровых схем.

Методические указания

Наиболее часто применяются электронные устройства в виде интегральных микросхем (ИМС). Цифровые ИМС обеспечивают строительство практически всех узлов и блоков ЭВМ и других цифровых устройств, в которых обрабатываемая информация представлена в виде двоичных чисел. Подавляющее большинство ИМС представляет собой потенциальные ЛЭ. Параллельно с развитием цифровой техники шло создание различных серий ИМС. Серия ИМС представляет собой комплект микросхем, имеющих единое схемотехническое и конструктивно-технологическое исполнение. Необходимо рассмотреть различные серии ИМС сравнить их электрические параметры и степенью интеграции.

Все схемы вычислительных устройств построены на элементах, выполняющих логические операции. Такие элементы принято называть логическими (ЛЭ). Они используются для оценки и решения задач алгебры логики (исчисления высказываний). Под высказыванием понимается любое утверждение, о котором можно

сказать, что оно истинно, или оно ложно. Одно из высказываний принимают за 1, другое за 0.

В логике не требуется знания абсолютного значения величины, поэтому физическая величина, подвергаемая логическим преобразованиям, называется переменной, или аргументом. Логические переменные могут подвергаться различным преобразованиям с использованием ЛЭ. Такие преобразования описываются с помощью переключательных функций. Любая функция может быть задана различными способами. Необходимо рассмотреть эти способы.

Для реализации простейших функций алгебры логики проводят анализ и синтез. Синтез включает в себя следующие этапы: постановка задачи; составление таблицы истинности, составление СДНФ (СКНФ) на основе таблицы истинности; построение схемы с учетом оптимального набора элементов.

Одна из основных задач синтеза заключается в выборе типов элементов, на которых будут реализовываться заданные функции. Поэтому необходимо определить минимальный набор ЛЭ (базис). Необходимо изучить основные ЛЭ И, ИЛИ, НЕ, выполняемые ими логические функции, таблицы истинности, временные диаграммы. А также электрические схемы, реализующие основные логические функции.

Для преобразования логических функций, содержащих одну переменную, пользуются тождествами. Для преобразования логических функций, содержащих несколько переменных, необходимо соблюдать определенный порядок, который представляется в виде законов алгебры логики. Необходимо изучить основные законы алгебры логики: переместительный, сочетательный, распределительный, закон двойного отрицания и правило де Моргана и их применение для минимизации переключательных функций.

Как правило, переключательная функция, подвергаемая упрощению, представляется в двух формах: СДНФ и СКНФ. Необходимо изучить запись функций в СДНФ и СКНФ.

Источник: [1] §1.3, [2] гл.6, §7.2; [3] гл.7, гл. 8.

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое логическая функция?

2.Какие логические функции считаются элементарными?

3.Какими способами может быть задана функция, реализуемая логической схемой?

4.Что такое основной базис алгебры логики?

5.Что такое СДНФ и СКНФ?

Раздел 2 ТИПОВЫЕ УЗЛЫ И УСТРОЙСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Тема 2.1 Типовые комбинационные цифровые устройства

Студент должен:

иметь представление:

-  о назначении и областях применено, ИМС различных серий;

уметь:

-  выбирать серии ИМС по справочнику, исходя из заданных параметров и условий использования;

-  производить синтез и анализ цифровых схем комбинационного типа;

знать:

-  условные графические обозначения ИМС комбинационного типа;

-  принцип работы ИМС комбинационного типа;

-  назначение и принцип работы дешифратора, его параметры;

-  назначение и принцип работы мультиплексора, его параметры;

-  принцип работы сумматора, его параметры.

Шифраторы и дешифраторы. Назначение. Таблица состояний. УГО шифратора и дешифратора. Параметры. Примеры использования. Сравнительные характеристики микросхем, приведенных в справочнике.

Мультиплексоры и демультиплексоры. Принцип работы мультиплексора (селектора). Таблица состояний. УГО мультиплексора. Параметры. Примеры использования. Сравнительные характеристики микросхем мультиплексоров, приведенных в справочнике. Принцип работы демультиплексора. Таблица состояний. УГО демультиплексора. Примеры использования.

Сумматоры. Определение сумматора. УГО полного сумматора и таблица его состояний. Сравнительные характеристики микросхем сумматоров, приведенных в справочнике.

Методические указания

Преобразование информации в ЭВМ производится электронными устройствами (логическими схемами) двух классов: комбинационными устройствами и последовательностными устройствами.

Реализуемый в комбинационных устройствах способ обработки информации называется комбинационным, т. к. результат обработки информации зависит только от комбинации входных сигналов и вырабатывается сразу же при подаче входной информации. Комбинационные устройства цифровых систем либо собираются из отдельных микросхем малой степени интеграции (МИС) И-НЕ, ИЛИ-НЕ, либо изготавливаются в виде МС средней степени интеграции (СИС), либо входят в состав больших ИС (БИС) и сверх больших ИС (СБИС). Комбинационные устройства называются цифровыми автоматами без памяти (примитивными).

К комбинационным устройствам относятся: дешифраторы, шифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, преобразователи кодов, сумматоры, компараторы.

При изучении дешифратора и шифратора обратите внимание, что эти устройства преобразуют входную информацию. Дешифратор преобразует двоичный код в сигнал, который возникает только на одном из его выходов. Шифратор преобразует сигнал на входе в двоичный код на выходе. Изучите условное графическое обозначение (УГО) дешифратора и шифратора, таблицы истинности, поясняющие работу этих устройств, а также области использования. По справочнику найдите маркировку обозначения дешифраторов и шифраторов.

При изучении мультиплексоров и демультиплексоров обратите внимание, что эти устройства применяются для передачи информации. Мультиплексор передает информацию с нескольких входов на один выход. Демультиплексор с одного входа на несколько выходов в зависимости от адресного кода. Изучите УГО мультиплексоров и демультиплексоров, таблицы истинности, поясняющие работу этих

устройств, области использования. По справочнику найдите маркировку обозначения.

Сумматор представляет собой устройство, предназначенное для сложения двоичных чисел. Изучите классификацию сумматоров, УГО полного одноразрядного сумматора, таблицу истинности, а также какие арифметические операции кроме сложения можно выполнять с помощью сумматора и что для этого необходимо.

Источник: [1] §1.4, [2] гл.7 §7.6 - §7.9; [3] гл. 9, гл.10, гл.11.

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое комбинационное устройство?

2.В чем заключается сущность процесса дешифрации?

3.Каково количество выходных шин полного дешифратора при дешифрации трехразрядного числа?

4.Привести примеры использования дешифраторов.

5.Что такое шифратор?

6.Для чего нужен мультиплексор и демультиплексор, в чем разница между ними?

7.Что такое сумматор?

8.Каковы различия в построении схем сумматора последовательного и параллельного действия?

Тема 2.2 Последовательностные цифровые устройства

Студент должен:

уметь:

-  выбирать тип регистра и триггера и стандартную микросхему по справочнику, исходя из заданных параметров и условий использования;

-  выбирать тип счетчика и стандартную микросхему по справочнику; исходя из заданных параметров и условий использования;

-  выполнять каскадное включение счетчиков;

-  выбирать тип микросхемы памяти по справочнику, исходя из заданных параметров и условий использования;

знать:

-  принцип работы различных типов триггеров и регистров;

-  типы и параметры счетчиков;

-  параметры сигналов: частота повторения, фронт, срез;

-  характеристики и отличительные особенности микросхем памяти различных типов;

-  принцип работы различных типов микросхем памяти.

Триггеры (RS, D, Т, JK-типов): принцип работы, функциональная схема, временная диаграмма, параметры, примеры использования, микросхемное исполнение.

Регистры (параллельные, последовательные, реверсивные, сдвигающие). Определение, временная диаграмма работы регистра, установка нулевого состояния, параметры, сигналы управления, примеры использования, микросхемное исполнение, сравнительные характеристики регистров разных серий микросхем.