Принцип работы основных логических блоков компьютерных систем
Изучение преобразования сигнала логическим элементом. Рассмотрение схемы сложения одноразрядных двоичных чисел с учетом возможности переноса в старший разряд. Реализация логики в вычислительных системах. Анализ инвертора, выполняющего функцию отрицания.
Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
Вид | реферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 02.05.2018 |
Размер файла | 211,9 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
1. Логические принципы работы ЭВМ
Компьютер работает на электричестве, т.е. логические элементы компьютера оперируют с сигналами, представляющими собой электрические импульсы. Есть импульс - логический смысл сигнала - 1, нет импульса - 0. На входы логического элемента поступают сигналы-значения аргументов, на выходе появляется сигнал-значение функции.
Преобразование сигнала логическим элементом является таблицей состояния, которая фактически является таблицей истинности, соответствующей логической функции.
Базовые логические элементы реализуют рассмотренные выше три основные логические операции:
· логический элемент «И» - логическое умножение;
· логический элемент «ИЛИ» - логическое сложение;
· логический элемент «НЕ» - инверсию.
Поскольку любая логическая операция может быть представлена в виде комбинаций трех основных, любые устройства компьютера, производящие обработку или хранение информации, могут быть собраны из базовых логических элементов, как из «кирпичиков».
Данные в компьютере запоминаются в двоичной системе, и результаты проверки логических выражений тоже можно представлять в двоичной системе. Из этого следует, что одни и те же устройства компьютера могут применяться для обработки и хранения как числовой информации, так и логических переменных. Элементарные схемы компьютера реализуют обработку сигнала по функциям И, ИЛИ, НЕ.
С помощью этого набора можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств компьютера. Рассмотрим, к примеру, схему сложения одноразрядных двоичных чисел с учетом возможности переноса в старший разряд:
Если оба слагаемых равны единице, то сумма становится двузначной. В том разряде, в котором находились слагаемые, получается 0, а единица переходит в старший разряд. Введем обозначения: слагаемые - А и В, значение суммы в разряде слагаемых - S, перенос в старший разряд - Р, перенос из младшего разряда - Р0,. Таблица истинности для значения, этого примера выглядит так [1]: сигнал логический вычислительный инвертор
Сумма в разряде слагаемых
Перенос в старший разряд
Из этой таблицы видно, что значение переноса можно получить по операции конъюнкции: . Значение суммы в трех первых строках получается по операции дизъюнкции, а последнее значение - это инверсия Р, и всю таблицу можно описать функцией . Эта функция описывает работу одноразрядного полусумматора процессора.
В полном одноразрядном сумматоре учитывается третье слагаемое: величина, переносимая в этот разряд из младшего разряда. Обозначим ее Р0. Таблица истинности с учетом этой величины выглядит следующим образом:
Сумма в разряде слагаемых
Перенос в старший разряд
Из таблицы видно, что перенос в старший разряд надо делать тогда, когда значение 1 принимают хотя бы два слагаемых. Этому соответствует формула Р = (A B) (B P0) (A P0). Для значения суммы во всех строках, за исключением последней, подходит формула . Для последней строки годится выражение . Окончательная формула, которая описывает результаты суммирования в одноразрядном сумматоре при всех возможных вариантах, выглядит так:
Так же как и в электрических схемах, для базовых типов логических преобразований установлены условные обозначения, которые облегчают понимание сложных логических схем. Они отражают тип преобразования информации, отвлекаясь от структуры электронной схемы, которая реализует это преобразование. На рис. 1 приведены условные обозначения этих преобразований.
Рис. 1. Условные обозначения базовых логических элементов
Рис. 2. Логическая схема триггера
На рис. 2 Приведена логическая схема триггера. Это устройство может хранить 1 бит информации. Триггеры используются как разряды оперативной памяти и памяти процессора. В обычном состоянии триггер хранит сигнал 0. Для записи 1 на вход S подается сигнал 1. Пройдя по схеме он формирует на выходе Q сигнал 1 и устойчиво хранит его после того, как сигнал S исчезнет. Для того, чтобы сбросить этот сигнал и подготовиться к приему нового на вход R подается сигнал 1, который приводит триггер к «нулевому» состоянию.
2. Реализация логики в вычислительных системах
Построение логических схем
Сочетание математической логики и возможностей проводить вычисления в двоичной системе исчисления привело к возможности конструирования логических и вычислительных устройств на основе двух устойчивых состояний.
Дело в том, что 0 и 1 в логике не просто цифры, а обозначение состояний какого-то предмета нашего мира, условно называемых «ложь» и «истина». Таким предметом, имеющим два фиксированных состояния, может быть электрический сигнал. Устройства, фиксирующие два устойчивых состояния, называются бистабильными (например, выключатель, реле) [2].
Наличие возможности переключения состояния электрического сигнала с помощью другого электрического сигнала как раз и явилось основной предпосылкой развития современной компьютерной техники.
Первые вычислительные машины были релейными. Затем электромеханические переключатели были заменены электронными переключателями - электронными лампами и полупроводниковыми транзисторами.
Позднее были созданы новые устройства управления электрическими сигналами - электронные схемы, состоящие из набора полупроводниковых элементов. Такие электронные схемы, которые преобразовывают сигналы только двух фиксированных напряжений электрического тока (бистабильные), стали называть логическими элементами.
Элементарные устройства логических схем
Логические элементы имеют один или несколько входов и один выход, через которые проходят электрические сигналы, обозначаемые условно как 0 при отсутствии электрического сигнала, и как 1 при наличии электрического сигнала.
Простейшим логическим элементом является инвертор, выполняющий функцию отрицания. Если на вход поступает сигнал, соответствующий 1, то на выходе будет 0. И наоборот. У этого элемента один вход и один выход.
Логический элемент, выполняющий логическое умножение, называется конъюнктор. Он имеет, как минимум, два входа.
Логический элемент, выполняющий логическое сложение, называется дизъюнктор. Он имеет, как минимум, два входа.
Логический элемент И-НЕ состоит из конъюнктора и инвертора.
Логический элемент ИЛИ-НЕ состоит из дизъюнктора и инвертора.
Логический элемент исключающее ИЛИ (XOR).
Логические элементы реализуются на комплементарных полевых транзисторах, сделанных по технологии «металл-окисел-полупроводник» или «металл-диэлектрик-полупроводник» (КМОП-транзисторы или КМДП-транзисторы). Комплементарными транзисторы называются потому, что они изготавливаются парами из транзисторов p-типа и n-типа.
Ниже приведены схемы основных логических элементов на КМОП-(КМДП)-транзисторах.
Рис. 3. Инвертор (логический элемент «НЕ») на комплементарной паре транзисторов
Рис. 4. Логический элемент «И-НЕ» на комплементарных парах транзисторов
Рис. 5. Логический элемент «ИЛИ-НЕ» на комплементарных парах транзисторов
Рис. 6. Логический элемент «XOR» на базисе «И-НЕ»
Для того, чтобы получить логические элементы «И» и «ИЛИ», нужно соединить выход (контакт F) элементов «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» с входом (контактом X) элемента «НЕ».
Доказано, что любую логическую схему можно реализовать на элементах «И-НЕ» или на элементах «ИЛИ-НЕ». Выбранный тип элементов называют базисом. Ниже показана реализация логического элемента «Исключающее ИЛИ» на базисе «И-НЕ».
Список литературы
1. Петрунина Е.Б. Лекции по информатике: Учеб.-метод. пособие. - СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2014. - 105 с.
2. Хахаев И.А. Вычислительные машины, сети и системы телекоммуникаций в таможенном деле: учебное пособие. - СПб: Университет ИТМО, 2015. - 86 с.
Подобные документы
Разработка алгоритма работы блока сложения дробных двоичных чисел в обратном модифицированном коде с фиксированной запятой. Определение состава узлов и управляющих сигналов блока по схеме электрической функциональной, описание его принципа работы.
реферат [415,8 K], добавлен 29.11.2010
Разработка устройства, позволяющего производить сложение четырехразрядных двоичных чисел. Последовательные и параллельные регистры. Временные диаграммы одноразрядного сумматора. Программа, отражающая функционирование параллельного регистра на 4 разряда.
курсовая работа [332,8 K], добавлен 16.10.2013
Ранние приспособления и устройства для счета. Появление перфокарт, первые программируемые машины, настольные калькуляторы. Работы Джона Фон Неймана по теории вычислительных машин. История создания и развития, поколения электронно-вычислительных машин.
реферат [37,7 K], добавлен 01.04.2014
Разработка функциональной схемы операционного автомата микросхемы специализированного процессора, выполняющего заданную арифметическую операцию. Закодированная граф-схема машинного алгоритма. Таблица входов мультиплексора выбора осведомительного сигнала.
курсовая работа [669,9 K], добавлен 25.07.2013
История появления и развития первых вычислительных машин. Изучение характеристик электронно-вычислительной машины. Архитектура и классификация современных компьютеров. Особенности устройства персональных компьютеров, основные параметры микропроцессора.
курсовая работа [48,6 K], добавлен 29.11.2016
Принципы программного управления компьютером. Модульная и функциональная организация, аппаратная реализация электронно-вычислительной машины. Назначение устройств ввода и вывода информации. Функции процессора; устройства внутренней и внешней памяти.
презентация [2,2 M], добавлен 27.11.2013
Изучение принципа работы цифрового автомата для сложения двоичных чисел, представленных в форме с фиксированной запятой, на базисе алгебры Буля. Правила построения операционных и функциональных схем отдельных устройств, логических систем и функций.
Так как же связываются между собой простые логические высказывания, образуя сложные? В естественном языке мы используем различные союзы и другие части речи. Например, «и», «или», «либо», «не», «если», «то», «тогда». Пример сложных высказываний: «у него есть знания и навыки», «она приедет во вторник, либо в среду», «я буду играть тогда , когда сделаю уроки», «5 не равно 6». Как мы решаем, что нам сказали правду или нет? Как-то логически, даже где-то неосознанно, исходя из предыдущего жизненного опыта, мы понимает, что правда при союзе «и» наступает в случае правдивости обоих простых высказываний. Стоит одному стать ложью и все сложное высказывание будет лживо. А вот, при связке «либо» должно быть правдой только одно простое высказывание, и тогда все выражение станет истинным.
Булева алгебра переложила этот жизненный опыт на аппарат математики, формализовала его, ввела жесткие правила получения однозначного результата. Союзы стали называться здесь логическими операторами.
Алгебра логики предусматривает множество логических операций. Однако три из них заслуживают особого внимания, т.к. с их помощью можно описать все остальные, и, следовательно, использовать меньше разнообразных устройств при конструировании схем. Такими операциями являются конъюнкция (И), дизъюнкция (ИЛИ) и отрицание (НЕ). Часто конъюнкцию обозначают & , дизъюнкцию - || , а отрицание - чертой над переменной, обозначающей высказывание.
При конъюнкции истина сложного выражения возникает лишь в случае истинности всех простых выражений, из которых состоит сложное. Во всех остальных случаях сложное выражение будет ложно.
При дизъюнкции истина сложного выражения наступает при истинности хотя бы одного входящего в него простого выражения или двух сразу. Бывает, что сложное выражение состоит более, чем из двух простых. В этом случае достаточно, чтобы одно простое было истинным и тогда все высказывание будет истинным.
Отрицание – это унарная операция, т.к выполняется по отношению к одному простому выражению или по отношению к результату сложного. В результате отрицания получается новое высказывание, противоположное исходному.
Логические операции удобно описывать так называемыми таблицами истинности , в которых отражают результаты вычислений сложных высказываний при различных значениях исходных простых высказываний. Простые высказывания обозначаются переменными (например, A и B).
Логические основы компьютера
В ЭВМ используются различные устройства, работу которых прекрасно описывает алгебра логики. К таким устройствам относятся группы переключателей, триггеры, сумматоры.
Кроме того, связь между булевой алгеброй и компьютерами лежит и в используемой в ЭВМ системе счисления. Как известно она двоичная. Поэтому в устройствах компьютера можно хранить и преобразовывать как числа, так и значения логических переменных.
В ЭВМ применяются электрические схемы, состоящие из множества переключателей. Переключатель может находиться только в двух состояниях: замкнутом и разомкнутом. В первом случае – ток проходит, во втором – нет. Описывать работу таких схем очень удобно с помощью алгебры логики. В зависимости от положения переключателей можно получить или не получить сигналы на выходах.
Вентили, триггеры и сумматоры
Вентиль представляет собой логический элемент, который принимает одни двоичные значения и выдает другие в зависимости от своей реализации. Так, например, есть вентили, реализующие логическое умножение (конъюнкцию), сложение (дизъюнкцию) и отрицание.
Триггеры и сумматоры – это относительно сложные устройства, состоящие из более простых элементов – вентилей.
Триггер способен хранить один двоичный разряд, за счет того, что может находиться в двух устойчивых состояниях. В основном триггеры используется в регистрах процессора.
Сумматоры широко используются в арифметико-логических устройствах (АЛУ) процессора и выполняют суммирование двоичных разрядов.
В основе построения компьютеров, а точнее аппаратного обеспечения, лежат так называемые вентили . Они представляют собой достаточно простые элементы, которые можно комбинировать между собой, создавая тем самым различные схемы. Одни схемы подходят для осуществления арифметических операций , а на основе других строят различную память ЭВМ.
Вентель - это устройство, которое выдает результат булевой операции от введенных в него данных (сигналов).
Простейший вентиль представляет собой транзисторный инвертор, который преобразует низкое напряжение в высокое или наоборот (высокое в низкое). Это можно представить как преобразование логического нуля в логическую единицу или наоборот. Т.е. получаем вентиль НЕ .
Соединив пару транзисторов различным способом, получают вентили ИЛИ-НЕ и И-НЕ . Эти вентили принимают уже не один, а два и более входных сигнала. Выходной сигнал всегда один и зависит (выдает высокое или низкое напряжение) от входных сигналов. В случае вентиля ИЛИ-НЕ получить высокое напряжение (логическую единицу) можно только при условии низкого напряжении на всех входах. В случае вентиля И-НЕ все наоборот: логическая единица получается, если все входные сигналы будут нулевыми. Как видно, это обратно таким привычным логическим операциям как И и ИЛИ. Однако обычно используются вентили И-НЕ и ИЛИ-НЕ, т.к. их реализация проще: И-НЕ и ИЛИ-НЕ реализуются двумя транзисторами, тогда как логические И и ИЛИ тремя.
Выходной сигнал вентиля можно выражать как функцию от входных.
Транзистору требуется очень мало времени для переключения из одного состояния в другое (время переключения оценивается в наносекундах). И в этом одно из существенных преимуществ схем, построенных на их основе.
Для логических величин обычно используются три операции:
Логические выражения можно преобразовывать в соответствии с законами алгебры логики :
Базовые логические операции и элементы. Таблицы истинности. Логические узлы ЭВМ и их классификация. Сумматоры, дешифраторы, шифраторы, мультиплексоры. Триггеры: УГО и таблицы истинности RS-, JK- и Т-триггера. Регистры.
Элементами ЭВМ называют устройства, выполняющие логические функции, запоминающие информацию, преобразующие её и формирующие и усиливающие сигналы.
В качестве устройства, запоминающего информацию в элементах, используют триггер - устройство, обладающее двумя устойчивыми состояниями. Одно состояние триггера принимается за логическую 1, а другое за логический 0. По способу переключения и по закону функционирования триггеры можно разделить на следующие группы: RS-триггеры с раздельной установкой 0 и 1, D-триггеры задержки, универсальные JK-триггеры, счётные Т-триггеры.
Условное графическое обозначение (УГО) RS-триггера приведено на рисунке 2
Рисунок 2 – RS – триггер с прямыми входами. УГО
Выход триггера принято обозначать буквой Q. Состояние триггера определяется логическим уровнем на этом выходе
Триггер, как правило, имеет два выхода: прямой и инверсный .Состояние триггера определяется логическим уровнем на его прямом выходе.
Значение на инверсном выходе всегда противоположно значению на прямом выходе.
Название триггеров определяется первыми буквами английских слов: S (set - установить); R (reset - выключить): Т (toggle - релаксатор); J (jerk - резко включить); К (kill - резко выключить): D (delay - задержка).
RS-триггеры с раздельной установкой 0 и 1. Простейший RS-триггер имеет два входа: R и S. При комбинации входных сигналов S=1, R=0 триггер устанавливается в единичное состояние Q=l, при входных сигналах S=0, R=l - в состояние Q=0, при S=0, R=0 триггер сохраняет своё состояние. Если на входы: R и S подать 1, то его выходной сигнал не определён, так как триггер при этом находится в неустойчивом состоянии. В связи с этим комбинация входных сигналов R=l, S=1 для RS-триггера является запрещённой.
На рисунке 3 приведены принципиальные схемы RS-триггеров, реализованных на элементах И-НЕ, ИЛИ-НЕ.
| |
Рисунок 3 – RS-триггер. Схемы принципиальные
а) с прямыми входами
б) с инверсными входами
Синхронный (тактируемый) RS-триггер имеет управляющий сигнал С на входе (clock - основная синхронизация), который при С=1 разрешает переключение по закону RS-триггера, при С=0 триггер сохраняет своё состояние.
D-триггер задержки. D-триггер имеет один информационный вход D и вход для синхронизирующего импульса С. Основное назначение D-триггера - задержка и хранение сигнала, поданного на вход D при С=1.
Его УГО приведено на рисунке 4.
Рисунок 4 – D – триггер. УГО
JK-триггер универсальный. JK-триггер работает по правилу RS-триггера и отличается от последнего тем, что комбинация сигналов J=K=1 не является запретной. При этих сигналах JK -триггер изменяет своё состояние на обратное тому, в котором он находился. Условное графическое обозначение этого триггера приведено на рисунке 5.
Рисунок 5 – JK-триггер. УГО
- базовые логические элементы;
- классификацию цифровых устройств;
- основные логические узлы ЭВМ;
- УГО основных логических узлов.
- составлять таблицы истинности;
- составлять схемы простых логических узлов ЭВМ.
Тема 2.2Основы построения ЭВМ
Понятие архитектуры и структуры компьютера. Принципы (архитектура) фон Неймана. Основные компоненты ЭВМ, их назначение и взаимодействие. Основные типы архитектур ЭВМ.
Опасности нашей повседневной жизни: Опасность — возможность возникновения обстоятельств, при которых.
Тема 5. Подряд. Возмездное оказание услуг: К адвокату на консультацию явилась Минеева и пояснила, что.
Конфликтные ситуации в медицинской практике: Наиболее ярким примером конфликта врача и пациента является.
Поиск по сайту
Тема 3.1 Организация ЭВМ. Блок схема.
Компьютер представляет собой устройство, способное исполнять четко определенную последовательность операций, предписанную программой. Персональный компьютер (ПК) характерен тем, что им может пользоваться один человек, не прибегая к помощи бригады обслуживающего персонала и не отводя под него специального зала с поддержанием климата, мощной системой электропитания и прочими атрибутами больших вычислительных машин. Этот компьютер обычно сильно ориентирован на интерактивное взаимодействие с одним пользователем (в играх иногда и с двумя), причем взаимодействие происходит через множество сред общения - от алфавитно-цифрового и графического диалога с помощью дисплея, клавиатуры и мыши до устройств виртуальной реальности, в которой пока не задействованы, наверное, только запахи .
Когда используется аббревиатура PC (Personal Computer), подразумевается ПК, совместимый с самым массовым семейством персональных компьютеров фирмы IBM (Intel) и их клонов. PC может быть использован и коллективно: возможности многих компьютеров этого семейства позволяют использовать их и в качестве серверов в сетях или локальных многотерминальных системах. Таким образом, можно объяснить словосочетание PC-сервер, которое неявно предполагает повышенную мощность (скорость вычислений, объем оперативной и внешней памяти) и особое конструктивное исполнение (просторный корпус) компьютера. Словосочетание ПК-сервер уже звучит странновато, хотя в одноранговых сетях и этому словосочетанию можно найти объяснение - персональный компьютер может предоставлять свои ресурсы (например, дисковое пространство, принтеры или модемы) другим компьютерам, для которых он будет являться невыделенным сервером.
Попутно отметим и термин рабочая, станция (Workstation, WS), в который может быть вложено два значения. В компьютерной сети рабочей станцией называют компьютер пользователя (как противоположность серверу). Однако рабочая станция может быть и отдельно стоящим (Standalone Computer), но особенно мощным компьютером (его подключение к сети, конечно же, не исключается). В этом случае часто подразумевается архитектура, отличающаяся от IBM PC-совместимой (например, компьютер на RISC-процессоре). Для мощного IBM PC-совместимого компьютера применяют англоязычный термин High End PC, которому короткого русского аналога пока нет.
Любой компьютер имеет три основные составные части: процессор, память и периферийные устройства. Они взаимодействуют между собой с помощью шин, стандартизация которых делает архитектуру компьютеров открытой.
Процессор является основным "мозговым" узлом, в задачу которого входит исполнение программного кода, находящегося в памяти. В настоящее время под словом "процессор" подразумевают микропроцессор - микросхему, которая, кроме собственно процессора, может содержать и другие узлы - например, кэш-память. Процессор в определенной последовательности выбирает из памяти инструкции и исполняет их. Инструкции процессора предназначены для пересылки, обработки и анализа данных, расположенных в пространствах памяти и портов ввода/вывода, а также организации ветвлений и переходов в вычислительном процессе. В компьютере обязательно должен присутствовать центральный процессор (CPU - Central Processing Unit) , который исполняет основную программу.
В многопроцессорной системе функции центрального процессора распределяются между несколькими обычно идентичными процессорами для повышения общей производительности системы, а один из них назначается главным. В помощь центральному процессору в компьютер часто вводят сопроцессоры, ориентированные на эффективное исполнение каких-либо специфических функций. Широко распространены математические сопроцессоры, эффективно обрабатывающие числовые данные в формате с плавающей точкой; графические сопроцессоры, выполняющие геометрические построения и обработку графических изображений; сопроцессоры ввода-вывода, разгружающие центральный процессор от несложных, но многочисленных операций взаимодействия с периферийными устройствами.
.Рис. 3.1 Структурная схема персонального компьютера
Возможны и другие сопроцессоры, однако все они несамостоятельны - исполнение основного вычислительного процесса осуществляется центральным процессором, который в соответствии с программой выдает "задания" сопроцессорам на исполнение их "партий". Память компьютера предназначена для кратковременного и долговременного хранения информации - кодов команд и данных. Информация в памяти хранится в двоичных кодах, каждый бит - элементарная ячейка памяти - может принимать значение "О" или "1". Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, однозначно ее идентифицирующий в определенной системе координат. Минимальной адресуемой единицей хранения информации в памяти обычно является байт, состоящий, как правило, из 8 бит.
Со времени появления больших (по размерам) компьютеров сложилось деление памяти на внутреннюю и внешнюю. Под внутренней подразумевалась память, расположенная внутри процессорного "шкафа" (или плотно к нему примыкающая). Сюда входила и электронная и магнитная память (на магнитных сердечниках). Внешняя память представляла собой отдельные устройства с подвижными носителями - накопители на магнитных дисках (а сначала - на барабанах) и ленте. Со временем все устройства компьютера удалось поселить в один небольшой корпус, и прежнюю классификацию памяти применительно к PC можно переформулировать так:
1. устанавливаемая на системной плате или на платах расширения;
2. внешняя память - память, реализованная в виде устройств с различными принципами хранения информации и обычно с подвижными носителями. В настоящее время сюда входят устройства магнитной (дисковой и ленточной) памяти, оптической и магнитооптической памяти. Устройства внешней памяти могут размещаться как в системном блоке компьютера, так и в отдельных корпусах, достигающих иногда внутренняя память - электронная (полупроводниковая) память, и размеров небольшого шкафа.
Для процессора непосредственно доступной является внутренняя память, доступ к которой осуществляется по адресу, заданному программой. Для внутренней памяти характерен одномерный (линейный) адрес, который представляет собой одно двоичное число определенной разрядности. Внутренняя память подразделяется на оперативную, информация в которой может изменяться процессором в любой момент времени, и постоянную, информацию которой процессор может только считывать. Обращение к ячейкам оперативной памяти может происходить в любом порядке, причем как по чтению, так и по записи, и оперативную память называют памятью с произвольным доступом - Random Access Memory (RAM) - в отличие от постоянной памяти (Read Only Memory, ROM). Внешняя память адресуется более сложным образом - каждая ее ячейка имеет свой адрес внутри некоторого блока, который, в свою очередь, имеет многомерный адрес.
Во время физических операций обмена данными блок может быть считан или записан только целиком. В случае одиночно го дискового накопителя адрес блока будет трехмерным: номер поверхности (головки), номер цилиндра и номер сектора. В современных накопителях этот трехмерный адрес часто заменяют линейным номером - логическим адресом блока, а его преобразованием в физический адрес занимается внутренний контроллер накопителя. Поскольку дисковых накопителей в компьютере может быть множество, в адресации дисковой памяти участвует и номер накопителя, а также номер канала интерфейса. С такой сложной системой адресации процессор справляется только с помощью программного драйвера, в задачу которого в общем случае входит копирование некоторого блока данных из оперативной памяти в дисковую и обратно.
Дисковая память является внешней памятью с прямым доступом, что подразумевает возможность обращения к блокам (но не ячейкам) в произвольном порядке. Память на ленточных носителях имеет самый неудобный метод доступа - последовательный. В ней информация хранится также в виде блоков фиксированной или переменной длины, и в пределах одного носителя эти блоки имеют последовательные адреса. Для доступа к какому-либо блоку устройство должно найти некоторый маркер начала ленты (тома), после чего последовательным холостым чтением блока за блоком дойти до требуемого места и только тогда производить сами операции обмена данными. С такими неудобствами мирятся только потому, что ленточные носители являются самым дешевым хранилищем для больших объемов информации, к которой не требуется оперативного доступа. Для подсистемы памяти важными параметрами являются следующие:
1. объем хранимой информации. Нет необходимости объяснять, что чем он больше, тем лучше. Максимальный (в принципе неограниченный) объем хранят ленточные и дисковые устройства со сменными носителями, за ними идут дисковые накопители, и завершает этот ряд оперативная память;
2. время доступа - усредненная задержка начала обмена полезной информацией относительно появления запроса на данные. Минимальное время доступа имеет оперативная память, за ней идет дисковая и после нее - ленточная;
3. скорость обмена при передаче потока данных (после задержки на время доступа). Максимальную скорость обмена имеет оперативная память(6-100ns), за ней идет дисковая ( 1- 10ms)и после нее - ленточная;
4. удельная стоимость хранения единицы данных - цена накопителя (с носителями), отнесенная к единице хранения (байту или мегабайту).
Минимальную стоимость хранения имеют ленточные устройства со сменными носителями, их догоняют дисковые накопители, а самая дорогая - оперативная память. Кроме этих параметров имеется и ряд других характеристик - энергонезависимость (способность сохранения информации при отключении внешнего питания), устойчивость к внешним воздействиям, время хранения, конструктивные особенности (размер, вес) и т. п. У каждого типа памяти имеются различные реализации со своими достоинствами и недостатками. Внутренняя и внешняя память используются существенно различными способами. Внутренняя (оперативная и постоянная) память является хранилищем программного кода, который непосредственно может быть исполнен процессором. В ней же хранятся и данные, также непосредственно доступные процессору (а следовательно, и исполняемой программе). Внешняя память обычно используется для хранения файлов, содержимое которых может быть произвольным. Процессор (программа) имеет доступ к содержимому файлов только опосредованное через отображение их (полное или частичное) в некоторой области оперативной памяти. Исполнить программный код или обратиться к данным непосредственно на диске процессор не может в принципе.
То же относится, естественно, и к ленточной памяти. Однако реальная жизнь много образнее этой упрощенной схемы, и на практике дисковая и оперативная память переплетаются сложным образом. Главный недостаток дисковой памяти - большое время доступа и низкая скорость обмена - устраняется при использовании виртуального диска, представляющего собой своеобразно используемую область оперативной памяти. В этой области хранятся файлы, и с точки зрения операционной системы (и, тем более, прикладной программы) она выглядит как обычный, но очень быстрый диск. Конечно же, его объем ограничен, и этот объем вычитается из объема физически установленной памяти, доступной процессору в качестве обычной оперативной. Кроме того, виртуальный диск в отличие от реального не является энергонезависимым.
Периферийные устройства связывают компьютер с внешним миром, и без них он был бы "вещью в себе". Список устройств, делающих компьютер "вещью для нас", практически неограничен. Сюда входят устройства ввода - клавиатура, манипуляторы "мышь", "трекбол", джойстики, сканеры, устройства оцифровки звука и видео изображений; устройства вывода - алфавитно-цифровые и графические мониторы, принтеры, плоттеры, акустические системы и прочие устройства в великом множестве их разновидностей; коммуникационные устройства - модемы, адаптеры локальных и глобальных сетей. Сюда же часто относят дисковые и ленточные устройства хранения информации, но по выполняемым функциям, по-моему, их все-таки лучше включать в подсистему памяти. Кроме того, к компьютеру можно подключать датчики и исполнительные устройства технологического оборудования, различные приборы - в общем все, что в конечном итоге может вырабатывать электрические сигналы и (или) ими управляться.
Периферийные устройства подключаются к компьютеру через внешние интерфейсы или с помощью специализированных адаптеров или контроллеров, встраиваемых в системную плату или размещаемых на платах (картах) расширения. Адаптер является средством сопряжения какого-либо устройства с какой-либо шиной компьютера. Контроллер служит тем же целям сопряжения, но при этом подразумевается его некоторая активность - способность к самостоятельным действиям после получения команд от обслуживающей его программы. Сложный контроллер может иметь в своем составе и собственный процессор. На эти тонкости терминологии не всегда обращают внимание, и понятия "адаптер" и "контроллер" считают почти синонимами. Все внешние интерфейсы компьютера, естественно, тоже имеют свои адаптеры или контроллеры. Для взаимодействия с программой (с помощью процессора или сопроцессоров) адаптеры и контроллеры периферийных устройств обычно имеют регистры ввода и вывода, которые могут располагаться либо в адресном пространстве памяти, либо в специальном пространстве портов ввода/вывода. Кроме того, используются механизмы аппаратных прерываний для сигнализации программе о событиях, происходящих в периферийных устройствах.
Для обмена информацией с периферийными устройствами применяется и механизм прямого доступа к памяти DMA (Direct Memory Acces). Контроллер DMA можно считать простейшим сопроцессором ввода/вывода, разгружающим центральный процессор от рутинных операций обмена.
Таково в общих чертах устройство компьютера (естественно, подразумевается и наличие корпуса с блоком питания). Однако этот набор "железок" не имеет практической ценности без программного обеспечения, которое в компьютере имеет многоуровневую организацию. Часть программного обеспечения хранится в постоянной (энергонезависимой) памяти и обеспечивает тестирование и запуск при включении, загрузку операционной системы и связь операционной системы с аппаратными средствами компьютера.
Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.
Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей
Более 2 500 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения
Столичный центр образовательных технологий г. Москва
Получите квалификацию учитель математики за 2 месяца
от 3 170 руб. 1900 руб.
Количество часов 300 ч. / 600 ч.
Успеть записаться со скидкой
Форма обучения дистанционная
- Онлайн
формат - Диплом
гособразца - Помощь в трудоустройстве
Видеолекции для
профессионалов
- Свидетельства для портфолио
- Вечный доступ за 120 рублей
- 311 видеолекции для каждого
«Как закрыть гештальт: практики и упражнения»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Описание презентации по отдельным слайдам:
Принципы работы основных логических блоков системы. Лекция 3
Рассмотрим наиболее широко используемую исторически сложившуюся классификацию. Она построена и с учетом того, какие электронные приборы являются основными в соответствующих интегральных схемах, и с учетом особенностей использованных схемотехнических решений. Классификация и основные параметры
Выделяются следующие классы логических элементов (так называемые логики): резисторно-транзисторная логика (РТЛ); диодно-транзисторная логика (ДТЛ); транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ); эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ); транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки (ТТЛШ); логика на основе МОП-транзисторов с каналами типа р (р-МДП); логика на основе МОП-транзисторов с каналами типа п (л-МДП); логика на основе комплементарных ключей на МДП-транзисторах (КМДП, КМОП); интегральная инжекционная логика И2Л; логика на основе полупроводника из арсенида галлия GaAs;
В настоящее время наиболее широко используются следующие логики: ТТЛ, ТТЛШ, КМОП, ЭСЛ. Устарела и практически не используется РТЛ. Для разрабатываемых в настоящее время устройств можно рекомендовать использовать КМОП-логику, а также логику на основе GaAs.
Логические элементы и другие цифровые электронные устройства выпускаются в составе серий микросхем.
Серия микросхем — это совокупность микросхем, характеризуемых общими технологическими и схемотехническими решениями, а также уровнями электрических сигналов и напряжения питания.
Приведенная классификация охватывает не только собственно логические элементы, но и другие цифровые устройства, в том числе микропроцессорные. Однако здесь следует учитывать, что при производстве сложных цифровых устройств некоторые логики не использовались и не используются.
Быстродействие характеризуют временем задержки распространения сигнала tзр и максимальной рабочей частотой Fмакс. Обратимся к идеализированным временным диаграммам, соответствующим элементу НЕ (инвертору) (рис. 3.24).
Важным параметром является мощность, потребляемая микросхемой от источника питания. Если эта мощность различна для двух логических состояний, то часто указывают среднюю потребляемую мощность для этих состояний.
Важными являются также следующие параметры: напряжение питания; входные пороговые напряжения высокого и низко го уровня Uвх 1порог и Uвх 0порог, соответствующие изменению состояния логического элемента; выходные напряжения высокого и низкого уровней.
Читайте также: