ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СПО

«БЕЛГОРОДСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

	Рассмотрено:
	на заседании ЦК
	протокол №________ от ________
	председатель ЦК ______________

Конспект лекций

по дисциплине

«Вычислительная техника»

для специальностей 2004, 2006

(часть 1)

	Разработал: преподаватель Феоктистова В.Н..

2007

1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ И ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ 3

1.1. Основные сведения об электронно-вычислительной технике 3

1.1.1. Классификация ЭВМ 3

1.1.2. Основные характеристики ЭВМ 4

1.2. Виды информации и способы представления ее в ЭВМ 6

1.2.1. Сигналы импульсных и цифровых устройств 6

1.2.2. Системы счисления 10

1.2.3. Правила двоичной арифметики 12

1.2.4. Основные логические операции 14

1.2.5. Законы алгебры логики 19

1.2.6. Основной базис алгебры логики 21

1.2.7. Нормальные и совершенные нормальные формы логических функций 23

1.2.8. Минимизация логических функций методом Квайна 24

1.2.9. Синтез логических устройств в базисах «ИЛИ-НЕ», «И-НЕ» 26

1.2.10. Минимизация логических функций методом карт Вейча 31

1.3. Логические элементы ЭВТ 33

1.3.1. Классификация и система обозначений цифровых микросхем 33

1.3.2. Условные графические обозначения цифровых микросхем 36

1.3.3. Параметры логических элементов 42

1.3.4. Базовые логические элементы 44

2. Типовые узлы и элементы вычислительной техники 51

2.1. Типовые комбинационные цифровые устройства 51

2.1.1. Шифратор (кодер) 51

2.1.2. Дешифратор (декодер) 53

2.1.3. Мультиплексор 55

2.1.4. Демультиплексор 56

2.1.5. Сумматор 58

2.2. Последовательностные цифровые устройства 64

2.2.1. Интегральные триггеры 64

2.2.2. Регистры 73

2.2.3. Счетчики 81

2.2.4. Полупроводниковые запоминающие устройства 94

2.2.5. Аналого-цифровое преобразование информации 102

1. Математические и логические основы вычислительной техники

1.1. Основные сведения об электронно-вычислительной технике

Любая научная, производственная, культурная, хозяйственная и иная деятельность общества связана с обработкой информации. В настоящее время объём информационного потока так велик, что его обработку невозможно выполнить без использования средств вычислительной техники.

1.1.1. Классификация эвм

ЭВМ можно классифицировать по многим признакам.

1. По режиму работы: однопрограммные, мультипрограммные – однопрограммные ЭВМ переходят к выполнению следующей программы только после окончания предыдущей, мультипрограммные ЭВМ предоставляют свои ресурсы тем программам, которые их могут использовать в данный момент;

2. По режимам обслуживания: ЭВМ индивидуального пользования, ЭВМ с пакетной обработкой и ЭВМ коллективного пользования. ЭВМ с пакетным режимом обработки выполняет программы, записанные ранее во внешней памяти, и пользователи не имеют непосредственного доступа к ЭВМ, т.е. программы не могут выполняться в режиме диалога. ЭВМ коллективного пользования предоставляют аппаратурные и программные ресурсы одновременно нескольким пользователям. При этом каждому пользователю выделяется терминал, с помощью которого он связывается с ЭВМ, следит за выполнением своих программ.

3. По структурному составу ЭВМ бывают однопроцессорными, многопроцессорными (работают с общим полем оперативной памяти), многомашинными (обладают повышенной надежностью и имеют избыточные резервные устройства);

4. По способу размещения: сосредоточенные, с телеобработкой (некоторые источники и потребители информации, в том числе и терминалы, могут располагать на удалении от вычислительного ядра, для связи с удаленными терминалами используются каналы связи) и вычислительные сети, которые представляют собой территориально разнесенные многомашинные системы, объединенные каналами связи;

5. По способу функционирования: ЭВМ работающие в реальном масштабе времени (используются в системах управления объектом или технологическими процессами) и работающие независимо от текущего времени;

6. По назначению: управляющие, специализированные ЭВМ и ЭВМ общего пользования. Управляющие ЭВМ входят в состав специализированных систем управления - самолетных, корабельных, ракетно – космических. Специализированные ЭВМ имеют определенную проблемную ориентацию, что определяет их конфигурацию, состав аппаратных средств, набор программ операционных систем и пакетов прикладных программ.

ЭВМ общего пользования – их математическое обеспечение должно быть приспособлено для решения задач любого типа.

1.1.2.Основные характеристики эвм

Основными характеристиками ЭВМ являются производительность и надежность.

Производительности Ps определяют по формуле (1).

(1)

где m-число типов операции,

ts-время выполнения операций типа S,

Ks-принятый весовой коэффициент появления в программе операций типа S.

Для "грубой" оценки производительности ЭВМ можно, например считать, что программы состоят на 70% из коротких операций с временем выполнения tк.оп=100 нс и на 30% из длинных операций с временем выполнения tдл.оп=500 нс, тогда в результате подстановки

Ps=(0,7+0,3)/(0,7∙100+0,3∙500)∙10^-9=4,5 млн.оп/с

Надежность работы ЭВМ определяется двумя основными факторами: средней частотой нарушения работы ЭВМ из-за её отказов и сбоев и средним временем восстановления работоспособности.

Наряду с обобщенными характеристиками существуют и частные:

- тактовая частота;

- форматы машинных слов;

- информационная емкость всех видов памяти;

- скорость выполнения отдельных наиболее распространенных команд;

- число типов каналов обмена;

- максимальная скорость обмена информации между периферийными устройствами ЭВМ и по каждому типу каналов обмена;

- характеристики интерфейсных шин ввода/вывода;

- возможные режимы работы ЭВМ;

- состав пакета прикладных программ;

- состав программ технического обслуживания;

- перечень программ трансляторов с языков программирования;

- максимальная потребляемая мощность.

Все ЭВМ содержат 3 основных функциональных устройства: процессорное устройство, внешнюю память большого объёма, канал обмена с внешней памятью и устройствами ввода/вывода.

Процессор включает - АЛУ, оперативную память (ОЗУ), управляющее устройство для управления взаимодействия составных частей ЭВМ. Любые дискретные слова, над которыми выполняются операции, называются операндами. Программа, определяющая последовательность выполнения операций, состоит из командных слов. В каждой команде записывается адрес источников операндов и приемника результата, код выполняемой операции и ряд дополнительных кодовых управляющих сообщений. Устройство управления вычислительного процесса, определяет состояние вычислительного процесса, по мере необходимости модифицирует команды и вырабатывает необходимые для реализации алгоритма управляющие сигналы или коды.