Лекция №3 план лекции

1. Функциональные узлы эвм

2 Формирование и преобразование сигналов

• Дифференцирующие цепи

  • Интегрирующие цепи

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ ЭВМ

Рассмотрим принцип работы упрощенных функциональных блоков арифметического, оперативно запоминающего устройство и устройство управления.

Оперативное запоминающее устройство

Память ЭВМ должна обладать большой емкостью и малым временем обращения, т. е. временем поиска и считывания информации из нее. Т. к. в настоящее время нет такого ЗУ, которое удовлетворяло бы обоим этим требованиям в полной мере, то в ЭВМ используют оперативную и внешнюю память.

Быстродействие ЭВМ зависит от скорости обмена информацией между ОЗУ и с другими запоминающими устройствами. Для изображения каждого разряда двоичного числа в оперативной памяти используют элемент с двумя устойчивыми состояниями, т. е. триггеры.

Рис. Структурная схема ОЗУ

Адреса чисел по кодовым шинам адреса поступают в регистр адреса Rg. С помощью адресного коммутатора выбирается нужная ячейка памяти (яп) и происходит запись или считывание числа в соответствующую ячейку памяти. Число, подлежащее записи в, или же считывание из него запоминается в регистре числа RG, который связан с машиной кодовыми шинами числа.

Устройство управления

Работой всех блоков ЭВМ управляет специальное устройство - устройство управления и состоит из следующих функциональных узлов:

• Счетчик команд - счетчик адреса команд, запоминающий адрес команды, подлежащей выполнению;

• RG команд - регистр команд, в который записываются команды, подлежащие выполнению;

• Дешифратор - дешифратор операции

Рис. Структурная схема устройство управления

Арифметическое устройство

Состоит из регистровой памяти и сумматора. При этом операнды поступают одновременно либо последовательно на вход регистров и сумматора. По сигналу из УУ все блоки АУ настраиваются на выполнение данного действия. В сумматоре SM производятся соответствующие действия и результат посылается в ОЗУ.

Аналогично выполняются следующие команды программы.

Рис. Структурная схема арифметическое устройство

На рис. 2.5, 2.6приведены структурные схемы стандартной конфигурации IBM PC, и последовательность операций в ПК при загрузке ОС

Рис. 2.5 Стандартная конфигурация IBM PC

Рис. 2.6 Последовательность операций в ПК при загрузке ОС

Самостоятельная работа формирование и преобразование сигналов Дифференцирующие цепи

При разработке различных схематических узлов и блоков часто возникает необходимость преобразовывать входной сигнал.

В цифровой технике наряду со схемами логических элементов, преобразователей, переключателей и т. д., широко применяются дифференцирующие (ДЦ) и интегрирующие (ИЦ) цепи. Назначение ДЦ и ИЦ - преобразование и формирование импульсного сигнала.

Дифференцирующая цепь состоит из резистора (R) и емкости (С) и имеет следующий вид:

Рис. 3.1 Дифференцирующая цепь

При подаче на вход схемы прямоугольного импульса напряжения U_вых=Е₀ на выходе схемы напряжение будет меняться по экспоненциальному закону:

_,

где t - длительность импульса;

RС - постоянная времени цепи (обычно обозначают символом =RС).

В момент поступления импульса на вход схемы ДЦ конденсатор С начинает заряжаться, при этом ток в начале заряда будет иметь максимальное значение i_max=E_-0/R, а напряжение на выходе схемы равно приложенному напряжению на входе, т. е.:

_.

По мере заряда конденсатора С выходное напряжение уменьшается и после полного заряда конденсатора U_вых0.

После прекращения действия входного импульса конденсатор С начинает быстро разряжаться через сопротивление R. В первый момент разряда напряжение U_сЕ₀, далее выходное напряжение (по мере разряда конденсатора) уменьшается по закону:

Следует отметить, что импульсный сигнал характеризуется:

• амплитудой;

• длительностью t_вх;

• крутизной переднего и заднего фронтов;

• искажением плоской вершины.

При прекращении действия входного импульса на выходе ДЦ напряжение имеет противоположную полярность по сравнению с моментом включения.

Следовательно, с помощью ДЦ прямоугольные импульсы напряжения можно преобразовать в два разнополярные импульса, образованные от переднего и заднего фронтов входного импульса.

Длительность выходного импульса при этом определяют на некотором уровне, когда величина выходного напряжения ДЦ (U_вых) уменьшается в Е (2.71) раз от максимального (Е₀) значения (см. рис.3.1).

Строго говоря, длительность выходного сигнала определяется постоянной времени  дифференциальной цепи.

Уровень, на котором задают длительность выходного импульса t_u, обозначим через . При этом:

и, следовательно

При

Иначе, когда выходной сигнал на уровне  составляет 5% от амплитуды выходного сигнала, длительность выходного импульса