Логические элементы

Для реализации логических функций в устройствах цифровой обработки информации используются логические элементы. Условные графические обозначения (УГО) логических элементов, реализующих рассмотренные выше функции, приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 – УГО логических элементов: а) Инвертор, б) ИЛИ, в) И, г) Исключающее ИЛИ, д) ИЛИ-НЕ, е) И-НЕ.

Логические элементы (или, как их еще называют, вентили, "gates") — это наиболее простые цифровые микросхемы. Именно в этой простоте и состоит их отличие от других микросхем. Как правило, в одном корпусе микросхемы может располагаться от одного до шести одинаковых логических элементов. Иногда в одном корпусе могут располагаться и разные логические элементы.О бычно каждый логический элемент имеет несколько входов (от одного до двенадцати) и один выход. Каждой комбинации входных сигналов элемента соответствует уровень нуля или единицы на его выходе. Главные достоинства логических элементов, по сравнению с другими цифровыми микросхемами, — это их высокое быстродействие (малые времена задержек), а также малая потребляемая мощность (малый ток потребления). Самый простой логический элемент — это инвертор (логический элемент НЕ, "inverter"), Инвертор выполняет простейшую логическую функцию — инвертирование, то есть изменение уровня входного сигнала на противоположный. Он имеет всего один вход и один выход. Выход инвертора может быть типа 2С или типа ОК. На рис. 3.1показаны условные обозначения инвертора, принятые у нас и за рубежом, а в табл. 3.1 представлена таблица истинности инвертора.

Рис. 3.1. Условные обозначения инверторов: зарубежные (слева) и отечественные (справа)

Таблица 3.1. Таблица истинности инвертора
Вход	Выход

Две основные области применения инверторов — это изменение полярности сигнала и изменение полярности фронта сигнала Именно инвертор, как наиболее простой элемент, чаще других элементов используется в нестандартных включениях. Инверторы также применяются в тех случаях, когда необходимо получить задержку сигнала, правда, незначительную (от 5 до 100 нс). еще одно применение инверторов, но только с выходом ОК, состоит в построении на их основе так называемых элементов "Проводного ИЛИ". Для этого выходы нескольких инверторов с выходами ОК объединяются, и через резистор присоединяются к источнику питания

Вопрос-8

Триггер — это запоминающий элемент с двумя (или более) устойчивыми состояниями, изменение которых происходит под действием входных сигналов и предназначен для хранения одного бита информации, то есть лог. 0 или лог. 1.

Все разновидности триггеров представляют собой элементарный автомат, включающий собственно элемент памяти (ЭП) и комбинационную схему (КС), которая может называться схемой управления или входной логикой (Состояние триггера определяется сигналами на прямом и инверсном выходах. При положительном кодировании (позитивная логика) высокий уровень напряжения на прямом выходе отображает значение лог. 1 (состояние = 1), а низкий уровень — значение лог. 0 (состояние = 0). При отрицательном кодировании (негативная логика) высокому уровню (напряжению) соответствует логическое значение «0», а низкому уровню (напряжению) соответствует логическое значение «1». Входы триггеров разделяются на информационные (R, S, T и др.) и управляющие (С, V). Информационные входы предназначены для приема сигналов запоминаемой информации. Названия входных сигналов отождествляют с названиями входов триггера. Управляющие входы служат для управления записью информации. Работа триггеров описывается с помощью таблицы переключений, являющейся аналогом таблицы истинности для комбинационной логики. Выходное состояние триггера обычно обозначают буквой Q. Индекс возле буквы означает состояние до подачи сигнала (t) либо (t-1) или после подачи сигнала (t+1) или (t).Р егистром называется типовое вычислительное устройство, предназначенное для запоминания информационных слов и простейших их преобразований.

Регистр состоит из запоминающих элементов - триггеров, количество которых соответствует количеству разрядов в слове, и вспомогательных логических схем, обеспечивающих выполнение некоторых операций.

Регистры могут быть как универсальными, так и рассчитанными на выполнение каких-либо отдельных операций из перечисленных.
8.	На структурных и функциональных схемах вычислительных устройств можно встретить обозначения регистров, показанные на рис.4.1. Рис. 4.1. Изображение регистра на структурных (а) и функциональных (б) схемах Информационное n-разрядное слово загружается (принимается) в запоминающие элементы, по шине поступая на вход D, и может быть прочитано впоследствии с выходаQ в любой момент времени. При подаче сигнала на вход R реализуется функция установки регистра в 0. Часто принимается, что регистр получает наименование хранимого слова (А).
Счетчик - типовое операционное устройство, предназначенное для подсчета числа входных сигналов. Счетчики используются в вычислительных устройствах для образования последовательностей адресов команд, для счета количества циклов выполнения действий и т.п.
11.	Счетчики делятся на суммирующие (накапливающие), вычитающие и реверсивные. Функция суммирующего счетчика - A:=A+1, то есть с каждым сигналом, поступающим на его счетный вход, содержимое счетчика увеличивается на единицу. Функция вычитающего счетчика - A:=A-1, то есть с каждым сигналом, поступающим на его счетный вход, содержимое счетчика уменьшается на единицу. Реверсивный счетчик выполняет обе операции (конечно, не одновременно, у такого счетчика два счетных входа).
	На структурных и функциональных схемах вычислительных устройств можно встретить обозначения счетчиков, показанные на рис.4.3. Рис. 4.3. Изображение счетчика на структурных (а) и функциональных (б - накапливающий счетчик, в - вычитающий счетчик, г - реверсивный счетчик) схемах
Центральный процессор- это центральное устройство компьютера, которое выполняет операции по обработке данных и управляет периферийными устройствами компьютера. У компьютеров четвёртого поколения и старше функции центрального процессора выполняет микропроцессор на основе СБИС, содержащей несколько миллионов элементов, конструктивно созданный на полупроводниковом кристалле путём применения сложной микроэлектронной технологии.Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические и логические операции над данными: сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение и др. Запоминающее устройство - это внутренняя память процессора. Регистры служит промежуточной быстрой памятью, используя которые, процессор выполняет расчёты и сохраняет промежуточные результаты. Для ускорения работы с оперативной памятью используется кэш-память, в которую с опережением подкачиваются команды и данные из оперативной памяти, необходимые процессору для последующих операций. Устройство управления организует процесс выполнения программ и координирует взаимодействие всех устройств ЭВМ во время её работы.	Триггер таблица истинности имеет следующий вид: Вопрос-9

Генератор тактовой частоты генерирует электрические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. В ритме ГТЧ работает центральный процессор. К основным характеристикам процессора относятся:

• Быстродействие (вычислительная мощность) – это среднее число операций процессора в секунду.
• Тактовая частота в МГц. Тактовая равна количеству тактов в секунду. Такт - это промежуток времени между началом подачи текущего импульса ГТЧ и началом подачи следующего Разрядность процессора - это максимальное количество бит информации, которые могут обрабатываться и передаваться процессором одновременно. Разрядность процессора определяется разрядностью регистров, в которые помещаются обрабатываемые данные.

Вопрос-10

Ввод/вывод (I/O — input/output) означает взаимодействие между обработчиком информации (например, компьютер) и внешним миром, который может представлять как человек, так и любая другая система обработки информации. Ввод — сигнал или данные, полученные системой, а вывод — сигнал или данные, посланные ею (или из нее). Мыши и клавиатуры принимают физическое взаимодействие, осуществляемое человеком-пользователем, и превращает его в сигналы, понятные компьютеру. Вывод информации из этих устройств является вводом ее в компьютер. Аналогично, принтеры и мониторы получают на входе сигналы, которые выводит компьютер. Затем они преобразуют эти сигналы в такой вид, который человек сможет увидеть или прочитать. (Для людей-пользователей процесс чтения или просмотра подобных вариантов представления информации является вводом или получением информации) В компьютерной архитектуре объединение процессора и основной памяти (то есть памяти, из которой процессор может читать и записывать в нее напрямую с помощью особых инструкций) составляет «мозг» компьютера, и с этой точки зрения, любой обмен информацией с этим объединением, например, с дисковым накопителем, подразумевает ввод-вывод. Процессор и его сопутствующие электронные цепи реализуют ввод-вывод с распределением памяти, используемый в низкоуровневом программировании при реализации драйверов устройств.

Высокоуровневая операционная система и программное обеспечение используют другие, более абстрактные концепции и примитивы ввода-вывода. Например, большинство операционных систем реализуют прикладные программы через концепцию файлов. Языки программирования Си и C++, а также операционные системы семейства Unix, традиционно абстрагируют файлы и устройства в видепотоков данных, из которых можно читать и в которые можно записывать, или и то и другое вместе. Стандартная библиотека языка Си реализует функции для работы с потоками для ввода и вывода данных.

Вопрос-11