Кіріспе

Цифрлық жүйелердің негіздері жөніндегі оқушылардың білімін жеткілікті деңгейде қалыптастыру үшін, олардың сәйкесті теориялық материалды оқуымен қатар, цифрлық құрылғылардың қызмет мүмкіндіктері мен олардың сұлбаларын құру принциптері жөніндегі қабылдаған білімдерін іс жүзінде қолдануға бағытталған өздік жұмысы қажет болады.

Ол үшін, сәйкесті техникалық құралдармен және өлшеу-тексеру аспаптарымен жабдықталған зертхана болуы міндетті емес, оған электротехникалық жүйелерді моделдеуге арналған заманауи бағдарламалық құралдардың мүмкіндіктерін пайдалану жеткілікті.

Бұндай құралдардың мысалы ретінде, әртүрлі электрондық құрылғылардың құрылымын моделдеп, олардың жұмыс сипатын талдауға кең мүмкіндік беретін, Electronics Workbench бағдарламалық ортасын келтіруге болады. Оқу құралының мазмұны тап осы айтылған моделдеу жұмысына бағытталған. Онда әртүрлі құрылғылардың сұлбалық құрылым принциптерін игеруге және олардың жұмыс сипатын бақылауға мүмкіндік беретін сәйкесті виртуалды тәжірибелер ұйымдастыруға арналған сан алуан моделдеу сұлбалары келтірілген.

Оқу құралының бірінші тарауында цифрлық құрылғылардың құрылым негізін қалаушы әртүрлі қиыстырма және тізбектеме құрылғылардың құрылым принциптері мен жұмыс тәртібі суреттеледі және осы құрылғылардың қызмет мүмкіндіктерін көрсетуге арналған сәйкесті моделдер келтірілген.

Оқу құралының екінші тарауы күрделілігі жағынан орта деңгейдегі әртүрлі цифрлық құрылғыларды, нақты айтқанда, қосуыштардың, деректер тексеру сұлбаларының және деректер таратылуын ұйымдастыру әдістерінің әртүрлі жүзеге асырылу жолдарын моделдеуге арналған.

Оқу құралының үшінші тарауында автор құрастырған, ерекше құрылымды және командалар жүйесі өзгертілмелі, 4-разрядты деректермен (тетрадалармен) жұмыс атқаруға бағытталған микропроцессорлық жүйенің сұлба моделінің құрылымы мен оның жұмыс принциптері суреттелген.

Ұсынылған оқу құралы автордың көпжылдық педагогикалық қызметінің негізінде құрастырылған және ол 5В070400 – Есептеу техникасы және бағдарламалық қамтамасыз ету мамандығында оқитын студенттерге арналған.

1 Цифрлық құрылғылардың құрылым негіздері

Цифрлық жүйелердің құрылымын анықтаушы құрылғылар істеу тәртібіне қарай, қиыстырма құрылғылар және тізбектеме құрылғылар деп аталатын, екі түрге бөлінеді.

Қиыстырма құрылғылардың кезекті жағдайлары, яғни олардың нақтылы мезеттегі шығыс сигналдарының деңгейлері, олардың кезекті кіріс сигналдарымен ғана, яғни осы құрылғының кіріс шықпаларындағы қарастырылушы мезеттегі сигнал деңгейлерімен анықталады.

Тізбектеме құрылғылардың кезекті жағдайлары, яғни олардың нақтылы мезеттегі шығыс сигналдарының деңгейлері, олардың кезекті кіріс сигналдарымен қатар, бұдан бұрынғы жағдайларының тізбектемесіне де байланысты анықталады. Сондықтан бұндай құрылғылар көбіне жадылы құрылғылар деп аталады.

1.1 Логикалық элементтер

Цифрлық құрылғылардың (қиыстырма құрылғылардың да, тізбектеме құрылғылардың да) құрылым элементтері ретінде логикалық элементтер пайдаланылады. Қарапайым логикалық функцияларды жүзегеа сыруға арналған негізгі логикалық элементтерді қарастыралық.

1.1 суретте NOT элементінің жұмыс принципін зерттеуге арналған қарапайым сұлба келтірілген. Бұл сұлбада [Space] түймесіне бекітілген ауыстырғыш арқылы кіріс сигналының деңгейін өзгертіп, шығыс сигналының оған сәйкесті деңгейін бақылауға болады. Бұндай тәжірибелерді бұдан былай статикалық режимдегі тәжірибелер деп атаймыз.

1.1 Сурет

Жүргізілген зерттеменің Description терезесінде кесте түрінде келтірілген нәтижелері зерттелуші элементтің кіріс сигналын терістеу (инверсиялау) қызметін орындайтындығын көрсетеді. Осыған байланысты, бұл элемент көбіне ЕМЕС элементі немесе инвертор деп аталады.

Элемент кірісіне тікбұрышты импульстер тізбесін беріп, кіріс және шығыс сигналдарының түрін сигналдар талдауышпен салыстырмалы бақылау арқылы алдыңғы зерттемеге қарағанда көрнекілеу зерттеме жүргізуге болады (1.2 сурет). Бұндай тәжірибелерді бұдан былай динамикалық режимдегі тәжірибелер деп атаймыз.

1.2 Сурет

AND және NAND элементтерінің жұмыс принциптерін статикалық режимдегі тәжірибе түрінде зерттеу сұлбасы 1.3 суретте келтірілген. Бұнда кіріс сигналдарының деңгейлерін сәйкесті аталған ауыстырғыштар арқылы өзгертуге болады. Жүргізілген зерттеменің Description терезесінде келтірілген нәтижелері AND элементінің кіріс сигналдарын логикалық көбейту (конъюнкциялау) қызметін орындайтындығын (осыған байланысты, бұл элемент көбіне ЖӘНЕ элементі немесе конъюнктор деп аталады), ал NAND элементінің ЖӘНЕ функциясының терістемесі түріндегі Шеффер функциясын (ЖӘНЕ-ЕМЕС) жүзеге асыратындығын көрсетеді.

1.3 Сурет

Динамикалық режимдегі тәжірибе нәтижелері AND элементінің нақтылы сигналдың құрылғының әртүрлі буындарының арасында өткізілуін басқарушы кілт ретінде пайдаланылу мүмкіндігін көрсетеді. Жүргізілген тәжірибенің талдауыш экранында көрсетілген нәтижелерінен (1.4 сурет) AND элементінің жоғарғы кірісіндегі сигналдың нөлдік деңгейінде оның шығысындағы сигнал, элементтің екінші кірісіндегі сигналға тәуелсіз, нөлдік деңгейде болатындығы, ал элементтің жоғарғы кірісіне бірлік деңгей берілгенде оның екінші кірісіндегі сигналдың элемент арқылы өзгеріссіз өтетіндегі көрінеді. Демек, AND элементінің жоғарғы кірісіндегі сигнал (оны басқару сигналы деп атауға болады) оның төменгі кірісіндегі сигналдың (оны ақпараттық сигнал деп атауға болады) элемент шығысына қосылатын буындарға өткізілуін басқарады.