ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»
Кафедра электропривода, автоматики и управления в технических системах
Функциональные узлы вычислительной техники методические указания
к выполнению лабораторных работ № 4-6
по дисциплине «Вычислительная техника»
для студентов направления 221000.62 «Мехатроника и робототехника»
(профиль «Промышленная и специальная робототехника»)
очной формы обучения
Воронеж 2014
Составитель канд. техн. наук М.И. Герасимов
УДК 681.3-181.48:621.865.8
Функциональные узлы вычислительной техники: методические указания к выполнению лабораторных работ № 4-6 по дисциплине "Вычислительная техника" для студентов направления 221000.62 «Мехатроника и робототехника» (профиль «Промышленная и специальная робототехника») очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. М.И. Герасимов. Воронеж, 2014. 39 с.
Методические указания содержат теоретические сведения об устройстве и принципах работы исследуемых комбинационных и последовательностных узлов ВТ, предварительное и рабочее задания, определяющие порядок исследования, контрольные вопросы.
Предназначены для студентов 3 курса очной формы обучения.
Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2003 и содержатся в файле МУ_лаб_ВТ 4-6.doc.
Ил. 17. Библиогр.: 10 назв.
Рецензент канд. техн. наук, доц. В.А. Медведев
Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.Л. Бурковский
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
©
Состав и задачи цикла работ
Программа дисциплины "Вычислительная техника" предусматривает проведение для студентов очной формы обучения семи лабораторных работ (36 часов).
Наименование лабораторной работы |
Кол-во часов |
1. Изучение лабораторного стенда, овладение навыками коммутации схем на стенде |
4 |
2. Синтез комбинационного автомата |
4 |
3. Синтез и исследование двоичных шифраторов |
8 |
4. Исследование коммутаторов информационных потоков |
4 |
5. Исследование триггеров |
4 |
6. Исследование счетчика / делителя |
4 |
7. Синтез и исследование кольцевых коммутаторов |
8 |
ВСЕГО |
36 |
Содержание цикла лабораторных работ – изучение свойств основных функциональных узлов ВТ, выполненных на цифровых микросхемах. В результате студент должен научиться читать принципиальные схемы узлов ВТ, а также синтезировать эти узлы, приобрести начальные навыки их экспериментального исследования.
Проведение каждой лабораторной работы включает этапы подготовки, выполнения работы, оформления и защиты отчета. Каждая лабораторная работа требует ориентировочно 2 часа на подготовку к выполнению и 2 часа на оформление отчета и подготовку к его защите. Это время предусмотрено в учебном плане как самостоятельная работа.
Общие положения по организации лабораторных работ, общие положения по их подготовке и проведению, требования к оформлению отчета по работе, инструкция по технике безопасности, устройству лабораторного стенда, материалы для лабораторных работ 1-3 помещены в /1/. Данные Методические указания содержат материалы для лабораторных работ 4-7.
Лабораторная работа № 4 ИССЛЕДОВАНИЕ КОММУТАТОРОВ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1.1. Изучить принципы функционирования мультиплексоров и демультиплексоров.
1.2. На примере схемы полного трехразрядного коммутатора получить практические навыки разработки функциональных узлов вычислительной техники.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
2.1. Определение коммутаторов информационных потоков
Определим одноканальные коммутаторы сообщений как комбинационные устройства, имеющие x информационных входов, y выходов, m адресных входов для выбора источника входной информации и n адресных входов для выбора одного из выходов и выполняющие передачу информации с одного выбранного двоичным адресным кодом входа на единственный выбранный выход. Графическое обозначение такого коммутатора будет иметь вид, приведенный на рис. 4.1.
Рис. 4.1
В общем случае коммутаторы сообщений могут иметь также входы Е разрешения ввода, входы ОЕ разрешения вывода информации и входы/выходы других специальных сигналов. Коммутаторы сообщений могут быть многоканальными, в этом случае все группы входов или выходов управляются общими сигналами адреса и общими или раздельными сигналами Е, ОЕ. Количество адресных входов (разрядность коммутатора m, n) в зависимости от количества информационных входов/выходов определяется соотношениями
m = int (log2x), n = int (log2y),
где int означает округление в бóльшую сторону до целого числа.
Коммутаторы с m =log2x, n = log2y называют полными, а с m < log2 x, n < log2y – неполными.
Разновидность коммутаторов сообщений, которые имеют несколько информационных входов и один выход (многоканальные – несколько выходов) и которые обеспечивают передачу информации на выход со входа, выбранного адресным кодом, называют мультиплексорами, а также мультиплексорами-селекторами (или просто коммутаторами). Соответственно функциональное обозначение на УГО имеет вид MUX, MX или MS. Если обозначить информационный поток на входе 0 как I0, на входе 1 как I1, и т.д., а сигнал на выходе как Q, то, например, таблица функционирования мультиплексора 8-1 будет иметь вид
Н
А2
А1 А0 Q
0
0 0 I0
0
0 1 I1
0 1 0 I2
0 1 1 I3
1 0 0 I4
1 0 1 I5
1 1 0 I6
1 1 1 I7
Разновидность коммутаторов сообщений, которые имеют один информационный вход (многоканальные – несколько входов) и несколько выходов и которые обеспечивают передачу информации с входа на выход, выбранный адресным кодом, называют демультиплексорами. Их функциональное обозначение на УГО – DMX. Если обозначить информационный поток на входе как I, а сигналы на выходах как Q0...Q7, то таблица функционирования демультиплексора 1-8 будет иметь вид
А2 А1 А0 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7
0 0 0 I 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 I 0 0 0 0 0 0
0 1 0 0 0 I 0 0 0 0 0
0 1 1 0 0 0 I 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 I 0 0 0
1 0 1 0 0 0 0 0 I 0 0
1 1 0 0 0 0 0 0 0 I 0
1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 I
Неполные демультиплексоры используются, например, для получения сигналов, соответствующих десятичной цифре (n=10) или для опознавания адреса устройства (минимальное значение n=1).