1. Clasificarea elementelor și nodurilor unui calculator.
Un computer poate fi reprezentat ca o colecție de noduri și fiecare nod ca o colecție de elemente.
Un element este cea mai mică parte funcțională pe care o poate fi împărțită un calculator în timpul proiectării logice și implementării tehnice.
În scopuri funcționale, elementele de calcul pot fi împărțite în:
- logic (realizarea uneia dintre funcțiile algebrice ale logicii);
- memorie (pentru stocarea unui număr binar de o singură cifră);
- Auxiliare (pentru generarea și generarea de impulsuri, cronometre, elemente indicator, convertizoare de nivel etc.).
Pe tipuri de semnale:
Prin reprezentarea semnalelor de intrare și de ieșire:
Un nod este o colecție de elemente care implementează executarea uneia dintre operațiile mașinii.
Există două tipuri de noduri de calculator:
- acumulând (cu memorie).
La rândul lor, nodurile combinaționale includ aditivi, scheme de comparație, codificatoare, decodoare, multiplicatori, matrice logice programabile și așa mai departe.
Noduri de acumulare - declanșatoare, registre, contoare etc.
În dispozitivele digitale, variabilele și semnalele corespunzătoare nu se schimbă continuu, ci numai la momente discrete ale timpului. Intervalul de timp dintre vremurile vecine este numit ceas.
Informațiile din elementele calculatorului pot fi procesate în cod serial sau paralel. Cu codul secvențial, fiecare pas este proiectat să proceseze un bit de cuvânt. În acest caz, toți biții cuvântului sunt fixați la rândul lor de același element.
Cu prelucrarea paralelă a informațiilor, codul unui cuvânt se desfășoară nu în timp, ci în spațiu, pentru că Valorile tuturor cifrelor sunt procesate simultan într-un singur ciclu de ceas.
Computerele din a treia generație au fost construite pe baza elementelor logice de bază (LE). De exemplu, AND-NOT sau OR-NOT. Cele mai importante caracteristici ale oricărui element logic de bază sunt consumul de viteză și putere. În funcție de puterea disipată, se disting următoarele LE:
-Microvolute P până la 300 μW;
- putere redusă P până la 3 mW;
- puterea medie P de până la 30 mW;
- puternic R mai mult de 30 mW.
Prin valoarea timpului mediu de întârziere, LE sunt împărțite în grupuri:
- Rata de răspuns scăzută este> 50 ns. P = 0,01-1 mW;
- Timpul mediu de răspuns tz = 10-50 ns. P = 1-10 mW;
- viteza mare tz = 5-10 ns. P = 10-50 mW;
- viteza ultra-mare t3 <5 нс. Р = 50-1000 мВт.
Fiecare LE este de asemenea caracterizat de magnitudinea tensiunii
corespunzând nivelurilor logice "0" și "1". coeficientul de integrare prin intrare, coeficientul de ramificare de ieșire.
LE sunt combinate în grupe (serii) de circuite integrate, de exemplu seria K155. K500. K176 și altele.
Pentru toate LE, creșterea performanței este însoțită de o creștere a consumului de energie și de o creștere a densității aranjamentului elementelor de pe cristal - o scădere a performanței.
Adder. Pentru a înțelege principiile construirii și funcționării adderului, ia în considerare exemplul de a adăuga numere binare:
În fiecare cifră i, un sumator de o singură cifră trebuie să formeze suma lui Si și să o transporte la cel mai înalt bit.
Distingeți jumătate adder HS (nu ia în considerare semnalul de transfer) și suma completă SM (ia în considerare semnalul de transfer).
Half-Sumter Full Totalizer Multi-bit
Convertorul este un dispozitiv combinat (CM) care are intrări m și n ieșiri și convertește numerele binare m-bit de intrare la ieșirile de n-bit. Cel mai adesea sunt utilizate două tipuri: codificatoare și decodoare.
Decodorul (DS) este un CU cu intrări și ieșiri m care formează "1" doar pe unul dintre ieșiri, numărul zecimal corespunzând combinației zecimale de intrare. Funcționarea AS este dată de un tabel de adevăr.
Encoder (SD) - rezolvă inversul problemei date mai devreme.
Demultiplexorul (DMX) rezolvă problema inversă.
Denumirea MUX, DMX este prezentată în figură:
O matrice logică programabilă este o schemă combinată universală pentru conversia codului binar n-bit de intrare într-un cod de ieșire m-bit dintr-un tabel de adevăr dat. Utilizată pe scară largă în dispozitivele de control cu microprocesor.
Sistemele de comparare sunt necesare pentru organizarea proceselor de prelucrare a datelor ramificate etc. (vezi figura).
3 noduri de tip de stocare.
Declanșatoarele sau dispozitivele bazate pe materiale magnetice sunt folosite ca elemente de memorie ale unui calculator.
Un declanșator este un automat finit care are două stări stabile și sub influența unui semnal de control care trece de la o stare la alta.
În scopuri funcționale, RS se distinge. T. JK. D - declanșează, declanșează RST combinate. JKRS. DRS-Triggers și altele asemenea. În acest caz, se folosește notația S. R - intrări pentru declanșarea separată a declanșatorului la starea "1" (S) și "0" (R).
T este intrarea de numărare a flip-flop-ului.
J, k sunt intrările pentru setarea separată a flip-flopului Jk la starea "1" (J) și "0" (k).
D - pentru introducerea declanșatorului în starea "1" sau "0" cu o întârziere de timp în raport cu timpul semnalului de informare.
C este intrarea de sincronizare.
Starea de declanșare este determinată de semnalul Q la ieșirea sa înainte. Legile care reglementează funcționarea declanșatorilor sunt specificate de tabelele de tranziție cu o înregistrare compactă, în care coloana de stare poate indica faptul că noul stat coincide cu cel precedent sau negarea acestuia.
Luați în considerare declanșatorul RS. Asincron (nesincronizat) declanșator RS pe elementele integrale SAU - NOT este prezentat în figură:
Un declanșator este format din 2-OR elemente - care nu sunt conectate, astfel încât un feedback pozitiv prin care tranzistorul de ieșire a unuia din circuitele în stare stabilă sau - închis și altul deschis.
Funcționarea flip-flop-ului RS poate fi descrisă prin expresia:
Calitatea lucrărilor de declanșare este estimată de indicatorii principali - cum ar fi viteza, capacitatea de încărcare, consumul de energie, imunitatea la zgomot.
Adăugând un declanșator RS la circuitul combinat de intrare, puteți construi orice tip de declanșator.
Pentru a putea sincroniza funcționarea nodurilor și a dispozitivelor computere, utilizați declanșatoare sincrone care au o intrare specială pentru impulsuri de ceas. Dacă timpul de răspuns al declanșatorului asincron este legat de momentul schimbării nivelului semnalelor de intrare, atunci pentru declanșatorul sincron, până la momentul sosirii impulsurilor de sincronizare.
declanșatoare de înaltă mici evita erori la scriere sau citire de informații într-un singur ciclu de ceas: prima etapă oferă înregistrarea pe marginea conducătoare a impulsului de ceas, iar al doilea - emitent (rescrierea la a doua etapă) de marginea care se încadrează.
T - declanșatorul își modifică starea la sosirea fiecărui puls, adică el le consideră. Folosit pentru a construi contoare.
Registre. Proiectate pentru înregistrarea, stocarea și conversia numerelor binare la ele. Ca celulă unică a registrului, se folosește un declanșator, care poate stoca un număr binar de o singură cifră. Înregistrarea și citirea informațiilor din registru pot fi efectuate secvențial (biți) sau în paralel (toți biții simultan). În conformitate cu aceasta, registrele sunt secvențiale, paralele, secvențial paralele, paralele-secvențiale și universale.
Contorul. Un nod funcțional destinat numărării numărului de semnale (impulsuri) primite la intrarea sa și fixarea rezultatului sub forma unui număr binar multi-cifric.
Contoarele sunt împărțite în sumare, scădere și inversare.