- •Основы вычислительной техники
- •Оглавление
- •Раздел 1. Методические вопросы 7
- •Раздел II. Математические, логические и аппаратные основы вт 31
- •Раздел III. Сложные комбинационные функциональные узлы 72
- •Раздел IV. Последовательностные и релаксационные функциональные узлы 111
- •Раздел V. Архитектура средств вт 159
- •Введение
- •Раздел 1. Методические вопросы Лекция 1. Сведения о дисциплине
- •Цель и задачи дисциплины, её место в учебном процессе
- •Место дисциплины в структуре ооп впо
- •Требования к уровню освоения содержания дисциплины
- •Содержание дисциплины
- •Распределение трудоемкости
- •Разделы дисциплины
- •Содержание разделов дисциплины
- •Раздел I. Введение. Методические вопросы – 2 часа.
- •Раздел II. Математические, логические и аппаратные основы вт – 6 часов.
- •Раздел III. Сложные комбинационные функциональные узлы вт – 8 часов.
- •Раздел IV. Последовательностные и релаксационные функциональные узлы вт – 8 часов.
- •Раздел V. Архитектура средств вт – 10 часов
- •Рекомендуемая литература
- •Учебники (рис. 2)
- •Справочники
- •Методические рекомендации для студентов по изучению учебной дисциплины для очной формы и нормативного срока обучения
- •Указания по работе с основной и дополнительной литературой, рекомендованной программой дисциплины
- •1.5. Советы по подготовке к текущей аттестации и экзамену:
- •Событие – сигнал – данные
- •Раздел II. Математические, логические и аппаратные основы вт Методические рекомендации для студентов
- •Лекция 2. Варианты выполнения интегральных микросхем
- •2.1. Начальные сведения
- •2.2. Классификация имс
- •Определение
- •2.3. Сравнительный анализ имс семейства ттл различных серий
- •2.4. Особенности применения микросхем с ттл логикой
- •2.5. Варианты выполнения выходного каскада имс семейства ттл
- •2.6. Характеристика логического элемента
- •Лекция 3. Понятие кодирования и разновидности кодов
- •3.1. Основные положения
- •3.2. Специальные виды кодов
- •Лекция 4. Системы логических функций и их реализации
- •4.1. Основные тождества алгебры логики (повторение) 4
- •4.2. Системы логических функций от 1 и 2 аргументов
- •4.3. Минимизация логических функций
- •Метод Карно-Вейча
- •4.4. Материал для самостоятельной работы Дополнительные возможности логических преобразований на базе комбинационных микросхем ттл
- •Раздел III. Сложные комбинационные функциональные узлы Методические рекомендации для студентов
- •Лекция 5. Сложные комбинационные схемы
- •5.1. Преобразователи кодов: классификация, назначение и функционирование
- •5.2. Шифраторы и дешифраторы семейства ттл: функционирование и использование
- •Лекция 6. Коммутаторы
- •6.1. Общее определение, классификация, назначение и функционирование
- •6.2. Функциональные схемы коммутаторов
- •6.3. Реализации коммутаторов информационных потоков
- •Лекция 7. Преобразователи специальных кодов и схемы анализа кодов
- •7.1. Преобразователи специальных кодов
- •7.2. Схемы анализа кодов
- •7.3. Арифметико-логические устройства
- •Лекция 8. Комбинационные микросхемы с программируемыми функциями и пзу
- •8.2. Постоянные запоминающие устройства
- •Флэш-память
- •Раздел IV. Последовательностные и релаксационные функциональные узлы Методические рекомендации для студентов
- •Лекции 9-10. Последовательностные (накапливающие) схемы
- •9.1. Последовательностные микросхемы и узлы на их основе
- •9.2. Триггеры Разновидности триггеров
- •Преобразование триггеров
- •9.3. Регистры
- •9.4. Счетчики: классификация, функционирование, использование.
- •Лекция 11. Микросхемы оперативной памяти
- •Лекция 12. Релаксационные функциональные узлы
- •12.1. Основные положения
- •12.2. Одновибраторы
- •12.3. Мультивибраторы
- •Раздел V. Архитектура средств вт Методические рекомендации для студентов
- •Вопросы для экзамена Теоретическая часть
- •П римеры практических заданий
- •Заключение
- •Приложение Зарубежные аналоги наиболее распространенных микросхем ттл малой и средней интеграции
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
2.6. Характеристика логического элемента
Логический элемент – это устройство, оперирующее с сигналами, которые могут принимать значения из двух допустимых зон (например, ток 0..0,1 мА и 20±1 мА, напряжение 0..0,4 В и 2,4..5 В). Одно из этих состояний обозначается как лог.0, другое – как лог.1, причем отождествление электрического сигнала и логического обозначения имеет чисто условный, договорный характер.
Реальные характеристики логических элементов (ЛЭ) проходят через все значения аргумента – от минимально до максимально допустимого, но вне заданных зон значение выходной величины не гарантируется изготовителем.
Так, характеристика «вход-выход» инвертора может иметь вид, приведенный на рис. 7,а (релейная характеристика), или вид, приведенный на рис. 7,б.
а)
б)
Рис. 7
В случае а) на вход можно подавать сигнал, амплитуда которого меняется плавно, на выходе же получим прямоугольные импульсы (для инвертора – сигнал N) – рис. 8. В случае
Рис. 8
б) на вход следует подавать сигнал только с уровнем, лежащим либо в зоне лог.0, либо лог.1.
Свойства логических элементов определяются их характеристиками, которые можно разбить на группы:
а) функциональные (назначение);
б) статические:
количество и уровни напряжений питания,
уровни (диапазоны) сигналов лог.0 и лог.1 на входах, допустимый уровень статической помехи,
уровни сигналов лог.0 и лог.1 на выходах, допустимые выходные токи и коэффициент разветвления,
допустимое значение напряжения обратной полярности на входах (допустимый обратный выброс),
входные сопротивления или токи при уровнях лог.0 и лог.1;
в) динамические:
время задержки сигнала при переключении; из лог. 0 в лог. 1, из лог.1 в лог.0 и среднее,
максимально допустимая частота переключения;
г) энергетические:
потребляемая мощность на один логический элемент,
энергия переключения на один логический элемент (произведение потребляемой мощности на среднее время задержки);
д) конструктивно-экономические, в частности
плотность размещения элементов на кристалле,
Лекция 3. Понятие кодирования и разновидности кодов
3.1. Основные положения
Кодирование – установление однозначного соответствия между элементом данных и совокупностью символов, принадлежащих некоторому алфавиту.
Кодовая комбинация (слово кода) – набор из символов принятого алфавита, соответствующий элементу данных.
Код – совокупность кодовых комбинаций, используемых для отображения информации.
Декодирование – установление однозначного соответствия между словами кода и элементами данных.
Для процедур кодирования и декодирования на обеих сторонах должен быть известен алфавит символов и метод (синтаксис и семантика).
По степени сложности преобразования можно выделить следующие виды информации: логическая (статическая и динамическая, т.е. импульсная), числовая, аналоговая, символьная, мультимедийная.
Начнем с представления чисел в различных системах счисления. Напомним, что В ПОЗИЦИОННЫХ СИСТЕМАХ (это важнейшее открытие в области обозначения чисел было совершено четыре тысячи лет назад в Месопотамии) при записи чисел значение числа выражается как , к – номер разряда числа, n – количество разрядов, XK – значение разряда, q – основание системы счисления. Основание показывает: а) во сколько раз отличается единица каждого разряда от соседних; б) сколько символов входит в алфавит.
Например, 333310=3*103+3*102+3*101+3*100.
Основным кодом в вычислительных системах является двоичный позиционный код. В двоичной системе q = 2 и принято использовать символы 0 и 1. Используются также двоично-взвешенные системы: восьмеричная и 16-ричная. Сколько цифр в алфавите 16-ричной системы счисления и какие это цифры? Обозначение системы счисления выполняется с помощью различных суффиксов и префиксов, например для шестнадцатиричной системы 333316 = 0x3333 (из языка программирования C) = $3333 (из языка программирования Pascal) = 3333h (от hexadecimal). Для десятичной 333310 = 3333 = 3333d (от decimal), для восьмеричной 33338 = 03333 = 3333o (от octal), для двоичной 110012 = 0b11001 = 11001b (от binary).
Прошу запомнить эти обозначения!
Зависимость плотности записи информации от основания системы счисления выражается функцией y = (ln(x))/x. Функция имеет максимум при x = e = 2,718281828... . Из целочисленных систем счисления наибольшей плотностью записи информации обладает троичная система счисления (с основанием равным трём). Первая троичная ЭВМ "Сетунь" была построена в 1958 году Н.П. Брусенцовым в МГУ.
Задачу поиска максимальной плотности записи информации решали ещё во времена Непера, в результате пришли к таблицам натуральных логарифмов с основанием, равным числу е=2,718281828... .
Составим таблицу эквивалентов десятичных чисел (табл. 7). Значения восьмеричных и 16-ричных эквивалентов чисел от 32 студентам следует внести в таблицу самостоятельно.