Информационные системы и технологии

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 8Следующая ⇒

Барановичи

РИО БарГУ

УДК 681.3.06: 378.244

Рекомендовано к печати учебно-методической комиссией

инженерного факультета

Составитель:

Филатов М.В.

Рецензенты:

Г. М. Раковцы, старший преподаватель кафедры преподаватель кафедры информационных систем и технологий учреждения образования «Барановичский государственный университет».

Д. А. Ционенко, зав. кафедрой физико-математических дисциплин, к. ф.-м. н.

Организация и функционирование ЭВМ [Текст]: з адания иметодические указания по выполнению лаб. работ для студентов II курса специальности 1-40 01 02 Информационные системы и технологии, инженерного фак. дневной формы обучения:. сост.: М. В. Филатов. — Барановичи: РИО БарГУ, 2010. — 62 с.

Данное издание включает в себя лабораторные работы, содержащие краткий теоретический материал, задания для самостоятельного выполнения, а также контрольные вопросы.

Методические указания и задания к лабораторным работам предназначены для студентов II курса инженерного факультета дневной формы обучения специальности «Информационные системы и технологии»

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 4

Лабораторная работа №1. Логические элементы. Цифровой компаратор 5

Лабораторная работа №2. Логический элемент с тремя состояниями. Арифметические сумматоры. 13

Лабораторная работа №3. Мультиплексоры и демультиплексоры.. 20

Лабораторная работа №4. Шифраторы и дешифраторы.. 23

Лабораторная работа №5. Устройство контроля четности. Арифметико-логическое устройство 27

Лабораторная работа №6. Триггерные схемы.. 34

Лабораторная работа №7. Счетчики. Регистры.. 37

Лабораторная работа №8. Оперативное запоминающее устройство. Постоянное запоминающее устройство 50

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 62

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Организация и функционирование ЭВМ» ориентирована в первую очередь на формирование у студентов знаний теоретических основ электроники и методологии и методики решения различных задач, получение студентами теоретических знаний и практических навыков использования и проектирования современных электронных средств управления и контроля технологическими объектами машиностроения.

В издании приводятся лабораторные работы, направленные на приобретение навыков построения и использования электронных схем в микроэлектронике, системного анализа и прогнозирования электронных схем, изучение основных узлов ЭВМ, принципа их функционирования и назначения, изучение методики проектирования основных узлов ЭВМ и электронных устройств на основе микропроцессоров.

Для выполнения лабораторных работ, приведенных в издании, рекомендуется использовать программный пакет Electronics Workbench.

Лабораторная работа №1

Тема: Логические элементы. Цифровой компаратор

Цели: Познакомиться с программой для моделирования электронных схем Electronics Workbench, научиться создавать в ней простейшие электронные схемы, исследовать основные логические элементы с ее помощью.

Часть 1. Логические элементы

Теоретические сведения

Известно, что математической основой цифровых вычислительных устройств является двоичная арифметика, в которой используется всего два числа — 0 и 1. Выбор двоичной системы счисления диктовался требованиями простоты технической реализации самых сложных задач с использованием всего одного базового элемента – ключа, который имеет два состояния: включен (замкнут) или выключен (разомкнут). Если первое состояние ключа принять за условную (логическую) единицу, то второе будет отражать условный (логический) ноль или наоборот. Возможные комбинации показаны на рисунках 1.1, 1.2 и 1.3.

а)

б)

Рисунок 1.1 – Схемы электромеханических имитаторов единицы (а) и нуля (б)

На рисунке 1.1 показаны ключи 1 и 0, управляемые клавишами 1 и 0 соответственно, и вспомогательное устройство в виде батареи 5 В с внутренним сопротивлением 100 Ом и лампа накаливания на 6 В с мощностью 30 мВт, которые позволяют судить о состоянии ключа: если он находится в положении 1, лампа горит (рисунок 1.1, а), или не горит если он находится в положении 0 (рисунок 9.1, б).

а)

б)

Рисунок 1.2 – Электромеханические имитаторы логической единицы (а) и нуля (б) в инверсном режиме

Возможно другое расположение ключей по отношению к вспомогательным устройствам, показанное на рисунке 1.2. В этих схемах состояние индикатора нуля или единицы противоположно показанному на рисунке 1.1. При нажатии на клавишу 1 индикатор фиксирует состояние 0 (рисунок 1.2, а) и наоборот (рисунок 1.2, б). Следовательно, схемы на рисунке 1.2 по выходному сигналу (состоянию индикаторных лампочек) обратны (инверсны) по отношению к схемам на рисунке 1.1. Поэтому такие ключи называют инверторами.

Поскольку в цифровых системах содержится огромное количество ключей (только в одном микропроцессоре их несколько миллионов) и они не могут сообщать друг другу о своем состоянии миганием лампочек, то для взаимного обмена информацией используются электрические сигналы напряжений. При этом ключи, как правило, применяются в инверсном режиме в соответствии со схемами рисунок 1.3.

На рисунке 1.3 сопротивление 490 Ом имитирует внутреннее сопротивление нагрузки ключа (аналог коллекторного сопротивления в транзисторном ключе), сопротивление 10 Ом – сопротивление замкнутого электронного ключа, сопротивление 500 Ом – сопротивление разомкнутого ключа с учетом внешней нагрузки. Как видно из рисунка 1.3, наличие на выходе логического нуля (инверсия 1) индуцируется напряжением 100 мВ (в практических конструкциях может быть и больше), а наличие логической единицы – напряжением 2.55 В (нормируется на уровне 2.4 В). Электронные ключи проектируются таким образом, чтобы при наихудших сочетаниях входных и выходных параметров ключи могли различать сигналы логической единицы и нуля.

а)

б)

Рисунок 1.3 – Электромеханические имитаторы логической “1” (а) и “0” (б) в инверсном режиме с индикаторами выходного напряжения

а)

б)

в)

г)

Рисунок 1.4. Графические обозначения буферного элемента (а), элементов И (AND) (б), ИЛИ (OR) (в), Исключающее ИЛИ (XOR) (г) и их инверсные варианты во втором ряду (NOT, NAND, NOR, XNOR соответственно)

В цифровой технике практические аналоги рассмотренных схем принято называть логическими элементами. При этом в зависимости от выполненных функций каждый элемент имеет свое название и соответствующее графическое обозначение. На рисунке 1.4 показаны обозначения базовых логических элементов, принятые в программе EWB.

Электромеханическим аналогом буферного элемента являются имитаторы на рисунке 1.3, а логического элемента НЕ (NOT) – на рисунке 1.2 и 1.3. Электромеханические аналоги двухвходовых элементов И, и НЕ показаны на рисунке 1.5.


а)	б)

Рисунок 1.5 – Электромеханические имитаторы двухвходовых элементов

При наличии в программе EWB такого замечательного инструмента, как логический преобразователь, исследования логических схем целесообразно проводить с его помощью. В качестве примера на рисунке 1.6 приведена схема исследования элемента Исключающее ИЛИ.

Подключение исследуемого элемента к логическому преобразователю очевидно из рисунка 1.6. Очевидно также и то, что при наличии двух входов возможны только четыре комбинации входных сигналов, что отображается на экране преобразователя в виде таблицы истинности, которая генерируется после нажатия клавиши .

Рисунок 1.6 – Исследование логического элемента Исключающее ИЛИ с помощью логического преобразователя

Для получения булева выражения исследуемого элемента необходимо нажать клавишу . Это выражение приводится на дополнительном дисплее, расположенном в нижней части лицевой панели, в виде двух слагаемых, соответствующих выходному сигналу ИСТИНА (сигнал логической единицы на выходе OUT). Сопоставление полученного выражения с таблицей истинности убеждает нас в том, что таких комбинаций действительно две, если учесть, что в полученном выражении приняты следующие обозначения: А`=0 – инверсия А=1, В`=0 – инверсия В=1, знак + соответствует логической операции ИЛИ.

Рисунок 1.7 – Результат синтеза логического устройства по заданной таблице истинности

С помощью логического преобразователя можно проводить не только анализ логических устройств, но и их синтез. Допустим, что нам требуется составить схему и булево выражение для логического элемента, у которого выходная комбинация в таблице истинности не 0110, как на рисунке 1.6, а 1101. Для внесения необходимых изменений отмечаем курсором в столбце OUT подлежащий изменению символ, изменяем его с помощь клавиатуры и затем, перемещаясь по столбцу клавишами управления курсором, изменяем по необходимости символы в других строках. После внесения всех изменений последовательно нажимаем на клавиши и получаем результат, представленный на рисунке 1.7, а его булево выражение – на дополнительном дисплее.

В более общем случае для выполнения синтеза целесообразно действовать следующим образом. Щелчком курсора по иконке логического преобразователя непосредственно на линейке приборов раскрываем его лицевую панель. Активизируем курсором клеммы кнопки А, В..Н (начиная с А), количество которых равно количеству входов синтезируемого устройства. Вносим необходимые изменения в столбец OUT и после нажатия на панели преобразователя указанных выше клавиш управления получаем результат в виде схемы на рабочем поле программы и булево выражение в дополнительном дисплее.

Рисунок 1.8 – Окно установки количества входов логического элемента

В заключение заметим, что для двухвходовых элементов на рисунке 1.4 можно увеличить количество входов до восьми, открывая двойным щелчком по значку компонента диалоговое окно (рисунок 1.8). По умолчанию в этом окне указано минимально возможное число входов, равное двум.

Задания

1. Проведите моделирование оставшихся без рассмотрения двухвходовых логических элементов на рисунке 1.4 с использованием логического преобразователя и установите для каждого из них соответствие таблицы истинности и булева выражения.

2. Разработайте схемы электромеханических имитаторов двухвходовых логических элементов на рисунке 1.4 (за исключением элемента И).

3. Проведите синтез трехвходового логического устройства с выходной комбинацией 10011110 в таблице истинности.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 Следующая ⇒