Спиридонов С.Б. - Схемотехника дискретных устройств, страница 2

Цель преподавания дисциплины состоит в содействии формированию устудента базовых знаний по составу, назначению и принципам работыосновных электронных и логических элементов и узлов современныхкомпьютеров, ЭВМ и вычислительных систем. .2. Задачами преподавания дисциплины являются:- изучение теоретических основ и используемых математических методовприпостроении архитектурысовременныхкомпьютеров, ЭВМ ивычислительных систем,-изучение базовых электронных компонентов, основных логическихэлементов,типовыхузловсовременныхкомпьютеров,ЭВМивычислительных систем,- изучение программных средств, позволяющих проводить моделированиефункционирования и исследования различных характеристик электронныхкомпонентов, логических элементов, комбинационных схем и типовых узловсовременных компьютеров, ЭВМ и вычислительных систем.3.Изучениедисциплиныпредполагаетпредварительноеосвоениеследующих дисциплин учебного плана:1.

Дискретная математика.2. Электротехника.3. Электроника.4. Информатика.После освоения дисциплины студент должен приобрести следующие знания,умения и владения соответствующие компетенциям ООП.1. Студент должен знать:9- Состав и назначение основных базовых элементов и узлов ЭВМ икомпьютеров. Основные характеристики и выполняемые функцииосновных базовых элементов и узлов ЭВМ и компьютеров.-Иерархию построения узлов ЭВМ и компьютеров из изучаемыхбазовых компонентов.…- Основы дискретной математикиприменительно к задачампроектирования узлов ЭВМ-(номера соответствующих компетенций из ООП)2.

Студент должен уметь:- объяснить место и назначение отдельного базового элемента итипового узла ЭВМ и компьютера в их типовой архитектуре;- объяснить место и назначение отдельного базового элемента итипового узла ЭВМ и компьютера в их типовой архитектуре;- делать выборрационального варианта проектного решения наэлементах ЭВМ;делатьвыборрациональногосоставааппаратно-программныхсредств ЭВМ.3. Студент должен иметь навыки:- построенияузловЭВМпозаданнымфункциямописанияфункционирования- моделирования и анализа элементов и узлов ЭВМ и ПКпринятия рациональных решений при эксплуатации современныхЭВМ и ПК.В учебном пособии в завершении материала глав применены четырекатегорииоценкизнаний, получаемых при изучении данной учебнойдисциплины согласно уточненной таксономии Блума:Категория 1.

Помнить – Извлекать необходимую информацию из памяти.Категория 2. Понимать – Создавать значения на базе учебных материаловили опыта.10Категория 3. Применять – использовать процедуру действий.Категория 4. Анализировать и оценивать – сравнивать, делать суждения,основанные на критериях и стандартах.Категория 5. Создавать – проектировать и разрабатывать функциональныеузлы АСОИУ на основе базовых элементов.Вдальнейшемматериалеподаннымконтрольные вопросы.11категориямсгруппированыМодуль 1.

Базовые элементы дискретных устройств АСОИУГлава 1. Логические элементы.1.1. Базовые схемы реализации логических функций.Понятие логического элемента. Логические операции над двоичнымипеременными реализуются схемами, которые называются логическимиэлементами. Число входов логического элемента соответствует числуаргументов воспроизводимой им булевой функции.В цифровой вычислительной технике (ЦВТ) вся информация,необходимая для вычислительного процесса, представляется в виде наборадискретных сигналов. Каждый из сигналов может принимать одно из двухвозможных значений, обозначаемых «1» и «0».

Символ «1» обозначаетналичие сигнала, «0» – его отсутствие.В схемах цифровых вычислительных устройств переменные и соответствующие им сигналы изменяются и воспринимаются не непрерывно, алишьвдискретныемоментывремени,обозначаемыецелымиположительными числами.(1.1)ti = 0,1,…,i,…,nПрипотенциальномспособепредставленияинформацииприположительной логике двум значениям переменной “1” и “0” соответствуетвысокий и низкий уровни напряжения. Потенциальный сигнал сохраняетпостоянныйуровень (нулевойили единичный)в течениепериодапредставления информации (такта).Понятие о комбинационной схеме и цифровом автомате.ВЦВТпреобразованиеинформациипроизводитсяэлектроннымиустройствами двух классов: комбинационными устройствами (схемами) ипоследовательностнымиустройствами(цифровымиавтоматамиилиавтоматами с памятью).В комбинационных схемах (КС), называемых также автоматами безпамяти, совокупность выходных сигналов (выходное слово Y) в дискретный12момент времени ti однозначно определяется входными сигналами (входнымсловом X), поступившим на входы в тот же дискретный момент времени.Реализуемый в этих схемах способ обработки информации называетсякомбинационным, т.к.

результатобработки информациизависит откомбинации входных сигналов и вырабатывается сразу после подачи навходы входной информации.Закон функционирования КС определен, если задано соответствиемежду входными словами и её выходными словами в табличной илианалитической форме.(1.2)Yi=fi(x1,x2,…,xn)В алгебре логики (булевой алгебре)обычно все Xi и Yiмогутпринимать только два значения: 0 и 1. В этом случае функции f1…fm называются функциями алгебры логики (булевыми или двоичными функциями).Другой, более сложный, класс преобразователей цифровой информации составляют цифровые автоматы.

Цифровой автомат, в отличие отлогической схемы, имеет некоторое конечное число различных внутреннихсостояний.(1.3)Q = {q0, q1,…, qk}Под воздействием входного слова цифровой автомат переходит из одного состояния в другое и выдает выходное слово. Выходное слово навыходе цифрового автомата в дискретный момент времени определяетсявходным словом, поступившим в этот момент времени на вход автомата, ивнутренним состоянием автомата, которое явилось результатом воздействияна автомат входных слов в предыдущие моменты времени.Цифровой автомат обязательно содержит память, состоящую иззапоминающихэлементов(триггеров,элементовзадержкиидр.),фиксирующих состояние, в котором он находится.Комбинационная схема не содержит запоминающих элементов,поэтому её называют автоматом без памяти или “примитивным автоматом”13Возможность применения алгебры логики к задачам проектированияцифровых устройств обусловлена аналогией понятий и категорий алгебрылогики и двоичной системы счисления.Основные логические элементы, воспроизводящие булевы функциидвух переменных.Логический элемент «И».На рис.

1.1приведено условно-графическое изображение логическогоэлемента «И» на два входа, в табл.1.1Представлено значение выходногосигнала Y на его выходе от комбинации входных сигналов.x1Yx2Рис. 1.1 Условно-графическое изображение логического элемента «И» надва входа.Таблица 1.1 Таблица фукции конъюнкции.x1x2Y001101010001Выражение булевой функции «конъюнкция» или логического умножения(1.4)Y = x1 ∧ x2 = x1 x2Логический элемент «ИЛИ».На рис.1.2приведено условно-графическое изображение логическогоэлемента «ИЛИ» на два входа, в табл.1.2представлено значение выходногосигнала Y на его выходе от комбинации входных сигналов.14x1Yx2Рис. 1.2 Условно-графическое изображение логического элемента «ИЛИ»на два входа.Таблица 1.2.

Таблица фукции дизъюнкции.x1x2Y001101010111Выражение булевой функции «дизъюнкция» или логического сложения(1.5)Y = x1 ∨ x2 = x1 + x2Логический элемент «НЕ».На рис. 1.3 приведено условно-графическое изображение логическогоэлемента «НЕ», реализующего функцию отрицания (инверсии) на два входа,в табл. 1.3.представлено значение выходного сигнала Y на его выходе отвходного сигнала.x1YРис.1. 3 Условно-графическое изображение логического элемента «НЕ»15Таблица 1.3. Таблица функции отрицания.xY0110Выражение булевой функции «отрицание (инверсия)»(1.6)Y=xЛогический элемент «И-НЕ».На рис.1. 4 приведено условно-графическое изображение логическогоэлемента «И-НЕ» на два входа, реализующего булеву функцию «ШтрихШеффера», в табл. 1.4представлено значение выходного сигнала Y наего выходе от комбинации входных сигналов.x1Yx2Рис.

1.4 Условно-графическое изображение логического элемента «И-НЕ»на два входа.Таблица 1.4.x1x2Y001101011110Выражение булевой функции «Штрих Шеффера».Y = x1 ∧ x2 = x1 x216(1.7)Логический элемент «ИЛИ-НЕ».На рис.1.5приведено условно-графическое изображение логическогоэлемента «ИЛИ-НЕ» на два входа, реализующего булеву функцию «СтрелкаПирса», в табл.

1.5представлено значение выходного сигнала Y на еговыходе от комбинации входных сигналов.x1Yx2Рис. 1.5Условно-графическое изображение логического элемента «ИЛИ-НЕ» на два входа.Таблица 1.5. Таблица функции «Стрелка Пирса».x1x2Y001101011000Выражение булевой функции «Стрелка Пирса».(1.8)Y = x1 ∨ x2 = x1 + x2Логический элемент «Исключающее ИЛИ».На рис. 1.6 приведено условно-графическое изображение логическогоэлемента «Исключающее ИЛИ» на два входа, в табл.значение выходного сигнала Y1.6представленона его выходе от комбинации входныхсигналов.17x1Yx2Рис. 1.6 Условно-графическое изображение логического элемента«Исключающее ИЛИ» на два входа.Таблица 1.6.