Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Элементы для обработки единичных электрических сигналов, соответствующих. - презентация

1 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Элементы для обработки единичных электрических сигналов, соответствующих битам информации Узлы для обработки группы сигналов информационных слов Блоки реализуют некоторую последовательность в обработке информационных слов функционально обособленную часть машинных операций (блок выборки команд, блок записи-чтения и др.) Устройства для выполнения отдельных машинных операций и их последовательностей

2 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Два способа физического представления сигналов: импульсный и потенциальный Представление информации в ЭВМ: а – импульсные сигналы, б – потенциальные сигналы

3 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Коды передачи и представления информации в ЭВМ: последовательный (а) и параллельный (б) а б

4 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 По своему назначению элементы делятся на: формирующие логические запоминающие

5 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 К формирующим элементам относятся различные формирователи, усилители, усилители-формирователи и т.п. Логические элементы преобразуют входные сигналы в соответствии с логическими функциями Запоминающим элементом называется элемент, который способен принимать и хранить код двоичной цифры (1 или 0)

6 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Комбинационные схемы (КС) это схемы, у которых выходные сигналы Y = (у 1, у 2, …,у m ) в любой момент дискретного времени однозначно определяются совокупностью входных сигналов X = (x 1, x 2, …,x n ), поступающих в тот же момент времени t Комбинационные схемы подразделяют на регулярные и нерегулярные структуры

7 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Дешифраторы (ДШ) это комбинационные схемы с n входами и m = 2 n выходами. Единичный сигнал, формирующийся на одном из m выходов, однозначно соответствует комбинации входных сигналов

8 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица истинности дешифратора ВходыВыходы x1x1 x2x2 x3x3 y0y0 y1y1...y5y5 y7y

9 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Логические зависимости дешифратора

10 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Структурная схема дешифратора (а) и обозначение дешифратора на принципиальных электрических схемах (б)

11 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Шифратор (ШР) решает задачу, обратную схемам ДШ, т. е. по номеру входного сигнала формирует однозначную комбинацию выходных сигналов

12 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица истинности шифратора Входы x0x0 x1x1 x2x2 x3x3 x4x4 x5x5 x6x6 x7x Выходы Y0Y0 y1y1 y2y

13 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Логические зависимости шифратора

14 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Структурная схема шифратора (а) и обозначение шифратора на принципиальных электрических схемах (б)

15 Элементная база ЭВМ. Схемы сравнения или компаратор Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица истинности компаратора Входы Выходы aiai bibi YiYi

16 Элементная база ЭВМ. Схемы сравнения или компаратор Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Логическая зависимость компаратора

17 Элементная база ЭВМ. Схемы сравнения или компаратор Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Структурная схема компаратора (а) и обозначение компаратора на принципиальных электрических схемах (б)

18 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Комбинационный сумматор Комбинационный полусумматор обеспечивает сложение двух двоичных цифр a 1 и b 1, считая, что переносы из предыдущего разряда не поступают

19 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица истинности комбинационного полусумматора Входы Выходы aiai bibi SiSi PiPi где S i функция одноразрядной суммы P i функция формирования переноса

20 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Логические зависимости комбинационного полусумматора

21 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Структурная схема полусумматора (а) и обозначение полусумматора на принципиальных электрических схемах (б)

22 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица истинности сумматора Входы Выходы aiai bibi pipi SiSi PiPi где S i функция одноразрядной суммы P i функция формирования переноса

23 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Логические зависимости сумматора

24 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Структурная схема одного разряда комбинационного сумматора:а структурная схема одного разряда, b условное обозначение

25 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Структурная схема многоразрядного комбинационного сумматора

26 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Выходные сигналы Y=(y 1, y 2, …,y m ) формируются: по совокупности входных сигналов X=(x 1, x 2, …,x n ) по совокупности состояний схем памяти Q=(q 1,q 2, …,q k ) Текущий дискретный момент времени t и последующий (t+1) момент времени

27 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Обобщенная структура схемы с памятью

28 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Триггер простейший запоминающий элемент Триггер автомат памяти, имеющий входы R (Reset сброс), для установки элемента в «нулевое состояние» S (Set установка) для установки элемента в «единичное» состояние. При отсутствии сигналов R=S=0 элемент должен сохранять свое состояние до тех пор, пока не будут получены новые сигналы на входе R или S.

29 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица переходов триггера ВходыСостояние q t+1 RSqtqt qtqt Режим ?001? 101?101? Хранение Установка 0 Установка 1 Запрещенное состояние

30 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Диаграмма Вейча для таблицы переходов триггера **** * - запрещенное состояние, * - значение функции 1

31 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Диаграмма Вейча для таблицы переходов триггера С использованием запрещенных ситуаций, т.е. получаем В базисе И-НЕ

32 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Схема асинхронного RS-триггера: a – схема б – обозначение на принципиальных электрических схемах в – временная диаграмма

33 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. Синхронные RS-триггеры Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Схема синхронного однотактного RS-триггера

34 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. Т-триггер Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица переходов T-триггера Входные сигналы Состояние q t Режим XtXt Хранение Инверсия Логическая функция, реализуемая Т-триггером:

35 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. Т-триггер Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Схема триггера со счетным входом: a – функциональная схема б – условное обозначение в – временная диаграмма

36 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. JK-триггер Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица переходов JK-триггера Входные сигналы Состояние q t Режим JK Хранение Установка 0 Установка 1 Инверсия

37 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. JK-триггер Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 JK-триггер: a – функциональная схема б – условное обозначение б

38 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. D-триггер Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица переходов D-триггера Входные сигналы Состояние q t Режим D Установка 0 Установка 1

39 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. D-триггер Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 D-триггер: a – функциональная схема на основе RS-триггера б – функциональная схема на основе JK-триггера в – условное обозначение

40 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Типовые узлы ЭВМ: регистры счетчики сумматоры

41 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Регистром называется узел, предназначенный для приема, временного хранения и выдачи машинного слова Регистры могут также использоваться для некоторых операций преобразования данных: для сдвига кода числа (слова) на определенное число разрядов влево или вправо, для преобразования последовательного кода числа в параллельный и наоборот и т.д.

42 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 a – функциональная схема n-разрядного регистра, построенного на RS-триггерах б – условное обозначение регистра а б

43 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Функциональная схема регистра с выходными сигналами в «прямом» и «обратном» кодах. Схема выдачи информации из регистра

44 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Счетчик это узел ЭВМ, позволяющий осуществлять подсчет поступающих на его вход сигналов и фиксацию результата в виде многоразрядного двоичного числа

45 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица переходов трехразрядного счетчика ВходСостояния Режим x Хранение Счет

46 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Организация счетчика на Т-триггерах: a – функциональная схема б – временная диаграмма

47 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Сумматор это узел ЭВМ, в котором суммируются коды чисел Сумматоры: накапливающего типа комбинационного типа

48 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Упрощенная схема сумматора ЭВМ