Практическое занятие №9. Тема: Моделирование работы узлов компьютера с помощью Excel.

Цели занятия: обобщение, систематизация, углубление, закрепление полученных знаний по теме Моделирование работы узлов компьютера с помощью Excel

Основные умения и навыки, которыми должны овладеть студенты в процессе изучения этой темы:

• Уметь проводить построения логических элементов в Excel.

Задания для практического занятия и инструктаж по их выполнению

Понятие о синтезе логических схем

Логические устройства ЭВМ выполняют необходимые преобразования поступа­ющей на вход цифровой информации. При синтезе таких устройств большое при­менение находит математический аппарат алгебры логики. -

Обычно процесс синтеза логических устройств состоит из следующих основ­ных этапов:

1. На основании анализа функций, которые должны выполняться данным уст­ройством, формируются логические условия его функционирования в виде соот­ветствующей таблицы истинности.

2. По построенной таблице истинности записывается аналитическое выраже­ние логической функции в виде СДНФ или в СКНФ.

3. Производится минимизация логической функции.

4. По упрощенной логической формуле строится функциональная схема уст­ройства, причем предпочтение отдается минимальному числу и однородности ло­гических элементов.

Среди логических узлов ЭВМ широкое распространение получили комбина­ционные автоматы (схемы). Такой автомат в общем случае представляются в виде многополюсника, имеющего n входов и m выходов. Поступающая на вход автомата информация задается набором сигналов М (m1…..m), образующим входное слово. При этом в любой дискретный момент време­ни совокупность выходных сигналов — выходное слово К (k1 ... k) — полностью определяется входным словом М, поступившим в тот же момент времени. При изменении набора входных сигналов М меняется набор выходных сигналов К. Та­ким образом, выходные сигналы комбинационного автомата полностью определя­ются входными сигналами и не зависят от внутреннего состояния автомата. Эти автоматы не имеют памяти. Именно о синтезе таких комбинационных автоматов (схем) и пойдет речь далее.

Построение компьютера ведется по следующей цепочке:

элементы => узлы => устройства.

Элементы по своему назначению делятся на следующие группы:

• логические;

• запоминающие;

• вспомогательные.

Нас интересуют логические элементы — на их основе строятся комбинацион­ные схемы. К числу основных логических элементов, применяемых в ЭВМ относится полный набор (т. е. такой набор элементов, с помощью которого может быть реализована любая сложная логическая функ­ция), относятся логические элементы И (конъюнктор), ИЛИ (дизъюнктор), НЕ (инвертор). Хотя в ряде случаев некоторые логические выражения могут быть про­ще реализованы с помощью более сложных логических элементов, таких, как И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ, ограничимся использованием первой группы элементов.

Узел — это совокупность функционально связанных между собой элементов. Узлы компьютера по своему функциональному назначению делятся на следующие группы:

регистры;

дешифраторы;

шифраторы;

схемы сравнения кодов;

электронные счетчики;

сумматоры.

Спроектируем некоторые из узлов. Вся работа от построения таблиц истинно­сти соответствующего узла до вычерчивания его схемы будет представлена непо­средственно в Excel. Все соответствующие этапы синтеза будут иметь на рабочих листах соответствующую нумерацию (см. выше). Для того чтобы не загромождать рабочий лист, в большинстве случаев не приводится минимизация функций, вве­дены сразу упрощенные логические выражения.

Excel имеет в своем арсенале логические функции, представленные в окне Мастера функций, показанном на рис. 1.

Рис. 1

В качестве аргументов логические функции И, ИЛИ, НЕ одинаково трактуют значения «О» и «ЛОЖЬ», 1 и «ИСТИНА», а в качестве результата выдают только значения «ЛОЖЬ» или «ИСТИНА». Поэтому для перехода от значений «ЛОЖЬ» и «ИСТИНА» к привычным 0 и 1 используется функция ЕСЛИ.