Автор: Пользователь скрыл имя, 12 Марта 2012 в 20:32, курсовая работа
Наши дни характеризуются необходимостью обрабатывать огромное количество информации. Для сбора информации, а так же для хранения и её распространения, необходимо специальное устройство. Таким устройством, сейчас, является компьютер. Компьютер задействован практически во всех сферах жизни на данный момент.
Содержание
Содержание 2
Введение 3
1.Общий раздел 4
1.1.Представление сети Internet 4
1.2Как появился Интернет. 5
1.2.Демультиплексоры 12
2. Арифметические и логические основы ЭВМ. 14
2.1. Структурная схема операционного блока (ОБ) и ее компоненты для выполнения операции Y=(X1 - X2) - (X3 v X4) 14
2.2. Схема и работа ОБ и использование результата для кодирования операндов Х2 и Х3 20
2.3.Составление временных диаграмм работы ОБ 22
3. Технология программирования 24
Рис. 3.1.1. Алгоритм поиска неисправности 24
Рис.3.1.2 Блок-схема алгоритма неисправности 25
3.2 Программное моделирование схемы ОБ и ее временных диаграмм в программной среде OR CAD 26
Заключение 28
Приложения……………………………………………………………………….30
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Брянский Государственный Технический Университет
Кафедра «Компьютерные технологии и системы»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Архитектура ЭВМ и систем»
на тему:
«Разработать архитектуру вычислительного средства, его временные диаграммы, принцип действия и выполнить их в программной среде OR CAD для решения функции
Y=(X1 - X2) - (X3٧ X4) »
Выполнил студент группы 09-ИС(б) :
Моргунов Д.А.
Проверил Ст. преподаватель:
Филиппов Р.А.
Брянск 2010
Содержание 2
Введение 3
1.Общий раздел 4
1.1.Представление сети Internet 4
1.2Как появился Интернет. 5
1.2.Демультиплексоры
2. Арифметические и логические основы ЭВМ. 14
2.1. Структурная схема операционного блока (ОБ) и ее компоненты для выполнения операции Y=(X1 - X2) - (X3 v X4) 14
2.2. Схема и работа ОБ и использование результата для кодирования операндов Х2 и Х3 20
2.3.Составление временных диаграмм работы ОБ 22
3. Технология программирования 24
Рис. 3.1.1. Алгоритм поиска неисправности 24
Рис.3.1.2 Блок-схема алгоритма неисправности 25
3.2 Программное моделирование схемы ОБ и ее временных диаграмм в программной среде OR CAD 26
Заключение 28
Приложения……………………………………………………
Наши дни характеризуются необходимостью обрабатывать огромное количество информации. Для сбора информации, а так же для хранения и её распространения, необходимо специальное устройство. Таким устройством, сейчас, является компьютер. Компьютер задействован практически во всех сферах жизни на данный момент.
Данная курсовая работа посвящена разработке функциональных и структурных схем узлов и модулей вычислительных средств, построению временных диаграмм и их принципа действия. Для реализации поставленных задач будем использовать программную среду Or CAD, позволяющую моделировать электронные и логические схемы.
17 мая 1974 года академик Андрей Дмитриевич Сахаров завершил работу над статьей "Мир через полвека": "В перспективе, быть может, поздней, чем через 50 лет", - прогнозирует Сахаров, - "я предполагаю создание всемирной информационной системы, которая и сделает доступным для каждого в любую минуту содержание любой книги когда-либо и где-либо опубликованной...". Темп прогресса информатики далеко опередил ожидания Андрея Дмитриевича.
День 20 октября стал Международным днем Internet – Всемирной компьютерной Сети, которая объединяет миллионы людей. В этой работе я хотел как можно более подробно рассказать об истории создания этого восьмого чуда света – венца творения прогресса в 20-ом веке. Ведь несмотря на то, что об Internet знает практически каждый, об его истории известно мало и даже теми немногими знаниями обладают далеко не все сами пользователи Internet.
Интернет представляет собой международную компьютерную «сеть сетей», действующую на основе сотрудничества и соединяющую друг с другом самых разных пользователей, в том числе государственные организации, учебные заведения, библиотеки, корпорации, больницы, частных лиц и т.д. Не существует какой-либо одной организации, которая бы владела или управляла сетью Интернет или контролировала бы ее. Однако Интернет не является бесплатным. Основное бремя расходов на поддержание сети несут основные пользователи, а именно университеты, национальные исследовательские центры, высокотехнологичные корпорации и государственные учреждения.
После изобретения и совершенствование модемов, были открыты двери в Internet огромному количеству обычных людей. Так как для доступа в Internet им не требовалось специальное сетевое оборудование. Таким образом Internet завоевывал свою популярность.
Все компьютеры сети Internet можно разделить на два типа: серверы и клиенты. Ваш компьютер является компьютером-клиентом сети Internet,т.к. вы используете ресурсы Internet. Серверы образуют основу сети и предоставляют свои ресурсы, в использование другим компьютерам.
В 1960-е годы, после Карибского кризиса, фирма RAND Corporation, один из мозговых центров Соединенных Штатов, впервые предложила создать децентрализованную компьютерную сеть, покрывающую всю страну. Проект включал в себя объединение компьютеров военных, научных и образовательных учреждений в сеть, которая могла бы сохранить работоспособность в условиях ядерной атаки. Это был ответ США на запуск 4 октября 1957 года Советским Союзом первого искусственного спутника Земли. Основной идеей проекта была децентрализация управления и подчинения, чтобы выход из строя одного или нескольких сегментов сети не привел бы ее к коллапсу. Это требование дает ключ к пониманию принципов построения и структуры Internet. В проектируемой модели сети всегда была связь между компьютером-источником и компьютером-приемником (станцией назначения). Сеть a priori предполагалась ненадежной: любая часть сети может исчезнуть в любой момент. Такая структура может быть осуществлена только в том случае, если между узлами сети существуют множественные связи.
В первом варианте предложения, которое увидело свет в 1964 году благодаря усилиям сотрудника RAND Пола Бэрана (Paul Baran), просто утверждалось, что все узлы (компьютеры) сети должны иметь одинаковый статус. Каждый узел уполномочен порождать, передавать и получать сообщения от любого другого. Сообщения для передачи разбиваются на небольшие стандартизированные элементы, называемые пакетами. Каждый пакет имеет адрес назначения, и доставка сообщения обеспечивается тем, что каждый узел имеет возможность посылать (или переадресовывать) пакеты по сети к месту назначения.
Создание первой версии ARPANET
В конце 1960-х годов, корпорация RAND, Массачусетский технологический институт и Калифорнийский университет Лос-Анджелеса начали экспериментировать с концепцией децентрализованной сети с пересылкой пакетов. В Великобритании подобные эксперименты проводились NPL (National Physical Laboratory , Национальной физической лабораторией). В 1968 году подразделение Петагона, - ARPA (Advanced Research Projects Agency, Агенство по работе с исследовательскими проектами в области перспективных исследований), - открыло финансирование этого проекта в США.
К осени 1969 года появился на свет младенец – сеть ARPANET, состоящий к тому времени из четырех узлов, а именно:
компьютер SDS SIGMA в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса,
компьютер SDS940 в Стэндфордском исследовательском институте,
компьютер IBM360 в Калифорнийском университете Санта-Барбары,
компьютер DEC PDP-10 в университет штата Юта.
Первые испытаний ARPANET оказались крайне успешными. Ученые исследовательских учреждений, послуживших испытательными полигонами, получили возможность передавать данные и совместно пользоваться удаленным доступом к компьютерам.
К 1971 году ARPANET разрослась до 15 узлов, включая Массачусетский технологический институт, RAND, Гарвард, Питтсбургский университет Каренги-Меллона, Case Western Reserve и центр NASA в Эймсе.
К 1972 году сеть ARPANET насчитывала уже 37 узлов, а в 1973 году впервые были подключены и зарубежные узлы – Университетский колледж в Лондоне и Королевская лаборатория радиолокации в Норвегии. Ответственность за администрирование сети взяло на себя DCA (Defence Communication Agency, Оборонное агенство по коммуникациям), в настоящее время называемое DISA (Defence Information Systems Agency, Оборонное агенство по информационным системам).
Несмотря на то, что изначально ARPANET состояла из соединений между самыми престижными исследовательскими институтами США, и что первые обоснования создания ARPANET подчеркивали ее важность как средства удаленного доступа к компьютерам, основной поток информации по сети не соответствовал своему первоначальному предназначению. Первое время ученые действительно использовали сеть только для координации своих исследований и обмена сообщениями со своими коллегами. Однако весьма быстро сеть превратилась в высокоскоростную компьютеризированную «веревочку», которую многие использовали для передачи личных сообщений, сплетен и просто разговоров.
Рост и изменнение ARPANET в 70-е годы
Несмотря на то, как в реальности использовались новые возможности, создание ARPANET и концепции децентрализованной сети с пакетной передачей данных в целом означали огромный успех. В течение 1970-х годов эта легко расширяемая система претерпела гигантский рост. Её децентрализованная структура, существенно отличающаяся от структур существовавших в то время корпоративных сетей, позволяла подключать к сети компьютеры практически любого типа, - при одном лишь условии, что эти компьютеры «понимали» протокол (соглашение о стандарте) пакетной передачи данных NCP (Network Control Protocol, Протокол сетевого управления). Этот протокол стал предшественником ныне используемого TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol, Протокол управления передачей/Протокол Intenet, или Межсетевой Протокол).
Уже в 1974 году Винт Серф и Боб Кан, сотрудники NSF (National Science Foundation, Государственный фонд научных исследований - аналог нашего Министерства Науки), опубликовали свои первые спецификации нового протокола управления передачей данных TCP/IP, который до 1977 года использовался при подключении к ARPANET других компьютерных сетей.
Протокол TCP/IP, открытый для общего использования, отличался от NCP тем, что сообщение разбивались, и преобразовывались в пакеты на узле отправки, обратное преобразование со сборкой сообщения из пакетов происходило на узле назначения. Протокол IP устанавливал адресацию пакетов, которая позволяла пакетам достичь места назначения, проходя через многочисленные узлы, или даже сети, стандарты которых отличались от стандарта NCP для ARPANET.
Эти решения могут показаться странными, как и предположение о «ненадежной» сети, но уже имеющийся опыт показал, что большинство этих решений вполне разумно и верно. Пока ISO (Organization for International Standartization, Международная Организация по Стандартизации) тратила годы, создавая окончательный стандарт для компьютерных сетей, пользователи ждать не желали. Активисты Internet начали устанавливать IP-программное обеспечение на все возможные типы компьютеров. Вскоре это стало единственным приемлемым способом для связи разнородных компьютеров. Такая схема понравилась правительству и университетам, которые проводят политику покупки компьютеров у различных производителей. Каждый покупал тот компьютер, который ему нравился и вправе был ожидать, что сможет работать по сети совместно с другими компьютерами.
Протокол TCP/IP послужил толчком для дальнейшего расширения ARPANET, поскольку он легко устанавливался на практически любой компьютер и позволял сети с легкостью развиваться вширь от любого существующего узла.
К 1983 году ARPANET, которая к тому времени уже получила общепринятое имя Internet, отражающее ее структуру мощной совокупности связанных между собой компьютеров и сетей, официально отказалась от использования протокола NCP в пользу более развитого и распространенного протокола TCP/IP.
В этом же году из ARPANET выделилась MILNET, которая стала относиться к Defence Data Network (DDN, Оборонная сеть обмена данными) министерства обороны США. Термин Internet стал использоваться для обозначения единой сети: MILNET и ARPANET. И хотя в 1991 году ARPANET прекратила свое существование, название Internet продолжило свое существование, так как Сеть стала объединять в себе уже и международные сети.
Это решение было официально поддержано Министерством Обороны США, – протокол вошел в MIL STD (Military Standarts, Военные стандарты), и все, кто работал в сети, обязаны были перейти к этим новым протоколам.
Для облегчения этого перехода ARPA обратилась с предложением к руководителям фирмы Berkley Software Design - внедрить протоколы TCP/IP в Berkley (BSD) UNIX. С этого и начался союз UNIX и TCP/IP. UNIX – это одна из наиболее популярных операционных систем для серверов – компьютеров, которые взаимодействуют (предоставляют свои ресурсы, как то файлы, информация, вычислительные мощности и т.п.) с подключающимися к ним другими компьютерами, – так называемыми клиентами. Можно сказать, что большинство информации в Internet (по крайней мере, та, которая занимает большие объемы – десятки и сотни гигабайт) хранится на серверах.
Рост Internet в 80-е годы
1980-е годы стали периодом бурного роста Internet.
В то время начали появляться Локальные Вычислительные Сети (LAN), например, такие как Ethernet и др. Одновременно появились компьютеры, которые стали называть рабочими станциями. На большинстве рабочих станций была установлена операционная система UNIX. Эта ОС имела возможность работы в сети с Протоколом Internet (IP). В связи с возникновением принципиально новых задач и методов их решения появилась новая потребность: организации желали подключиться к ARPANET своей локальной сетью (более подробно о локальных сетях в Internet смотрите в главе «Развитие Internet в наши дни», параграф «Объединение локальных сетей / Intranet»). Примерно в то же время появились другие организации, которые начали создавать свои собственные сети, использующие близкие к IP коммуникационные протоколы. Стало ясно, что все только выиграли бы, если бы эти сети могли общаться все вместе, ведь тогда пользователи из одной сети смогли бы связываться с пользователями другой сети.
Схема соединения компьютеров в сеть с децентрализованным управлением распространялась по всему миру, и организаторы многих зарубежных сетей пожелали подключиться к американской сети.
Охват мирового сообщества Internet существенно расширился благодаря включению следующих сетей:
EUNet – Европейская сеть UNIX-машин,
год подключения - 1982
EARN – Европейская сеть учебных и научно-исследовательских учреждений, год подключения – 1983
JUNET – Японская сеть UNIX-машин,
год подключения – 1984
JANET – Объединенная академическая сеть Великобритании,
год подключения – 1984.
В конце 80-х годов наиболее влиятельные учереждения США на средства, выделенные NSF, основали NSFNET – пять суперкомпьютерных центров в Принстоне, Питтсбурге, Калифорнийском университете Санта-Барбары и университете Корнели. Сеть из этих пяти центров обычно называется «магистральных хребтом Internet в США» (Internet Backbone). Эта сеть была доступна для использования в любых научных учреждениях. Было создано всего лишь пять центров потому, что они очень дороги даже для богатой Америки. Именно поэтому их и следовало использовать кооперативно.
Возникла проблема связи: требовался способ соединить эти центры и предоставить доступ к ним различным пользователям. Сначала была сделана попытка использовать коммуникации ARPANET, но это решение потерпело крах, столкнувшись с бюрократией оборонной отрасли и проблемой обеспечения персоналом. Тогда NSF решил построить свою собственную сеть, основанную на IP технологии ARPANET. Центры были соединены специальными телефонными линиями с пропускной способностью 56 Кбит/сек (на такой скорости сейчас работают обычные модемы (более подробно о модемах см. далее).
Однако было очевидно, что не стоит даже и пытаться соединить все университеты и исследовательские организации непосредственно с центрами, т.к. проложить такое количество кабеля - не только очень дорого, но практически невозможно. Поэтому решено было создавать сети по региональному принципу. В каждой части страны заинтересованные учреждения должны были соединиться со своими ближайшими соседями. Получившиеся цепочки подсоединялись к суперкомпьютеру в одной из своих точек, таким образом суперкомпьютерные центры были соединены вместе. В такой топологии любой компьютер мог связаться с любым другим, передавая сообщения через соседей.
Это решение было успешным, но настала пора, когда сеть уже более не справлялась с возросшими потребностями. Совместное использование суперкомпьютеров позволяло подключенным общинам использовать и множество других вещей, не относящихся к суперкомпьютерам. Неожиданно университеты, школы и другие организации осознали, что заимели под рукой море данных и мир пользователей. Поток сообщений в сети (трафик) нарастал все быстрее и быстрее пока, в конце концов, не перегрузил управляющие сетью компьютеры и связывающие их телефонные линии.
В 1987 г. контракт на управление и развитие сети был передан компании Merit Network Inc., которая занималась образовательной сетью Мичегана совместно с фирмами IBM и MCI. Менее чем за два года, продолжающееся расширение Internet и растущие потребности в вычислительных мощностях привели к модернизации в 1988 году магистрали NSFNET до скорости T1 (1.544 мбит/сек – такую пропускную способность cейчас можно выжать из средней сложности оптоволоконной или спутниковой связи). Сетевые управляющие машины были также заменены на более быстрые.
Процесс совершенствования сети идет непрерывно. Однако большинство этих перестроек происходит незаметно для пользователей. Включив компьютер, вы не увидите объявления о том, что ближайшие полгода Internet не будет доступна из-за модернизации. Возможно, даже более важно то, что перегрузка сети и ее усовершенствование создали зрелую и практичную технологию. Проблемы были решены, а идеи развития проверены в деле.
Важно отметить то, что усилия NSF по развитию сети привели к тому, что любой желающий может получить доступ к сети. Прежде Internet была доступна только для исследователей в области информатики, государственным служащим и подрядчикам. NSF способствовал всеобщей доступности Internet по линии образования, вкладывая деньги в подсоединение учебного заведения к сети, только если то, в свою очередь, имело планы распространять доступ далее по округе. Таким образом, каждый студент четырехлетнего колледжа мог стать пользователем Internet. И потребности продолжают расти. Большинство таких колледжей на Западе уже подсоединено к Internet, предпринимаются попытки подключить к этому процессу средние и начальные школы. Выпускники колледжей прекрасно осведомлены о преимуществах Internet и рассказывают о них своим работодателям. Вся эта деятельность приводит к непрерывному росту сети, к возникновению и решению проблем этого роста, развитию технологий и системы безопасности сети.
В 1987 году число компьютеров, подключенных к Intenet, составило более 10 000. К 1989 году это число достигло 100 000.
90-е годы и пришествие WWW
1990-е годы послужили ареной продолжающейся экспансией Internet, а также создания нескольких служб и программ для работы в Сети. Опять-таки из-за нехватки пропускной способности NSFNET, в 1991 году магистральные каналы NSFNET были модернизированы до «статуса T3», что соответствует скорости передачи данных 44.738 Мбит/сек. Хотя бы на время проблема мощностей была снята (ведь в то время Internet подростал в среднем на 100-200% в год!).
В 1990 годы Билл Хилан, Элан Эмтидж и Питер Дейч выпустили программу Archie. В том же году Брюстре Каале создал программу WAIS, а Пол Линдер и Марк Маккайл из университета Минесоты выпустили программу Gopher (считается, что свое название Gopher эти серверы получили в честь талисмана университета – золотого суслика Gold Gopher). Однако Gopher звучит так же, как и “Go for” («найди и возьми») – неплохое название для системы структурирования информации. За этими событиями в 1992 году последовал запуск системы Veronica, созданной в университете штата Невада. Подробнее об этих программах читайте далее в главе «Службы Internet».
1992 год так же примечателен еще и тем, что в этом году число компьютеров в Сети перевалило за миллион.
Однако, без сомнения, наиболее серьезным развитием Internet в 1990-х годах (а, по мнению некоторых, и критическим в смысле самого существования Сети) стало создание WWW (World Wide Web, Всемирная паутина).
В ноябре 1990 года Тим Бернсли из CERN (Европейского центра ядерных исследований, также известен как Европейский центр физики частиц) создал первый прототип WWW-сервера, используя компьютер NeXT. WWW как активно функционирую-щая система не выходила в свет до 1992 года. В феврале 1993 года в NCSA (National Center for Supercomputer Applications, Национальный центр применения суперкомпьютеров) была создана альфа-версия (т.е. первая тестовая) программы Mosaic. В сентябре 1993 была выпущена первая работающая версия Mosaic, и поток информации по WWW составил 1% от полного потока информации в NSFNET. К октябрю 1993 года 200 WWW-серверов было запущено в эксплуатацию.
В 1993 году NSF предложила проект создания новой магистрали Internet в США. Она должна была заменить старую магистраль NSFNET. Новая структура начала свою работу в 1995 году, приняв на себя потоки информации NSFNET, которая 30 апреля 1995 года прекратила функционировать в качестве магистрали.
Новая магистраль состоит из следующих элементов:
Линии OC3 (155 Мбит/сек) системы vBNS (very high speed Backbone Network Service, сверх высокоскоростной Сетевой Службы Магистрали), финансируемой NSF, использование которой разрешено только тем организациям, которым требуются свервысокие скорости передачи данных для научных вычислений и визуализации изображений
Четырех узлов NAP (Network Access Point, Точка доступа к Сети), расположен-ных в Сан-Франциско, Чикаго, Нью-Йорке и Вашингтоне, в которых соединяются vBNS, другие сети магистрали (внутренние и зарубежные), а также организаций-провайдеров сетевых услуг
Системы маршрутизации и арбитража, которые распределяют ресурсы по удовлетворению запросов на высокоскоростную и низкоскоростную передачу информации.
В последующие годы развитие Internet и WWW происходило еще более быстрыми темпами. Реальную статистику числа компьютеров в Сети и WWW-серверов получить весьма трудно, так как эти данные изменяются практически ежедневно. Разумной оценкой числа компьютеров в Internet (усредненной по данным нескольких источников) на июнь 1995 года можно считать число 6.5 миллионов, причем большинство их них, как вы, наверное, и предполагали, находится в США.
Эта диаграмма иллюстрирует рост чис-ла хостов, подключен-ных к сети Internet с 4 компьютеров в 1969 году до 3,2 миллионов в 1994. Хостом в сети Internet называются компьютеры, работаю-щие в многозадачной операционной системе (Unix, VMS), поддер-живающие протоколы TCP/IP и предостав-ляющие пользователям какие-либо сетевые услуги.
Демультиплексор — устройство, в котором сигналы с одного информационного входа поступают в желаемой последовательности по нескольким выходам в зависимости от кода на адресных шинах. Таким образом, демультиплексор в функциональном отношении противоположен мультиплексору. Демультиплексоры обозначают через DMX или DMS. Если между числом выходов и числом адресных входов действует соотношение n=2m для двоичных демультиплексоров или n=3m для троичных демультиплексоров, то такой демультиплексор называют полным. Если n<2m для двоичных демультиплексоров или n<3m для троичных демультиплексоров, то демультиплексор называют неполным. Функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов. Дешифратор можно рассматривать как демультиплексор, у которого информационный вход поддерживает напряжение выходов в активном состоянии, а адресные входы выполняют роль входов дешифратора. Поэтому в обозначении как дешифраторов, так и демультиплексоров используются одинаковые буквы - ИД.
Демультиплексоры выполняют унарные (одновходовые, однооперандные) логические функции с n-арным выходом.
Демультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать один вход к нескольким выходам. Демультиплексор можно построить на основе точно таких же схем логического "И", как и при построении мультиплексора. Отличием от мультиплексора является возможность объединения нескольких входов в один без дополнительных схем.
Схема демультиплексора приведена на рисунке 1. В этой схеме для выбора конкретного выхода демультиплексора, как и в мультиплексоре, используется двоичный дешифратор.
Рис. 1. Схема демультиплексора "1 на 3" с управлением от трёхбитного одноединичного трита.
Однако, если рассмотреть принципиальную схему самого дешифратора, то можно значительно упростить демультиплексор. Достаточно просто к каждому логическому элементу 'И', входящему в состав дешифратора просто добавить ещё один вход – In. Такую схему часто называют дешифратором с входом разрешения работы. Условно-графическое изображение демультиплексора приведено на рисунке 2.
Рис. 2. Условно графическое обозначение демультиплексора с четырьмя выходами.
В этом обозначении вход In обозначен как вход E, а выходы не обозначены, мы видим только их номера.
В МОП микросхемах не существует отдельных микросхем демультиплексоров, так как МОП мультиплексоры, описанные ранее по информационным сигналам не различают вход и выход, т.е. направление распространения информационных сигналов, точно также как и в механических ключах, может быть произвольным. Если поменять входы и выход местами, то КМОП мультиплексоры будут работать в качестве демультиплексоров. Поэтому их часто называют просто коммутаторами.
Основные арифметико-логические устройства компьютера представлены тремя элементами, такими как «ИЛИ», «И», «НЕ». Они являются также самыми простыми. Более сложные элементы, например, сумматоры, могут быть построены из наиболее простых.
Проанализируем заданную формулу и определим, какой логический элемент или электронная схема в проектируемой схеме будет отвечать за выполнение той или иной логической или арифметической операции. Формула задана для выполнения операций над двоичными числами. Этими операциями являются инверсия, дизъюнкция и суммирование.
Отобразим условное обозначение и таблицы истинности выбранных элементов:
Логический элемент «не» соответствует логической операции - инверсия. В булевой алгебре эта операция обозначается «», в программе OrCAD логический элемент «не» представляется как показано на рис. 2.1.1
Рис.2.1.1 Условное обозначение логического элемента «не»
Логический элемент НЕ предназначен для инвертирования чисел. На языке цифровой техники НЕ означает, что этот элемент является инвертором - электронным устройством, выходной сигнал которого противоположен входному.
Таблица истинности логического элемента «не» представлена в табл. 1.
Таблица 1
Таблица истинности логического элемента «НЕ»
X | Y |
0 | 1 |
1 | 0 |
Логический элемент «или» соответствует логической операции – дизъюнкция. В булевой алгебре эта операция обозначается «v», в программе OrCAD логический элемент «или» представляется, как показано на рис.2.1.2
Рис.2.1.2 Условное обозначение логического элемента «или»
Принцип действия элемента следующий (как и при арифметическом суммировании): единица на входе будет в том случае когда, хотя бы один из поданных сигналов на входы будет равен единице.
Таблица истинности логического элемента «или» представлена в табл. 2.
Таблица 2
Таблица истинности логического элемента «ИЛИ»
x1 | x2 | y |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 1 |
Логический элемент «и» соответствует логической операции – конъюнкция. В булевой алгебре эта операция обозначается «», в программе OrCAD логический элемент «и» представляется как показано на рис.2.1.3.
Рис.2.1.3 Условное обозначение логического элемента «и»
Принцип действия элемента следующий (как и при арифметическом умножении): единица на входе будет только в том случае когда, на оба входа будет подано две единицы.
Таблица истинности логического элемента «и» представлена в табл. 3.
Таблица 3
Таблица истинности логического элемента «И»
x1 | x2 | y |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
Сумматор - комбинационная схема, предназначенная для выполнения арифметических операций над двоичными числами.
По способу представления и обработки складываемых чисел многоразрядные сумматоры подразделяются на:
последовательные, в которых обработка чисел ведётся поочерёдно, разряд за разрядом на одном и том же оборудовании;
параллельные, в которых слагаемые складываются одновременно по всем разрядам, и для каждого разряда имеется своё оборудование.
Сумматоры параллельного действия строятся путем объединения нескольких последовательных сумматоров. Их количество определяет разрядность параллельного сумматора.
Рис 2.1.4 Четырехразрядный параллельный сумматор
Временные диаграммы четырехразрядного сумматора представлены на рис 2.1.5
Рис 2.1.5 Временные диаграммы сумматора
Заданную функцию Y=(X1 + X2) v (X3+X4) , необходимо реализовать с помощью логических элементов «И», «ИЛИ», «НЕ» на основе параллельного восьмиразрядного сумматора. На входы Х1, Х2, Х3, Х4 подаются с параллельной подачей сигналы, в результате чего на выходе Y выдается требуемый результат. В ходе работы была разработана следующая схема операционного блока (ОБ).
Шифраторы – устройства предназначенные для преобразования десятичной информации в двоичную.
Рассмотрим работу восмиразрядного шифратора. Х2 = 66, Х3 = 00,. Так как этим шестнадцатеричным числам соответствуют двоичные коды 6616 = 011001102, 0016 = 000000002, то согласно разрядности на шинах 20 … 27 должны быть высокие уровни для «1» и низкие уровни для «0». Чтобы получить высокие уровни между контактными и разрядными шинами 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 включают диоды. Так, для числа Х2 при замыкании ключа S2 и ток , протекая через VD1,VD2,VD3 и VD4 и их резисторы от источника питания, создаст на R1, R2, R5 и R6 высокие уровни. На шинах 21, 22,25, 26 будут «1», а на 20, 23,24, 27 – «0».
Обозначение диода на схеме:
Обозначение резистора на схемах:
Обозначение ключа на схемах:
Рис. 2.2.1 Схема восмиразрядного шифратора операндов Х2 и Х3
Временные диаграммы данной схемы показаны на рис.2.2.2.
Рис. 2.2.2. Временные диаграммы кодирования операндов Х2 и Х3
Для составление временных диаграмм работы ОБ необходимо перевести заданные значения для X1, X2, X3, X4 из шестнадцатеричной в двоичную систему счисления.
X1=CD16 =110011012;
Опишем алгоритм работы схемы операционного блока для выполнения операций Y=(X1+X2) - (X3 v X4). На входы X1, X2, X3, X4 подаются двоичные сигналы. Сначала вычисляется значение, стоящее в первой скобке, для этого согласно заданной формуле, складываются значения X1 и X2, а результат сложения инвертируется на противоположный, тем самым получается промежуточный результат Y1. Затем суммируются значения X3 и X4- получаем следующий промежуточный результат Y2. Следующим шагом будет логическая операция «ИЛИ» над Y1 и Y2- получаем результат Y.
Далее составим временные диаграммы работы схемы, которые будут содержать результат выполнения операций над всеми разрядами четырёх чисел.
Рис. 2.3.1. Временные диаграммы работы ОБ
Неисправности в данном ОБ могут возникнуть в случае неправильной работы как инвертора, так и логического элемента «ИЛИ». Для того чтобы, исключить возможную ошибку в работе необходимо создать алгоритм поиска неисправности на определенном участке схемы. Заданный участок схемы охватывает работу четырех базовых логических элементов. Алгоритм поиска неисправности показан на рис.3.1.1. Сравним полученные результаты на определенном участке схемы с результатами, полученными в программной среде OR CAD.
Принцип работы алгоритма поиска неисправности на заданном участке, состоит в следующем: при подаче на входы X11,X21,X31,X41 логической единицы, мы при прохождении определенного этапа решения задачи должны сравнивать полученный результат, в случае верного ответа, переходим на следующий этап решения задачи, в случае отрицательно ответа, делаем замену результата на противоположный и возвращаемся в начало нашего алгоритма. Составим алгоритм поиска неисправности в виде блок-схемы (рис.3.1.2).
Схема, созданная в программной среде OR CAD, реализовывающая функцию Y=(X1+X2) - (X3 v X4), представлена на рис.3.2.1.
Рис.3.2.1 Смоделированная схема в программной среде OR CAD
На рисунке 3.2.2 изображены временные диаграммы, для данной схемы.
Рис.3.2.2 Временные диаграммы для смоделированной схемы
1. С. Карпенко. Internet в вопросах и ответах – Спб, 1998. – 464 с.
2. С.А. Бирюков «Цифровые устройства на интегральный микросхемах» М. 1991 г.
3. Степанов А.Н. Информатика: Учебник для вузов. 4-е изд.– СПб.: Питер, 2005. – 684 с.
4. Цилькер Б.Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2006 – 668 с.
Приложения
Приложение1
Смоделированная схема в программной среде OR CAD
Временные диаграммы для смоделированной схемы