Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Элементы Элементы для обработки единичных электрических сигналов, соответствующих битам. - презентация

1 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Элементы Элементы для обработки единичных электрических сигналов, соответствующих битам информации Узлы Узлы для обработки группы сигналов информационных слов Блоки Блоки реализуют некоторую последовательность в обработке информационных слов функционально обособленную часть машинных операций (блок выборки команд, блок записи-чтения и др.) Устройства Устройства для выполнения отдельных машинных операций и их последовательностей

2 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ импульсный и потенциальный Два способа физического представления сигналов: импульсный и потенциальный Представление информации в ЭВМ: а – импульсные сигналы, б – потенциальные сигналы

3 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Последовательный (а) и параллельный (б) Последовательный (а) и параллельный (б) коды передачи и представления информации в ЭВМ а б

4 Элементная база вычислительных систем и сетей По своему назначению элементы делятся на формирующиеформирующие логическиелогические запоминающиезапоминающие ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ

5 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ К формирующим элементам К формирующим элементам относятся различные формирователи, усилители, усилители- формирователи и т.п. Логические элементы Логические элементы преобразуют входные сигналы в соответствии с логическими функциями Запоминающим элементом Запоминающим элементом называется элемент, который способен принимать и хранить код двоичной цифры (единицы или нуля).

6 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Логические элементы Инвертор (схема «НЕ») Дизьюнктор (схема «ИЛИ») Коньюнктор (схема «И»)

7 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Логические элементы Инвертор (схема «НЕ»)

8 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Логические элементы Дизьюнктор (схема «ИЛИ»)

9 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Логические элементы Коньюктор (схема «И»)

10 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Логические элементы Условные обозначения вентилей: Инвертор, Дизьюнктор, Коньюнктор

11 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Логические элементы

12 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Логические элементы Статические и динамические Статические и динамические параметры схемы «НЕ»

13 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Комбинационные схемы (КС) 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

14 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Дешифраторы (ДШ) Дешифраторы (ДШ) это комбинационные схемы с n входами и т = 2 n выходами. Единичный сигнал, формирующийся на одном из т выходов, однозначно соответствует комбинации входных сигналов

15 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Таблица истинности дешифратора ВходыВыходы x1x1 x2x2 x3x3 у0у0 y1y1...y5y5 y7y

16 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Логические зависимости дешифратора

17 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Структурная схема дешифратора (а) и обозначение дешифратора на принципиальных электрических схемах (б)

18 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Шифратор (ШР) Шифратор (ШР) решает задачу, обратную схемам ДШ, т. е. по номеру входного сигнала формирует однозначную комбинацию выходных сигналов

19 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Таблица истинности шифратора Входы x1x1 x2x2 x3x3 x4x4 x5x5 x6x6 x7x Выходы y0y0 y1y1 y2y

20 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Логические зависимости шифратора

21 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Структурная схема шифратора (а) и обозначение шифратора на принципиальных электрических схемах (б) б

22 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы сравнения или компаратор Таблица истинности компаратора Входы Выходы aiai bibi YiYi

23 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Логическая зависимость компаратора

24 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Структурная схема компаратора (а) и обозначение компаратора на принципиальных электрических схемах (б)

25 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Комбинационный сумматор Комбинационный полусумматор обеспечивает сложение двух двоичных цифр a 1 и b 1, считая, что переносы из предыдущего разряда не поступают.

26 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Таблица истинности комбинационного полусумматора Входы Выходы aiai bibi SiSi PiPi где S i функция одноразрядной суммы P i функция формирования переноса.

27 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Логические зависимости комбинационного полусумматора

28 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Структурная схема полусумматора (а) и обозначение полусумматора (б)

29 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Таблица истинности сумматора Входы Выходы aiai bibi pipi SiSi PiPi где S i функция одноразрядной суммы P i функция формирования переноса.

30 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Логические зависимости сумматора

31 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Структурная схема одного разряда комбинационного сумматора: а структурная схема одного разряда, b условное обозначение

32 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Структурная схема многоразрядного комбинационного сумматора:

33 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы с памятью 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 Обобщенная структура схемы с памятью

34 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы с памятью Триггер Триггер простейший запоминающий элемент Триггер 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.

35 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Таблица переходов триггера Схемы с памятью ВходыСостояние q t+1 RS qtqt qtqt Режим ?001? 101?101? Хранение Установка 0 Установка 1 Запрещенное состояние

36 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Диаграмма Вейча для таблицы переходов триггера Схемы с памятью **** * - запрещенное состояние, * - значение функции 1

37 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ С использование запрещенных ситуаций, т.е. получаем В базисе И-НЕ Схемы с памятью

38 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы с памятью Схема асинхронного RS-триггера: a – схема; б – обозначение на принципиальных электрических схемах; в – временная диаграмма;

39 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы с памятью. Синхронные RS-триггеры Схема синхронного однотактного RS-триггера

40 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы с памятью. Синхронные RS-триггеры Схема синхронного двухтактного RS-триггера

41 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы с памятью. Т-триггер Таблица переходов T-триггера Входные сигналы Состояние q t Режим XtXt Хранение Инверсия Логическая функция, реализуемая Т-триггером:

42 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы с памятью. Т-триггер Схема триггера со счетным входом: а функциональная схема; б условное обозначение; в временная диаграмма

43 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы с памятью. JK-триггер Таблица переходов JK-триггера Входные сигналы Состояние q t Режим JK Хранение Установка 0 Установка 1 Инверсия

44 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы с памятью. JK-триггер JK-триггер: а функциональная схема; б условное обозначение б

45 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы с памятью. D-триггер Таблица переходов D-триггера Входные сигналы Состояние q t Режим D Установка 0 Установка 1

46 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы с памятью. D-триггер D-триггер: а функциональная схема на основе RS-триггера; б функциональная схема на основе JK-триггера; в условное обозначение

47 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы с памятью Типовые узлы ЭВМ: –регистры, –счетчики, –сумматоры.

48 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы с памятью. Типовые узлы ЭВМ РегистромРегистром 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.

49 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ а - функциональная схема n-разрядного регистра, построенного на RS-триггерах б – условное обозначение регистра а Схемы с памятью. Типовые узлы ЭВМ

50 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Функциональная схема регистра с выходными сигналами в «прямом» и «обратном» кодах. Схема выдачи информации из регистра Схемы с памятью. Типовые узлы ЭВМ

51 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ СчетчикСчетчик это узел ЭВМ, позволяющий осуществлять подсчет поступающих на его вход сигналов и фиксацию результата в виде многоразрядного двоичного числа. Схемы с памятью. Типовые узлы ЭВМ

52 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Таблица переходов трехразрядного счетчика Схемы с памятью. Типовые узлы ЭВМ ВходСостояния Режим x Хранение Счет

53 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Организация счетчика на Т-триггерах: а функциональная схема; б временная диаграмма Схемы с памятью. Типовые узлы ЭВМ

54 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Типовые узлы ЭВМ.Счетчик на Т-триггерах Временная диаграмма работы счетчика

55 Элементная база вычислительных систем и сетей ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ СумматорСумматор это узел ЭВМ, в котором суммируются коды чисел. Сумматоры –накапливающего типа –комбинационного типа. Схемы с памятью. Типовые узлы ЭВМ

56 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы с памятью. Типовые узлы ЭВМ Схема 4-разрядного параллельного накапливающего сумматора

57 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ Схемы с памятью. Типовые узлы ЭВМ Упрощенная схема сумматора ЭВМ