Лабораторная работа № 2 «Работа логических узлов ЭВМ»

Цель лабораторной работы:

– Изучение работы основных логических узлов ЭВМ;

Форма организации занятия: индивидуальная работа

Студент должен:

Знать:

– Основные логические узлы ЭВМ;

Уметь:

– Составлять схемы простых логических узлов ЭВМ.

Методические указания:

Узлами ЭВМ являются стандартизированные наборы логических элементов, из которых набираются схемы, входящие в состав микропроцессоров, блоков памяти, контроллеров, внешних устройств и пр.

Узлы ЭВМ разделяются на

- Комбинационные (автоматы без памяти), выходные сигналы которых определяются только сигналом на входе. Примером является дешифратор.

- Последовательностные (автоматы с памятью) - это узлы, выходной сигнал которых зависит не только от комбинации входных сигналов, но и от предыдущего состояния узла. Н.р. счетчики.

- Программируемые узлы, функционируют в зависимости от того, какая программа в них записана. Н.р. программируемая логическая матрица.

Многоразрядный сумматор процессора состоит из полных одноразрядных сумматоров. На каждый разряд ставится одноразрядный сумматор, причем выход (перенос) сумматора младшего разряда подключен ко входу сумматора старшего разряда. Например, схема вычисления суммы двух двоичных трехразрядных чисел выглядит следующим образом

 

Для исследования сумматоров используем логический преобразователь. Подключив к нему полусумматор последовательно нажимаем кнопки и получаем таблицу истинности, булево выражение.

Для анализа сумматора используется также генератор слова. К нему подключаются входы сумматора, а выходы подключаются к цифровому индикатору (Decoded Seven-Segment Display), расположенному в группе Indicators.

Регистры – это схемы хранения многоразрядных двоичных кодов. Основными типами регистров являются параллельные и сдвиговые. Параллельный регистр состоит из множества однобитовых элементов хранения информации, в которые можно параллельно записывать многоразрядный код.

 

Регистром сдвига называют цифровую схему, состоящую из последовательно включенных триггеров, содержимое которых можно сдвигать на один разряд влево или вправо подачей тактовых импульсов. Регистры сдвига широко применяются в цифровой вычислительной технике для преобразования последовательного кода в параллельный или параллельного в последовательный, а также при построении арифметическо-логических устройств. Составляется регистр сдвига из соединенных последовательно триггеров, в которые записываются разряды обрабатываемого кода. При наличии разрешающих сигналов импульс, приходящий на тактовый вход регистра, вызывает перемещение записанной информации на один разряд влево или вправо

Информация в регистр сдвига может поступать последовательно и последовательно из него передаваться.

 

Счетчик – это типовой узел цифровых устройств, предназначенный для подсчета количества входных сигналов. Он представляет собой регистр, двоичный код которого можно увеличивать на 1 при подаче входного сигнала.

 

Мультиплексоры используются для коммутации в заданном порядке сигналов, поступающих с нескольких входных шин на одну выходную. мультиплексоры применяются для выдачи на одни и те же выводы микропроцессора адреса и данных, что позволяет существенно сократить общее количество выводов микросхемы. в микропроцессорных системах управления мультиплексоры устанавливают на удаленных объектах для возможности передачи информации по одной линии связи от нескольких установленных на них датчиков.

 

Шифраторы (кодеры) используются для преобразования десятичных чисел в двоичный или двоично-десятичный код.

Дешифратор (декодер) – устройство с несколькими входами и выходами, у которого определенным комбинациям входных сигналов соответствует активное состояние одного из выходов, т.е. дешифратор является обращенным по входам демультиплексором, у которого адресные входы стали информационными, а бывший информационный вход стал входом разрешения. Дешифраторы широко используются в информационно-измерительной техники и микропроцессорах управления в качестве коммутаторов-распределителей информационных сигналов и синхроимпульсов, для демультиплексирования данных и адресной логики в запоминающих устройствах, а также для преобразования двоично-десятичного кода в десятичный с целью управления индикаторными и печатающими устройствами.

Задания на лабораторную работу:

Задание 1.

1. Соберите схему восьмиразрядного сумматора, выполните действия.

Вариант	Задание	Вариант	Задание	Вариант	Задание
	8+15		10+8		7+12
	9+12		10+12		11+13
	14+16		14+13		12+15
	10+14		11+12		11+15
	11+18		12+14		12+16
	9+13		9+15		17+8
	17+12		16+8		13+15
	17+14		16+15		12+13
	14+15		9+16		9+17
	18+8		17+9		11+16
	12+13		12+18		9+19
	19+8		19+11

Переведите результат в десятичную систему счисления.

Задание 2.

1. Соберите схему регистра сдвига и проведите ее испытание

2. Соберите схему регистра-счетчика и проведите ее испытание

3. Соберите схему регистра памяти и проведите ее испытание

4. Соберите схему дешифратора и проведите ее испытание

5. Соберите схему мультиплексора и проведите ее испытание

Вариант	Задание	Вариант	Задание	Вариант	Задание
	2.1		2.3		2.5
	2.2		2.4		2.1
	2.3		2.5		2.2
	2.4		2.1		2.3
	2.5		2.2		2.4
	2.1		2.3		2.5
	2.2		2.4		2.1
	2.3		2.5		2.2
	2.4		2.1		2.3
	2.5		2.2		2.4
	2.1		2.3		2.5
	2.2		2.4

 

Вопросы для зачета

1. Что из себя представляет дешифратор, при решении каких задач он используется?

2. Что из себя представляют счетчики, какого типа они бывают?

3. Что из себя представляет регистр, какие функции он выполняет?

4. Назовите типы регистров и их возможное применение.

5. Что из себя представляет мультиплексор, каково его назначение?

 

Рекомендуемая литература

1. Информатика. Задачник-практикум. /Под ред. И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера: Том 1. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 1999

2. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. М.: СОЛОН-Пресс, 2003.

3. Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Повпов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006

4. Путилин А.Б. Вычислительная техника и программирование в измерительных информационных системах. М.: Дрофа, 2006

5. Столингс У. Структурная организация и архитектура компьютерных систем. М.: Издательский дом Вильямс, 2002.

 

Описание лабораторной работы № 1