 |
2. Логические и схемотехнические основы ЭВМ
|
|
|
|
2. Логические и схемотехнические основы ЭВМ
2. 1. Иерархическая структура функциональных модулей
При проектировании и построении ЭВМ и систем используют модульный принцип. Он состоит в том, что проектирование и построение схем и устройств в ЭВМ выполняют на основе некоторых наборов стандартных модулей (рис. 2. 1). Эти модули, как правило, выпускаются в промышленности серийно.
Рис. 2. 1. Иерархическая структура представления стандартных модулей в составе ЭВМ
Цифровой элемент (ЦЭ) – простейший функциональный модуль, который обеспечивает несложный алгоритм по обработке и хранению информации.
Функциональные узлы (ФУ)- функциональные модули, которые выполняют более сложные стандартные операции по обработке информации. Например, регистры, счетчики.
Функциональные устройства (ФУС) – функциональные модули, которые могут использоваться в качестве самостоятельных устройств.
2. 2. Физические способы представления информации
Логические сигналы в электрических схемах представляются (кодируются) в виде различных значений токов и напряжений в различных точках схемы.
Рис. 2. 2. Временные диаграммы представления логических сигналов
Используют два основных способа представления логической информации: в виде потенциальных сигналов и в виде импульсных сигналов (рис. 2. 2).
На первой временной диаграмме представлено изображение потенциальных логических сигналов. Его характеристиками являются высокий и низкий потенциальные уровни, которым соответственно присвоены значения “1” и “0”.
На второй временной диаграмме представлено изображение логических сигналов в виде импульсов напряжения, при этом отсутствие импульса в данном временном такте означает “0”, а наличие импульса представляет “1”.
|
|
|
На третьей временной диаграмме представлено изображение логических сигналов в виде импульсов напряжения разной полярности, при этом отрицательный импульс в данном временном такте означает “0”, а положительный –“1”.
2. 3. Общие сведения об алгебре логики
В схемотехнике возникают задачи анализа и синтеза логических схем. При этом используют специальный математический аппарат, который называется алгеброй логики (алгебра Буля) или исчислением высказываний. Высказывание - это любое утверждение, в отношении которого можно сказать истинно оно или ложно. В вычислительной технике принято принимать за “истину” –“1”, за “ложь –“0”. В основу булевой алгебры положены три логические операции: инверсия, конъюнкция, дизъюнкция. Правила выполнения логических операций задаются с помощью таблиц истинности. Условные графические обозначения (УГО) логических элементов определяются по ГОСТ 2742-82.
2. 3. 1. Основные логические операции
1) Инверсия (“НЕ”) F = Х
Таблица 2. 1
| X | F |
В табл. 2. 1 показана таблица истинности операции инверсия. На рис. 2. 1 – УГО логического элемента.
Рис. 2. 3. Логический элемент- инвертор
2) Дизъюнкция (“ИЛИ”) F = X1 V X2 V... V X n.
Таблица 2. 2
| Х1 Таблица 2. 2Х1 | Х2 | …… | Хn | F |
| 0… | ||||
| 0… | ||||
| 0… | ||||
| 0… |
В табл. 2. 2 показана таблица истинности операции “ИЛИ”, которая иногда называется “логическое сложение”. На рис. 2. 4 – УГО соответствующего логического элемента “ИЛИ”.
Рис. 2. 4. Логический элемент- дизъюнктор
|
|
|
3) Конъюнкция ( “И” ) F = X1 & X2 & X3... & Xn .
Рис. 2. 5. Логический элемент – конъюнктор
Таблица 2. 3
| X1 | X2 | … | Xn | F |
| 0… | ||||
| 0… | ||||
| 0… | ||||
| … | ||||
| 1… | ||||
В табл. 2. 3 показана таблица истинности операции “И”, которая иногда называется “логическое умножение”.
На рис. 2. 5 – УГО логического элемента “И”.
4) Штрих Шеффера
Таблица 2. 4
| X1 | X2 | F |
В табл. 2. 4 представлена таблица истинности логической операции “штрих Шеффера”.
F = X1 & X2 = X1 │ X2.
5) Стрелка Пирса
В табл. 2. 5 представлена таблица истинности логической операции “стрелка Пирса”.
Таблица 2. 5
| X1 | X2 | F |
|
|
|
