МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З КУРСУ

«КОМП'ЮТЕРНА СХЕМОТЕХНІКА»

для студентів напряму підготовки

«(шифр Розробка програмного забезпечення)»

Метою методичних вказівок з курсу «Комп'ютерна схемотехніка »є придбання студентами практичних навичок вирішення схемотехнічних завдань, зокрема, синтезу комбінаційним схем і схем порівняння в заданому базисі, реалізації логічних функцій на дешифратор, ПЛМ і ПЗП, а також синтезу багатофункціональних регістрів і керуючих автоматів.

Методичні вказівки містять варіанти завдань, приклади виконання лабораторних робіт, а також необхідний пояснювальний матеріал.

Перелік умовних позначень ............................................... .................. 6

Введення 7

Лабораторна робота № 1 - Синтез комбінаційних схем ...................... 8

1. Загальні відомості ................................................ ..................................... 8

2. Завдання ................................................. .................................................. . 9

3. Приклад виконання роботи ............................................... .................. 9

5. Зміст звіту ................................................ ............................... 11

Лабораторна робота № 2 - Реалізація СБФ на дешифратор .............. 12

1. Загальні відомості ................................................ ................................... 12

2. Завдання ................................................. ................................................. 13

3. Приклад виконання роботи ............................................... ................ 13

4. Зміст звіту ................................................ ............................... 16

Лабораторна робота № 3 - Синтез схем порівняння ................................ 17

1. Загальні відомості ................................................ ................................... 17

2. Завдання ................................................. ................................................. 19

3. Приклад виконання роботи ............................................... ................ 20

4. Зміст звіту ................................................ ............................... 22

Лабораторна робота № 4 - Реалізація СБФ на ПЛМ і ПЗП ................ 23

1. Загальні відомості ................................................ ................................... 23

2. Завдання ................................................. ................................................. 25

3. Приклад виконання роботи ............................................... ................ 25

4. Зміст звіту ................................................ ............................... 27

Лабораторна робота № 5 - Синтез багатофункціонального регістра .. 28

1. Загальні відомості ................................................ ................................... 28

2. Завдання ................................................. ................................................. 29

3. Таблиця вибору мікрооперацій ............................................... ......... 29

4. Приклад виконання роботи ............................................... ................ 29

5. Зміст звіту ................................................ ............................... 31

Лабораторна робота № 6 - Синтез мікропрограмних автоматів ...... 32

1. Загальні відомості ................................................ ................................... 32

2. Приклади виконання роботи ............................................... .............. 33

2.1 Синтез МПА Мілі по ДСА ............................................ .............. 33

2.2 Синтез МПА Мура за ДСА ............................................ .............. 38

3. Завдання ................................................. ................................................. 41

4. Зміст звіту ................................................ ............................... 41

Список рекомендованої літератури ............................................... ........... 42

Перелік умовних позначень

БІС велика інтегральна схема

БФ булева функція

ДСА граф-схема алгоритму

ІС інтегральна схема

КС комбінаційна схема

МПА мікропрограмних автомат

ПЗУ програмовані запам'ятовуючі пристрої

ПЛІС програмовані логічні інтегральні схеми

ПЛМ програмовані логічні матриці

ПЛУ програмовані логічні пристрої

ПСТ пряма структурна таблиця

РП регістр пам'яті

СБФ система булевих функцій

СС схема порівняння

УА керуючі автомати

ЕОМ електронна обчислювальна машина

Вступ

Метою лабораторних робіт з курсу «Комп'ютерна схемотехніка» є придбання студентами практичних навичок вирішення схемотехнічних завдань, зокрема, синтезу комбінаційним схем і схем порівняння в заданому базисі, реалізації логічних функцій на дешифратор, ПЛМ і ПЗП, а також синтезу багатофункціональних регістрів і керуючих автоматів. Дані методичні вказівки призначені для студентів, що навчаються за напрямом підготовки «Розробка програмного забезпечення».

Комп'ютерна схемотехніка - дисципліна, що вивчає методи аналізу, синтезу та способи технічної реалізації схем електронних обчислювальних машин (ЕОМ) і їх компонентів. Розвиток комп'ютерної схемотехніки є основою вдосконалення архітектури ЕОМ, підвищення якості реалізації компонентів, збільшення швидкодії і нарощування функціональності.

ЕОМ виконують арифметичні і логічні операції, при цьому використовується числа і логічні змінні. Числа несуть інформацію про кількісні характеристики системи; над ними виробляються арифметичні дії. Логічні змінні визначають стан системи або приналежність її до певного класу станів (комутація каналів, керування роботою ЕОМ за програмою і т. п.).

Логічні змінні можуть приймати тільки два значення: істина і брехня. У пристроях цифрової обробки інформації цим двом значенням змінних ставиться у відповідність два рівні напруги: високий (логічна «1») і низький (логічний 0 »).

Елементи, здійснюють найпростіші операції над такими двійковими сигналами, називають логічними. На основі логічних елементів розробляються пристрої, що виконують і арифметичні, і логічні операції. Розгляду таких пристроїв і присвячені запропоновані лабораторні роботи.

Лабораторна робота № 1 - Синтез комбінаційних схем

1. Загальні відомості

Стандартні серійні мікросхеми часто складаються з елементів (вентилів) тільки одного типу. Наприклад «2І-НІ», «3І-НІ», «3АБО-НІ».

У зв'язку з цим, виникає завдання реалізації булевої функції (БФ) в базисі з обмеженнями, це означає, що схема для реалізації заданої функції може бути побудована на елементах тільки одного або двох зазначених в умові типів.

Для перетворення вихідної БФ до заданого базису використовується методика, в основі якої лежить застосування законів Де-Моргана.

Методика перетворення складається з двох основних пунктів:

1. Заміна у вихідному виразі невідповідних функцій на задану («І» на «АБО», «АБО» на «І»). На цьому кроці встановлюється функціональна відповідність формули заданому базису

2. Угрупування змінних в термах і самих термів відповідно числу входів базисного елемента. На цьому кроці необхідно згрупувати змінні в термах, а також самі терми, так щоб число аргументів в кожному добутку було не більше числа входів базисного елемента. Угрупування реалізується шляхом укладення в дужки (дужки позначають пріоритетне виконання, те що в схемі реалізується на більш ранньому рівні). Так як кожна інверсія в формулі (крім інверсії вхідних сигналів) реалізується в схемі одним елементів, то щоб реалізувати дужки, тобто забезпечити пріоритет, і при цьому зберегти тотожність, необхідно над фрагментами, взятими в дужки, поставити подвійну інверсію. У схемі подвійна інверсія реалізується послідовно з двох елементів.

Кожна комбінаційна схема має ряд параметрів, які її характеризують:

1. Число елементів в схемі (без урахування інверсії вхідних сигналів) дорівнює числу інверсій в отриманій формулі.

2. Число рівнів схеми дорівнює числу інверсій в найбільшому шарі.

3. Якщо розрахунковий час затримки одного елемента τ(ел-та) = 10нс, то загальний час затримки схеми визначається: τсх = N^УР * τ(ел-та).

4. Ціна по Квайну - визначається сумарним числом входів всіх елементів схеми. Обчислюється шляхом множення, число входів біля одного елемента на загальну кількість елементов.