Лекция 6_2008

Тема. Элементная база ЭВМ.

Оглавление

1. Классификация элементов и узлов ЭВМ. 1

2.Комбинационные схемы. 2

3. Схемы с памятью 9

Проблема развития элементной базы. 11

1. Классификация элементов и узлов ЭВМ.

В структуре ЭВМ выделяют следующие структурные единицы:

• Устройства

• Блоки

• Узлы

• Элементы

Такая детализация практически соответствует определенным операциям преобразования информации, заложенным в программах пользователя:

Элемент – обрабатывает единичные электрические сигналы, соответствующие битам информации.

Узлы – обрабатывают группу сигналов - информационные слова.

Блоки – реализуют некоторую последовательность в обработке информационных слов – функционально обособленную часть машинных операций (например, блок выборки команд, блок записи-чтения и т.д.).

Устройства – выполняют отдельные машинные операции и последовательность машинных операций. Например: Оперативно запоминающие устройства (ОЗУ), Арифметическое устройство (АУ).

В качестве элементной базы в настоящее время используют БИС и СБИС.

Электронная микросхема –

В состав микропроцессорных наборов включаются различные типы микросхем. Все они должны иметь:

Основа набора: БИС, СБИС, УБИС, СИС

Функционально микросхемы могут соответствовать

• Устройству

• Узлу

• Блоку

Каждая микросхема состоит из комбинации простейших логических элементов, которые реализуют функции формирования, преобразования, запоминания сигналов

Элементы ЭВМ можно классифицировать по:

• типу сигналов (импульсный и потенциальный или статический)

• назначению элементов (формирующие, логические, запоминающие)

• технологии изготовления

Независимо от типа сигнала различают:

Последовательный код представляет некоторую последовательность разрядов сдвинутых по времени и использующих одиночную шину. Обработка производится разряд за разрядом.

В результате – экономия аппаратных затрат, но время пропорционально числу разрядов.

Параллельный код – одновременно фиксируются все разряды данных на различных шинах. Каждый разряд передается по своей шине.

Требует усложнения аппаратура, но при этом увеличивается скорость обработки.

Современные ЭВМ используют параллельно-последовательные коды!!

Формирующие элементы -

Логические -

Запоминающие -

2.Комбинационные схемы.

Обработка информации в ЭВМ производится цифровыми автоматами двух типов: комбинационными схемами и схемами с памятью.

Комбинационные схемы (КС) – это схемы, у которых выходные сигналы Y=(y₁,y₂,...,y_m) в любой момент дискретного времени однозначно определяются совокупностью входных сигналов X=(x₁,x₂,...,x_n), поступающих в тот же момент времени t.

Результат формируется сразу же при поступлении входных сигналов, что является их достоинством.

Способ обработки называется комбинационным потому, что результат обработки зависит только от комбинации входных сигналов и формируется сразу же при поступлении входных сигналов.

Преобразование информации однозначно описывается логическими функциями вида Y=f(x).

Комбинационные схемы подразделяются на регулярные и нерегулярные.

Регулярные структуры: каждый из ее выходов строится по аналогии с предыдущим выходом.

Примером таких схем может служить: дешифратор, шифратор, схема сравнения, комбинационные сумматоры, коммутаторы и др.

В нерегулярных структурах такая аналогия отсутствует.

Многие регулярные структуры положены в основу построения ИС малой и средней степени интеграции или отдельных функциональных частей БИС и СБИС

Дешифратор (ДШ) – комбинационная схема с n входами и m=2ⁿ выходами.

Дешифраторы широко используются для выборки информации по определенному адресу, для расшифровки кода операции и др.

Единичный сигнал, формирующийся на одном из m выходов, однозначно соответствует комбинации входных сигналов.

Рассмотрим пример ДШ для n=3.

Таблица истинности для ДШ с тремя входами имеет вид:

Логические зависимости для ДШ имеют вид:

Структурная схема ДШ, построенная в базисе (И, НЕ) имеет вид, приведенный на рис. 1., а условное обозначение - на рис.2.

Рис. 1. Рис. 2.

Шифратор (ШР) – решает задачу обратную ДШ т.е. по номеру входного сигнала формирует однозначную комбинацию выходных сигналов.

Рассмотрим пример, который иллюстрируется таблицей истинности и схемами.

Таблица истинности имеет вид:

Состояния входов содержат только по одному 1 элементу! Другие комбинации недопустимы!

Логические зависимости шифратора:

Структурная схема шифратора на рис. 3., обозначение на рис. 3.3а.

Рис. 3. Рис. 3а

Схемы сравнения или компаратор строятся обычно как поразрядные, широко используются и автономно, и в составе более сложных схем, например при построении сумматоров.

Таблица истинности компаратора отражает логику работы i –разряда схемы сравнения при сравнении двух векторов А и В и выглядит следующим образом:

Логическая зависимость:

Структурная схема компаратора приведена на рис. 4, обозначение на рис. 4а.