Накапливающие узлы. Накапливающие узлы

Типовые узлы ЭВМ Комбинационные схемы узлов Элемент

Типовые узлы ЭВМ. Комбинационные схемы узлов.

Элемент это наименьшая функциональная часть, на которую может быть разбита ЭВМ при логическом проектировании и технической реализации. По функциональному назначению элементы ЭВМ могут быть разделены на: логические (реализующие одну из функций алгебры логики); запоминающие (для хранения одноразрядного двоичного числа триггеры); вспомогательные (для формирования и генерации импульсов, таймеры, элементы индикаторов, преобразователи уровней и т. п. ).

Узел совокупность элементов, которая реализует выполнение одной из машинных операций. Различают два типа узлов ЭВМ: комбинационные; комбинационные узлы включают сумматоры, схемы сравнения, шифраторы, дешифраторы, мультипликаторы, программируемые логические матрицы и т. д. накапливающие (с памятью). накапливающие узлы триггеры, регистры, счётчики и т. п.

Шифратор (кодер) преобразует единичный сигнал на одном из входов в n разрядный двоичный код. Наибольшее применение он находит в устройствах ввода информации (пультах управления) для преобразования десятичных чисел в двоичную систему счисления. Входы Выходы Х Y 3 Y 2 Y 1 Y 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 Y 0=X 1+X 3+X 5+X 7+X 9 Y 1=X 2+X 3+X 6+X 7 Y 2=X 4+X 5+X 6+X 7 Y 3=X 8+X 9.

схема УГО – условное графическое отображение дешифратора

Дешифратор (декодер) это узел, преобразующий код, поступающий на его входы, а сигнал только на одном из его выходов.

схема УГО – условное графическое отображение шифратора

Мультиплексор узел, предназначенный для опроса и передачи входных информационных сигналов в одну выходную цепь. В каждый момент времени выбирается только одна одноразрядная или многоразрядная входная цепь. УГО – условное графическое отображение

Пример, построим схему полного мультиплексора с одним адресным/управляющим входом.

Цифровым компаратором называется комбинационное логическое устройство, предназначенное для сравнения чисел, представленных в виде двоичных кодов. Число входов компаратора определяется разрядностью сравниваемых кодов. На выходе компаратора обычно формируется три сигнала:

Компаратор одноразрядных кодов

Двоичный сумматор логический операционный узел, выполняющий арифметическое сложение кодов двух чисел. Различают схемы сумматоров двух видов: • Полусумматор; • Полный сумматор.

Полусумматор – предназначен для сложения одноразрядных двоичных чисел без учета переноса из предыдущего разряда. Составим таблицу логических значений для сумматора, где А, В — слагаемые, Р и S — перенос и цифра разряда для суммы соответственно:

схема Эта схема называется полусумматором, так как в ней отсутствует третий вход — перенос из предыдущего разряда. УГО – полусумматора

Читайте также:  Нож из полотна по металлу. Как сделать карманную пилу из канцелярского ножа

Полный сумматор – предназначен для сложения одноразрядных двоичных чисел с учетом переноса из предыдущего разряда. Составим таблицу логических значений для одноразряд ного сумматора, где А, В — слагаемые, P 0— перенос из пре дыдущегоразряда, P и S — перенос в следующий разряд и цифра разряда для суммы соответственно.

Параллельный n разрядный сумматор предназначен для суммирования n разрядных чисел. Его схема составляется из n полных сумматоров соединенных между собой.

Логические элементы и типовые узлы ЭВМ.

1. Классификация элементов и узлов ЭВМ.

ЭВМ может быть представлена как совокупность узлов, а каждый узел — как совокупность элементов.

Элемент — это наименьшая функциональная часть, на которую может быть разбита ЭВМ при логическом проектировании и технической реализации.

По функциональному назначению элементы ЭВМ могут быть разделены на:

— логические (реализующие одну из функций алгебры логики);

— запоминающие (для хранения одноразрядного двоичного числа);

— вспомогательные (для формирования и генерации импульсов, таймеры, элементы индикаторов, преобразователи уровней и т.п.).

По типу сигналов:

— аналоговые;

— цифровые.

По способу представления входных и выходных сигналов:

— потенциальные;

— импульсные;

— импульсно-потенциальные.

Узел — совокупность элементов, которая реализует выполнение одной из машинных операций.

Различают два типа узлов ЭВМ:

— комбинационные;

— накапливающие (с памятью).

В свою очередь комбинационные узлы включают сумматоры, схемы сравнения, шифраторы, дешифраторы, мультипликаторы, программируемые логические матрицы и т.д.

Накапливающие узлы — триггеры, регистры, счётчики и т.п.

В цифровых устройствах переменные и соответствующие им сигналы изменяются не непрерывно, а лишь в дискретные моменты времени. Временной интервал между соседними моментами времени называется тактом.

Информация в элементах ЭВМ может обрабатываться в последовательном или параллельном коде. При последовательном коде каждый временной такт предназначен для обработки одного разряда слова. При этом все разряды слова фиксируются по очереди одним и тем же элементом.

При параллельной обработке информации код слова развертывается не во времени, а в пространстве, т.к. значения всех разрядов обрабатываются одновременно за один такт.

ЭВМ 3-го поколения строились на основе базовых логических элементов(ЛЭ). Например, И-НЕ или ИЛИ-НЕ. Важнейшими характеристиками любого базового логического элемента является быстродействие и потребляемая мощность.

В зависимости от рассеиваемой мощности различают следующие ЛЭ:

— микроватные Р до 300 мкВт;

— маломощные Р до 3 мВт;

— средней мощности Р до 30 мВт;

— мощные Р свыше 30 мВт.

По величине среднего времени задержки ЛЭ разбиваются на группы:

— низкое быстродействие tз > 50 нс , Р = 0,01-1 мВт;

— среднее быстродействие tз = 10-50 нс , Р = 1-10 мВт;

Читайте также:  Размер лося и оленя. Чем отличается лось от оленя

— высокое быстродействие tз = 5-10 нс , Р = 10-50 мВт;

— сверхвысокое быстродействие tз < 5 нс , Р = 50-1000 мВт.

Каждый ЛЭ кроме того характеризуется величиной напряжения, соответствующим уровням логических »0″ и »1″ , коэффициентом объединения по входу, коэффициентом разветвления по выходу.

ЛЭ объединяются в группы (серии) интегральных микросхем, например, серии К155 , К500 , К176 и др. Для всех ЛЭ повышение быстродействия сопровождается ростом энергопотребления, а повышение плотности размещения элементов на кристалле — снижением быстродействия.

Узлы комбинированного типа.

Сумматор. Для понимания принципов построения и функционирования сумматора рассмотрим пример сложения двоичных чисел:

 
 

В каждом i разряде одноразрядный сумматор должен формировать сумму Si и перенос в старший разряд.

Различают полусумматор HS (не учитывает сигнал переноса) и полный сумматор SM (учитывает сигнал переноса).

Полусумматор Полный сумматор Многоразрядный сумматор


Хi – входы

Si – выходы

Рi – перенос

Кодепреобразователь – это комбинационное устройство (КУ), имеющее m входов и nвыходов и преобразующее входные m-разрядные двоичные числа в выходные n-разрядные.Чаще всего используются 2 вида — шифраторы и дешифраторы.

Дешифратор (ДС) — это КУ с m-входами и выходами, формирующие »1» только на одном из выходов, десятичный номер которого соответствует входной десятичной комбинации. Работа ДШ задается таблицей истинности .

Шифратор (СД) — решает обратную приведенной раньше задаче.

Мультиплексор (MUX) — это КУ, которое осуществляет коммутацию одного из своих входов Х на единственный выход У. Подключение входа к выходу , как правило , осуществляется в момент подачи на синхронизирующий вход с тактового импульса , а номер подключаемого к выходу входа определяется адресным кодом , подающимся на адресные входы мультиплексора А.

Демультиплексор (ДМХ) решает обратную задачу.

 
 

Обозначение MUX, ДМХ приведено на рисунке:

 
 

Коммутатор — это КУ с mвходами и nвыходами, которое по заданным адресам А входа и выхода соединяет между собой требуемые вход и выход.

Программируемая логическая матрица — универсальная комбинационная схема для преобразования входного n-разрядного двоичного кода в выходной m-разрядный код по заданной таблице истинности . Широко используются в устройствах управления микропроцессоров .

Схемы сравнения — необходимы для организации ветвящихся процессов обработки данных и т.д. (см. рис.).

 

Узлы накапливающего типа .

В качестве запоминающих элементов ЭВМ используются триггеры или устройства на основе магнитных материалов.

Триггер — это конечный автомат, который обладает двумя устойчивыми состояниями и под воздействием управляющего сигнала переходит из одного состояния в другое.

Читайте также:  Как называется плетение из веревок. Что такое браслет выживания и как его плести?

По функциональному назначению различают RS , Т , JK , D — триггеры, комбинированные RST-триггеры , JKRS , DRS -триггеры и т.п. При этом применяют обозначения S , R — входы для раздельной установки триггера в состояние «1»(S) и «0»(R) .

Т — счетный вход триггера.

J, k — входы для раздельной установки Jk триггера в состояние «1» (J) и «0» (k).

D — вход для установки триггера в состояние «1» или «0» с временной задержкой относительно момента появления информационного сигнала.

С — вход синхронизации.

Состояние триггера определяется сигналом Q на его прямом выходе. Законы функционирования триггеров задаются таблицами переходов с компактной записью, при которой в столбце состояний может быть указано, что новое состояние совпадает с предыдущим либо является его отрицанием.

Рассмотрим RS — триггер. Асинхронный (не синхронизируемый) RS — триггер на интегральных элементах ИЛИ — НЕ приведен на рисунке:


Триггер образуется из 2-х элементов ИЛИ — НЕ, соединенных таким образом, что возникают положительные обратные связи, благодаря которым в устойчивом состоянии выходной транзистор одной из схем ИЛИ — НЕ закрыт, а другой открыт.

Таблица переходов RS — триггера:

 
 

Функционирование RS-триггера может быть описано выражением:

Качество работы триггеров оценивается основными показателями – такими, как быстродействие, нагрузочная способность, потребляемая мощность, помехоустойчивость.

Дополняя RS-триггер входной комбинационной схемой, можно построить любой вид триггера.

Чтобы иметь возможность синхронизировать работу узлов и устройств ЭВМ, используют синхронные триггеры, имеющие специальный вход для синхроимпульсов. Если момент срабатывания асинхронного триггера привязан к моменту изменения уровня входных сигналов, то для синхронного — к моменту поступления синхроимпульсов.

Двуступенчатые триггеры позволяют избежать сбоев при записи или считывании информации в одном такте: первая ступень осуществляет запись по переднему фронту тактового импульса, а вторая — выдачу (перезапись во вторую ступень) по заднему фронту.

Т – триггер изменяет свое состояние при приходе каждого импульса, т.е. он их считает. Используется для построения счётчиков.

Регистры. Предназначены для записи, хранения и преобразования в них двоичных чисел. В качестве элементарной ячейки регистра используется триггер, который может хранить одноразрядное двоичное число. Запись и считывание информации в регистр может производиться последовательно (поразрядно) или параллельно (всеми разрядами одновременно). В соответствии с этим различают регистры последовательные, параллельные, последовательно-параллельные, параллельно-последовательные и универсальные.

Счётчик. Функциональный узел, предназначенный для подсчета числа получивших на его вход сигналов (импульсов) и фиксации результата в виде многоразрядного двоичного числа.

Счётчики подразделяются на суммирующие, вычитающие и реверсивные.



ОСТАВЬТЕ КОММЕНТАРИЙ

Please enter your comment!
Please enter your name here