Основные узлы ЭВМ

Сумматор

Используя основные логические схемы И, ИЛИ, НЕ и законы алгебры логики, можно строить и более сложные схемы — узлы ЭВМ. Сумматором называется узел ЭВМ, выполняющий арифметическое суммирование кодов чисел. Обычно сумматор представляет собой комбинацию однозарядных сумматоров, в которых осуществляется сложение трех цифр: цифры первого слагаемого, цифры второго слагаемого и цифры переноса из соседнего младшего разряда. В результате сложения получается цифра суммы для дан­ного разряда и цифра переноса в следующий старший разряд. Рассмотрим принцип построения сложных схем на примере одноразрядного сумматора на два входа (ОС-2). Приведем пример из двоичной арифметики, т. е. правила выполнения суммирования лад двоичными числами:

0 + 0 = 0, 0+1 = 1, 1+0=1, l + l=0+ единица переноса в стар­ший разряд.

Тогда ОС-2 можно представить как сложную схему с двумя входами А и В, на которые поступают знамения разрядов суммируемых чисел и двумя выходами С и П, на которых образуются значения суммы и переноса в следующий разряд соответственно.

Работа такого сумматора может быть определена следующей таблицей.

Таблицв А

A	B	C	П

Из таблицы видно, что перенос (П) равен единице в том случае, если присутствует информация на входе А и на входе В (т. е. A=B=l). Теперь составим другую таблицу, в которую занесем разные логические операции из значений А, В.

Таблица Б

Сравнивая таблицы А и Б мы приходим к выводу, что

C=(AÙB)(AÚB)

П= А/\В

На основании последнего выражения можно построить схему одноразрядного сумматора, логика которого oтpaжена в табл. А. Для построения такой схемы нам потребуется одна схема логического сложения (ИЛИ), две схемы логического умножения (И) и одна схема отрицания (НЕ). Надо предусмотреть, чтобы сигналы А и В одновременно (параллельно) поступали на входы схем логического сложения и умножения.

Аналогичным образом можно построить сумматоры и на большее число входов. Рассмотренный нами сумматор относится к типу сумматоров на основе комбинационных схем. Если же одноразрядные сумматоры выполнены на триггерах, то мы получим сумматор накапливающего типа.

Регистры

Регистр представляет собой совокупность триггеров, число которых соответствует количеству разрядов в машинном слове. Он выполняет следующие функции: запоминает и временно хранит код одного числа; преобразует последовательный код числа в параллельный и наоборот; сдвигает код числа на определенное количество разрядов вправо или влево (при выравнивании порядков или нормализации результата).

Регистр используется во всех устройствах ЭВМ. В запоминающем устройстве как элемент регистровой памяти, как информационный регистр, служащий для приема информации, считанной из памяти или для записи в память; в устройстве управления как регистр команд или как регистр, слова состояния программы, информация которого принимает участие в выполнении команд программы; а арифметическом устройстве как регистр для приема кодов чисел, считанных из оперативной памяти; в устройствах ввода-вывода как регистр, через который осуществляется обмен информацией между оперативной памятью и внешним устройством.

Счетчики.

Счетчик построен на триггерах, количество которых определяет его емкость, т. е. количество импульсов, которое он может сосчитать. Емкость счетчика определяется по формуле: 2ⁿ—1, где n — количество разрядов (триггеров) в счетчике. Единичные выходы триггеров соединены (через схемы логического умножения и линии задержки) со счетными входами триггеров соседних старших разрядов.

Он предназначен для подсчета электрических импульсов, поступающих на его вход. Счетчики используются для образования последовательностей адресов команд программы, для подсчета количества циклов выполнения операций и др.

Дешифраторы

Дешифратор представляет собой комбинационную схему, которая преобразует код, поступающий на входы, в сигнал на одном из выводов. Если на входы дешифратора подаются двоичные переменные, каждая из которых может принимать значения 0 или 1, то на одном из выходов дешифратора вырабатывается сигнал 1, а на остальных выходах сохраняются сигналы 0.

В общем случае дешифратор с N входами имеет 2^N выходов, так как N разрядный код входного слова может принимать 2^N различных значений и каждому из этих значений соответствует сигнал 1 на одном из выходов дешифратора.

Дешифраторы устанавливаются в схемах ЭВМ на выходах регистров или счетчиков и служат для преобразования кода слова, находящегося в регистре (счетчике), в управляющий сигнал на одном из выходов дешифратора.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные логические элементы ЭВМ.

2. Что такое логические узлы ЭВМ?

3. Что такое триггер?

4. Что такое сумматор и для чего он предназначен?

5. Что такое регистр и для чего он предназначен?

6. Что такое счетчик и для чего он предназначен?

7. Что такое дешифратор и для чего он предназначен?

Лекция №6

Тема: Принцип программного управления

Цель: ознакомить с аппаратным обеспечением, основными функциями внешних и внутренних устройств компьютера.

Ключевые понятия: аппаратное и программное обеспечение, информационная технология, монитор, системный блок, клавиатура, принтер, блок питания, материнская плата, процессор, микропроцессор, разрядность, тактовая частота, постоянную память, оперативную память, кэш-память, регистр, видеопамять, контроллеры, шина, носители информации, гибкие и жесткие диски, компакт-диски, CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD, интерфейс, емкость, быстродействие, флэш-карты, магнитооптические дисководы, стримеры, модем, факс-модем, клавиатура, мышь-манипулятор, трекбол, джойстик, световое перо, дигитайзер, цифровые камеры, сканер, АЦП, ЦАП, монитор, видеоконтроллер, видеокарта, принтер, плоттер, звуковая карта, видеокарта.

Архитектура компьютера определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера. На сегодняшний день общие архитектурные свойства большинства современных компьютеров попадают под понятие фон Неймановской архитектуры. Принципы, сформулированные Джон фон Нейманом:

Ø Принцип программного управления – программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности;

Ø Принцип однородности памяти – программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять те же действия, что и над данными;

Ø Принцип адресности – основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек.

Цифровой компьютер состоит из связанных между собой процессоров, памяти и устройств ввода-вывода. Процессоры, память и устройства ввода-вывода — ключевые понятия.

Дата добавления: 2015-11-03