Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью
advertisement
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ 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 © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Два способа физического представления сигналов: импульсный и потенциальный Представление информации в ЭВМ: а – импульсные сигналы, б – потенциальные сигналы © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Коды передачи и представления информации в ЭВМ: последовательный (а) и параллельный (б) а б © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ По своему назначению элементы делятся на: • формирующие • логические • запоминающие © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ 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) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Комбинационные схемы (КС) — это схемы, у которых выходные сигналы Y = (у1, у2, …,уm) в любой момент дискретного времени однозначно определяются совокупностью входных сигналов X = (x1, x2, …,xn), поступающих в тот же момент времени t Комбинационные схемы подразделяют на регулярные и нерегулярные структуры © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Дешифраторы (ДШ) — это комбинационные схемы с n входами и m n =2 выходами. Единичный сигнал, формирующийся на одном из m выходов, однозначно соответствует комбинации входных сигналов © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Таблица истинности дешифратора Входы Выходы x1 x2 x3 y0 y1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 ... y5 ... 0 0 0 0 0 1 0 0 ... y7 ... 0 0 0 0 0 0 0 1 © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Логические зависимости дешифратора y0 x1 x2 x3 y4 x1 x2 x3 y1 x1 x2 x3 y5 x1 x2 x3 y2 x1 x2 x3 y6 x1 x2 x3 y3 x1 x2 x3 y7 x1 x2 x3 © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Структурная схема дешифратора (а) и обозначение дешифратора на принципиальных электрических схемах (б) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Шифратор (ШР) — решает задачу, обратную схемам ДШ, т. е. по номеру входного сигнала формирует однозначную комбинацию выходных сигналов © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Таблица истинности шифратора Выходы Входы x0 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 Y0 y1 y2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Логические зависимости шифратора y2 x1 x3 x5 x7 y1 x2 x3 x6 x7 y0 x4 x5 x6 x7 © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Структурная схема шифратора (а) и обозначение шифратора на принципиальных электрических схемах (б) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы сравнения или компаратор Таблица истинности компаратора Выходы Входы ai bi Yi 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы сравнения или компаратор Логическая зависимость компаратора Yi ai bi ai bi ai bi ai bi ai bi © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы сравнения или компаратор Структурная схема компаратора (а) и обозначение компаратора на принципиальных электрических схемах (б) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Комбинационный сумматор Комбинационный полусумматор обеспечивает сложение двух двоичных цифр a1 и b1 , считая, что переносы из предыдущего разряда не поступают © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Таблица истинности комбинационного полусумматора Выходы Входы ai bi Si Pi 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 где Si — функция одноразрядной суммы Pi — функция формирования переноса © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Логические зависимости комбинационного полусумматора Si ai bi ai bi ai bi Pi ai bi © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Структурная схема полусумматора (а) и обозначение полусумматора на принципиальных электрических схемах (б) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Таблица истинности сумматора Входы Выходы ai bi pi Si Pi 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 где Si — функция одноразрядной суммы Pi — функция формирования переноса © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Логические зависимости сумматора S i ab p ab p ab p abp Pi abp ab p ab p abp p a b ba p a b p S i p ab ab b ap ap a b p bp Pi ab ap bp © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Структурная схема одного разряда комбинационного сумматора: а — структурная схема одного разряда, b — условное обозначение © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Структурная схема многоразрядного комбинационного сумматора © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Выходные сигналы Y=(y1 , y2, … ,ym ) формируются: • по совокупности входных сигналов X=(x1, x2, … ,xn ) • по совокупности состояний схем памяти Q=(q1 ,q2, … ,qk) Текущий дискретный момент времени t и последующий (t+1) момент времени © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Обобщенная структура схемы с памятью © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью 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. © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Таблица переходов триггера Состояние qt+1 Входы R S qt qt Режим 0 0 0 1 Хранение 1 0 0 0 Установка 0 0 1 1 1 Установка 1 1 1 ? ? Запрещенное состояние © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Диаграмма Вейча для таблицы переходов триггера R R q q S * * S * S - запрещенное состояние, * - значение функции 1 © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Диаграмма Вейча для таблицы переходов триггера qt 1 Rt St qt Rt St qt Rt St qt Rt St qt Rt С использованием запрещенных ситуаций, т.е. Rt St qt Rt St qt Rt St получаем qt 1 Rt St qt Rt Rt St St Rt Rt qt Rt St qt Rt В базисе И-НЕ qt 1 St qt Rt St qt Rt © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Схема асинхронного RS-триггера: a – схема б – обозначение на принципиальных электрических схемах в – временная диаграмма © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. Синхронные RS-триггеры Схема синхронного однотактного RS-триггера © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. Т-триггер Таблица переходов T-триггера Входные сигналы Состояние qt Режим Xt 0 1 0 0 1 Хранение 1 1 0 Инверсия Логическая функция, реализуемая Т-триггером: qt 1 qt xt qt xt qt xt © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. Т-триггер Схема триггера со счетным входом: a – функциональная схема б – условное обозначение в – временная диаграмма © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. JK-триггер Таблица переходов JK-триггера Входные сигналы Состояние qt Режим J K 0 1 0 0 0 1 Хранение 0 1 0 0 Установка 0 1 0 1 1 Установка 1 1 1 1 0 Инверсия © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. JK-триггер JK-триггер: a – функциональная схема б – условное обозначение б © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. D-триггер Таблица переходов D-триггера Входные сигналы Состояние qt Режим D 0 1 0 0 0 Установка 0 1 1 1 Установка 1 © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. D-триггер D-триггер: a – функциональная схема на основе RS-триггера б – функциональная схема на основе JK-триггера в – условное обозначение © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Типовые узлы ЭВМ: • регистры • счетчики • сумматоры © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ 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. © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ a – функциональная схема n-разрядного регистра, построенного на RS-триггерах б – условное обозначение регистра а б © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Функциональная схема регистра с выходными сигналами в «прямом» и «обратном» кодах. Схема выдачи информации из регистра © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Счетчик — это узел ЭВМ, позволяющий осуществлять подсчет поступающих на его вход сигналов и фиксацию результата в виде многоразрядного двоичного числа © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Таблица переходов трехразрядного счетчика Вход Состояния Режим x 000 001 010 011 100 101 110 111 0 1 000 001 010 011 100 101 110 111 001 010 011 100 101 110 111 000 Хранение Счет © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Организация счетчика на Т-триггерах: a – функциональная схема б – временная диаграмма © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Сумматор — это узел ЭВМ, в котором суммируются коды чисел Сумматоры: • накапливающего типа • комбинационного типа © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Упрощенная схема сумматора ЭВМ © МЦИТ ГУАП 2008
