165

Дисциплина: Компьютерное моделирование и реализация цифровых схем

(КМ и РЦС)

Цели и задачи дисциплины

Целями и задачами преподавания дисциплины являются:

• изучение методов анализа и синтеза комбинационных и

последовательностных цифровых устройств с использованием математического аппарата алгебры Буля (дискретной алгебры).

- изучение методов проектирования цифровых устройств (ЦУ) на базе ПЛИС;

- изучение принципов построения и функционирования

микропроцессорных систем (МПС);

- разработка цифровых устройств и микропроцессорных систем с использованием современных средств компьютерного моделирования.

Лекция 1 Введение в дисциплину

Введение.

Цифровая схемотехника нового поколения активно используется в различных научных и технических направлениях и широко внедряется в системы радио, радиовещание и телевидение.

Наступил перевод современного электронного оборудования на цифровые "рельсы". Широкое применение цифровой техники резко увеличил спрос на специалистов соответствующего спроса.

Цифровое устройство (ЦУ) - это физическое устройство, в котором изменения напряжения, силы тока, частоты и др. параметров представлены импульсными (дискретными) сигналами, которые отображаются человеком в виде чисел двоичной системы счисления:1 или 0.

В зависимости от наличия или отсутствия памяти цифровые устройства разделяются на 2 класса:

1. Комбинационные ЦУ (КЦУ)

2. Конечные автоматы (последовательностные ЦУ)

Часть I. Комбинационные и последовательностные цифровые устройства

Литература

Основная

1. Амосов В.В. Схемотехника и средства проектирования цифровых устройств. – СПб: БХВ-Петербург, 2007г.

2. Тимченко В.И. Исследование цифровых устройств на компьютерной модели EWB 5.12; 2007г. Методические указания для проведения лабораторных работ.

Дополнительная

1. Микушин А., Сажнев А., Сединин В. Цифровые устройства и микропроцессоры. — СПб.: БХВ-Петербург, 2010 г. — 832 с. 

2. Цифровая и вычислительная техника под редакцией Э.В. Евреинова.

1991г.

3.Дэвид М. Харрис, Сара Л. Харрис. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера(второе издание), Morgan Kaufman© English Edition 2013г.-1622с.

Можно скачать руководство и дополнительные материалы к этому учебному пособию по ссылке:

http://textbooks.elsevier.com/web/product_details.aspx?isbn=9780123944245&Search=9780123944245&SearchCr iteria=Keyword

Чтобы узнать больше об Университетской программе Imagination Technologies, посетите

сайт: www.imgtec.com/university

Раздел 1 Комбинационные цифровые устройства

Лекция 1:Основные логические функции ЦУ.

Учебные вопросы:

1.Основные термины и определения.

2.Основные элементарные логические функции алгебры логики ИЛИ (OR), И (AND), НЕ (NOT), И-НЕ (AND-NOT), И-ИЛИ-НЕ (AND-OR-NOT).

3.Задание логических функций с элементами структурных формул (сднф, скнф).

1-й учебный вопрос:

КЦУ- это ЦУ, в котором значения цифровых выходных сигналов в данный момент времени (на данном интервале) определяются только комбинацией цифровых входных переменных сигналов также в данный момент времени.

Примечание: Понятие цифрового сигнала рассмотрим позже.

Вход Выход

КЦУ

Y₂

Y₁

X₁

Yi

X_i

КЦУ

Y_M

X_N

Yj= F(X₁,X₂…X_i…X_N)

ПОМНИ!!!

КЦУ не обладает памятью!

Примеры КЦУ:

Элементарные логические функции, мажоритарные ЦУ, сумматор по модулю 2, шифратор, дешифратор, мультиплексор, демультиплексор.

Конечные автоматы (последовательностное цифровое устройство (ПЦУ)) - это ЦУ, в котором значение цифрового выходного сигнала Yj в данный момент времени (на данном интервале) определяется не только совокупностью цифровых входных сигналов Xi в данный момент времени, но и комбинацией цифровых входных сигналов, которые действовали на предыдущем интервале. Следовательно, КА обладает памятью, поскольку имеются обратные связи!!!

Yj= F {(X₁, X₂…X_i…X_N)(Q₁,Q2…Q_K)}

кцу зу

Пример КА:

Триггеры, регистры, счетчики.

Логическая функция (ЛФ)- математическое описание работы ЦУ.

Логический элемент (ЛЭ)- физическая реализация логической функции.

Понятие сигнала. Сигналом будем называть изменение физической величины, например, напряжение, частота. Сигналы являются носителем информации!!! Сигналы бывают аналоговые и дискретные (импульсные).

Аналоговый сигнал – несущая информацию величина (например, напряжение) меняется непрерывно по времени и значению.

Дискретный сигнал – физическая величина (например, напряжение) изменяется дискретно по величине и непрерывно во времени.

U_{пор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .}

Непрерывные и дискретные сигналы можно наблюдать с помощью измерительных приборов (например, на осциллографе)!!!

В цифровой схемотехнике введено понятие цифровой сигнал.

Цифрой сигнал – сигнал, это сигнал, который принимает значение двоичной системы счисления, а именно, U(t)≥U_порог, то цифровой сигнал принимает значение 1. В противном случае, если U(t) U_порог, то цифровой сигнал принимает значение 0.

Примечание: Далее в дисциплине по умолчанию будем рассматривать только цифровые сигналы.

2-ой учебный вопрос.

Основные элементы логических функции алгебры логики (или (or), и (and), не (not), и-не (and-not), и-или-не (and-or-not).

Рассмотрим (вспомним) основные элементарные логические функции алгебры логики в виде сводной таблицы (отдельный файл - Базов_ЛФ Таблица).

3-й учебный вопрос:

Задание логических функций в виде структурных формул

(СДНФ, СКНФ)

Формы описания цифровых устройств (ЦУ)

1.Смысловое описание работы ЦУ (вербальное)

2.Табличное описание (таблица истинности)

3.Математическое описание(структурные формулы)

4. Схемное представление

5. Физическая реализация

Рассмотрим формы описания ЦУ на примере мажоритарного ЦУ: