1. Класифікація елементів і вузлів ЕОМ.
ЕОМ може бути представлена як сукупність вузлів, а кожен вузол - як сукупність елементів.
Елемент - це найменша функціональна частина, на яку може бути розбита ЕОМ при логічному проектуванні і технічної реалізації.
За функціональним призначенням елементи ЕОМ можуть бути розділені на:
- логічні (реалізують одну з функцій алгебри логіки);
- запам'ятовують (для зберігання однорозрядного двійкового числа);
- допоміжні (для формування і генерації імпульсів, таймери, елементи індикаторів, перетворювачі рівнів і т.п.).
За типом сигналів:
За способом представлення вхідних і вихідних сигналів:
Вузол - сукупність елементів, яка реалізує виконання однієї з машинних операцій.
Розрізняють два типи вузлів ЕОМ:
- накопичують (з пам'яттю).
У свою чергу комбінаційні вузли включають суматори, схеми порівняння, шифратори, дешифратори, мультиплікатори, програмовані логічні матриці і т.д.
Накопичують вузли - тригери, регістри, лічильники тощо
У цифрових пристроях змінні і відповідні їм сигнали змінюються не безперервно, а лише в дискретні моменти часу. Часовий інтервал між сусідніми моментами часу називається тактом.
Інформація в елементах ЕОМ може оброблятися в послідовному або паралельному коді. При послідовному коді кожен часовий такт призначений для обробки одного розряду слова. При цьому всі розряди слова фіксуються по черзі одним і тим же елементом.
При паралельній обробці інформації код слова розгортається не в часі, а в просторі, тому що значення всіх розрядів обробляються одночасно за один такт.
ЕОМ 3-го покоління будувалися на основі базових логічних елементів (ЛЕ). Наприклад, І-НЕ або АБО-НЕ. Найважливішими характеристиками будь-якого базового логічного елемента є швидкодія і споживана потужність. Залежно від потужності, що розсіюється розрізняють наступні ЛЕ:
-мікроватние Р до 300 мкВт;
- малопотужні Р до 3 мВт;
- середньої потужності Р до 30 мВт;
- потужні Р понад 30 мВт.
За величиною середнього часу затримки ЛЕ розбиваються на групи:
- низька швидкодія tз> 50 нс. Р = 0,01-1 мВт;
- середнє швидкодія tз = 10-50 нс. Р = 1-10 мВт;
- високу швидкодію tз = 5-10 нс. Р = 10-50 мВт;
- надвисокий швидкодію tз <5 нс. Р = 50-1000 мВт.
Кожен ЛЕ крім того характеризується величиною напруги
відповідних рівнів логічних '' 0 "і '' 1". коефіцієнтом об'єднання по входу, коефіцієнтом розгалуження по виходу.
ЛЕ об'єднуються в групи (серії) інтегральних мікросхем, наприклад, серії К155. К500. К176 і ін.
Для всіх ЛЕ підвищення швидкодії супроводжується зростанням енергоспоживання, а підвищення щільності розміщення елементів на кристалі - зниженням швидкодії.
Суматор. Для розуміння принципів побудови і функціонування сумматора розглянемо приклад складання двійкових чисел:
У кожному i розряді однорозрядних суматор повинен формувати суму Si і перенесення в старший розряд.
Розрізняють полусумматор HS (не враховує сигнал перенесення) і повний суматор SM (враховує сигнал перенесення).
Полусумматор Повний суматор Багаторозрядний
Кодепреобразователь - це комбінаційний пристрій (КУ), що має m входів і n виходів і перетворює вхідні m- розрядні двійкові числа в вихідні n- розрядні. Найчастіше використовуються 2 види - шифратори і дешифратори.
Дешифратор (ДС) - це КУ з m -вхід і виходами, що формують '' 1 '' тільки на одному з виходів, десятковий номер якого відповідає вхідний десяткової комбінації. Робота ДШ задається таблицею істинності.
Шифратор (СД) - вирішує зворотну наведеної раніше завданню.
Демультиплексор (ДМХ) вирішує зворотну задачу.
Позначення MUX, ДМХ наведено на малюнку:
Програмована логічна матриця - універсальна комбінаційна схема для перетворення вхідного n- розрядної двійкового коду у вихідний m- розрядний код за заданою таблиці істинності. Широко використовуються в пристроях управління мікропроцесорів.
Схеми порівняння - необхідні для організації розгалужених процесів обробки даних і т.д. (Див. Рис.).
3 Вузли накопичує типу.
Як запам'ятовуючих елементів ЕОМ використовуються тригери або пристрої на основі магнітних матеріалів.
Тригер - це кінцевий автомат, який володіє двома стійкими станами і під впливом керуючого сигналу переходить з одного стану в інший.
За функціональним призначенням розрізняють RS. Т. JK. D - тригери, комбіновані RST-тригери. JKRS. DRS -тригер і т.п. При цьому застосовують позначення S. R - входи для роздільної установки тригера в стан "1" (S) і "0" (R).
Т - рахунковий вхід тригера.
J, k - входи для роздільної установки Jk тригера в стан "1" (J) і "0" (k).
D - вхід для встановлення тригера в стан "1" або "0" з тимчасовою затримкою щодо моменту появи інформаційного сигналу.
С - вхід синхронізації.
Стан тригера визначається сигналом Q на його прямому виході. Закони функціонування тригерів задаються таблицями переходів з компактною записом, при якій в стовпці станів може бути зазначено, що новий стан збігається з попереднім або є його запереченням.
Розглянемо RS - тригер. Асинхронний (НЕ синхронізований) RS - тригер на інтегральних елементах АБО - НЕ наведено на малюнку:
Тригер утворюється з 2-х елементів АБО - НЕ, з'єднаних таким чином, що виникають позитивні зворотні зв'язки, завдяки яким в стійкому стані вихідний транзистор однією зі схем АБО - НЕ закритий, а другий відкритий.
Функціонування RS-тригера може бути описано виразом:
Якість роботи тригерів оцінюється основними показниками - такими, як швидкодія, здатність навантаження, споживана потужність, стійкість перед перешкодами.
Доповнюючи RS-тригер вхідний комбінаційної схемою, можна побудувати будь-який вид тригера.
Щоб мати можливість синхронізувати роботу вузлів і пристроїв ЕОМ, використовують синхронні тригери, що мають спеціальний вхід для синхроімпульсів. Якщо момент спрацьовування асинхронного тригера прив'язаний до моменту зміни рівня вхідних сигналів, то для синхронного - до моменту надходження синхроімпульсів.
Двуступенчатой тригери дозволяють уникнути збоїв при запису або зчитуванні інформації в одному такті: перший ступінь здійснює запис по передньому фронту тактового імпульсу, а друга - видачу (перезапис в другий щабель) по задньому фронту.
Т - тригер змінює свій стан при приході кожного імпульсу, тобто він їх вважає. Використовується для побудови лічильників.
Регістри. Призначені для запису, зберігання та перетворення в них двійкових чисел. Як елементарної комірки регістра використовується тригер, який може зберігати однорозрядне двійковечисло. Запис і зчитування інформації в регістр може проводитися послідовно (поразрядно) або паралельно (всіма розрядами одночасно). Відповідно до цього розрізняють регістри послідовні, паралельні, послідовно-паралельні, паралельно-послідовні і універсальні.
Лічильник. Функціональний вузол, призначений для підрахунку числа отримали на його вхід сигналів (імпульсів) і фіксації результату у вигляді многоразрядного двійкового числа.
Лічильники підрозділяються на підсумовують, віднімають і реверсивні.