3к5с Архитектура информационных систем / МУ ПР 1
.pdfПрактическая работа по дисциплине «Архитектура ЭВМ» Работа и особенности логических элементов ЭВМ
Цель работы: Освоить работу логических элементов, а так же их комбинаций.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
1. Логические элементы
Логическим элементом называется электрическая схема, выполняющая какую-
либо логическую операцию (операции) над входными данными, заданными в виде уровней напряжения, и возвращающая результат операции в виде выходного уровня напряжения. Так как операнды логических операций задаются в двоичной системе счисления, то логический элемент воспринимает входные данные в виде высокого и низкого уровней напряжения на своих входах. Соответственно, высокий уровень напряжения (напряжение логической 1) символизирует истинное значение операнда,
а низкий (напряжение логического 0) - ложное.
Значения высокого и низкого уровней напряжения определяются электрическими параметрами схемы логического элемента и одинаковы как для входных, так и для выходных сигналов. Обычно, логические элементы собираются как отдельная интегральная микросхема. К числу логических операций,
выполняемых логическими элементами относятся конъюнкция (логическое умножение, И), дизъюнкция (логическое сложение, ИЛИ), отрицание (НЕ) и
сложение по модулю 2 (исключающее ИЛИ). Рассмотрим основные типы логических элементов.
1.1 Элемент «И»
Логический элемент «И» выполняет операцию логического умножения
(конъюнкция) над своими входными данными и имеет от 2 до 8 входов и один выход (как правило, выпускаются элементы с двумя, тремя, четырьмя и восемью входами). На рисунке 1 изображены условные графические обозначения (УГО)
логических элементов «И» с двумя, тремя и четырьмя входами соответственно.
Элементы «И» обозначаются как «NИ», где «N» - количество входов логического элемента (например, 2И, 3И, 8И и т.д.).
Рисунок 1 — Логический элемент «И»
Таблица истинности для логического элемента «И» выглядит следующим образом:
Таблица 1 — Таблица истинности для логического элемента «И»
A |
B |
A B |
|
|
|
0 |
0 |
0 |
|
|
|
1 |
0 |
0 |
|
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
|
1.2 Элемент «ИЛИ»
Логический элемент ИЛИ выполняет операцию логического сложения
(дизъюнкция) над своими входными данными и, также как и логический элемент
«И», имеет от 2 до 8 входов и один выход. На рисунке 2 изображены УГО логических элементов «ИЛИ» с двумя, тремя и четырьмя входами соответственно.
Элементы «ИЛИ» обозначаются также, как и элементы «И» (2ИЛИ, 4ИЛИ и т.д.).
Рисунок 2 — Логический элемент «ИЛИ»
Таблица 2 — Таблица истинности для логического элемента «ИЛИ»
A |
B |
A B |
|
|
|
0 |
0 |
0 |
|
|
|
1 |
0 |
1 |
|
|
|
0 |
1 |
1 |
|
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
|
1.3 Элемент «НЕ» (инвертор)
Логический элемент «НЕ» выполняет операцию логического отрицания над своими входными данными и имеет один вход и один выход. Иногда его называют инвертор, так как он инвертирует входной сигнал. На рисунке 3 изображено УГО элемента «НЕ».
Рисунок 3 — Логический элемент «НЕ»
Таблица 3 — Таблица истинности для логического элемента «НЕ»
А |
А |
|
|
0 |
1 |
|
|
1 |
0 |
|
|
1.4 Элемент «И-НЕ»
Логический элемент «И-НЕ» выполняет операцию логического умножения над своими входными данными, а затем инвертирует (отрицает) полученный результат и выдаѐт его на выход. Таким образом, можно сказать, что логический элемент «И-НЕ» - это элемент «И» с инвертором на выходе. УГО элемента «3И-НЕ» приведено на рисунке 4.
Рисунок 4 — Логический элемент «3И-НЕ»
Таблица 4 — Таблица истинности для логического элемента «И-НЕ»
A |
B |
A/B |
|
|
|
0 |
0 |
1 |
|
|
|
1 |
0 |
1 |
|
|
|
0 |
1 |
1 |
|
|
|
1 |
1 |
0 |
|
|
|
1.5 Элемент «ИЛИ-НЕ»
Логический элемент «ИЛИ-НЕ» выполняет операцию логического сложения над своими входными данными, а затем инвертирует (отрицает) полученный результат и выдаѐт его на выход. Таким образом, можно сказать, что логический элемент «ИЛИ-НЕ» - это элемент «ИЛИ» с инвертором на выходе. УГО элемента
«3ИЛИ-НЕ» приведено на рисунке 5.
Рисунок 5 — Логический элемент «3ИЛИ-НЕ»
Таблица 5 — Таблица истинности для логического элемента «ИЛИ-НЕ»
A |
B |
A↓B |
|
|
|
0 |
0 |
1 |
|
|
|
1 |
0 |
0 |
|
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
|
1 |
1 |
0 |
|
|
|
1.6 Элемент «сложения по модулю 2»
Этот логический элемент выполняет логическую операцию сложения по модулю 2 и, как правило, имеет 2 входа и один выход. Такой элемент, в основном,
используется в схемах аппаратного контроля. УГО элемента приведено на рисунке
6.
Рисунок 6 — Логический элемент «сложения по модулю 2»
Таблица 6 — Таблица истинности для логического элемента «сложения по
модулю 2»
A |
B |
A B |
|
|
|
0 |
0 |
0 |
|
|
|
1 |
0 |
1 |
|
|
|
0 |
1 |
1 |
|
|
|
1 |
1 |
0 |
|
|
|
2.Комбинационные логические элементы
Существуют и более сложные логические элементы, выполняющие несколько логических операций над своими входными данными. Например, элемент 2И-ИЛИ,
УГО и схема которого приведено на рисунке 7, сначала выполняет операцию логического умножения над парами операндов x1, x2 и x3, x4, а затем выполняет операцию логического сложения над полученными результатами, т.е. y = x1x2 + x3x4. Можно придумать и более сложные комбинационные логические элементы,
например 3-2И-ИЛИ-НЕ (рисунок 8).
Рисунок 7 — Логические элементы «2И-ИЛИ»
Рисунок 8 — Логические элементы «3-2И-ИЛИ-НЕ»
ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ
В данной лабораторной работе Вам необходимо рассчитать значения выходных сигналов, после прохождения их через комбинацию логических элементов.
Рассмотрим пример.
С
Рисунок 9 — Логическая схема
Набор входных данных, для примера, выглядит следующим образом:
A B
1 |
1 |
|
|
0 |
1 |
|
|
Поочерѐдно, подставив входные данные A и B, рассчитаем значение переменной C на выходе логической схемы.
После прохождения сигнала через логическую схему значение переменной С на выходе будет равно:
-Для первого набора данных: 1
-Для второго набора данных: 0
Задание №1.
Рассчитайте значения выходных сигналов по схеме, представленной на рисунке 10, в соответствии с индивидуальным заданием. Варианты индивидуальных заданий представлены в таблице 8.
A
С
B
Рисунок 10 — Логическая схема для задания №1
Таблица 8 — Индивидуальные варианты для задания №1.
№ варианта |
A |
B |
|
|
|
1 |
0 |
0 |
|
|
|
2 |
0 |
1 |
|
|
|
3 |
1 |
0 |
|
|
|
4 |
1 |
1 |
|
|
|
Задание №2.
Рассчитайте значения выходных сигналов по схеме, представленной на рисунке 11, в соответствии с индивидуальным заданием. Варианты индивидуальных заданий представлены в таблице 9.
Рисунок 11 — Логическая схема для задания №2
№ варианта |
A |
B |
C |
D |
|
|
|
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
2 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
3 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
4 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
5 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
6 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
7 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
8 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
9 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
10 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
11 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
12 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
13 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
14 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
15 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
16 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА
При выполнении лабораторной работы необходимо соблюдать общие правила техники безопасности:
использовать ПК только в соответствии с их назначением;
не размещать на корпусе ПК посторонние предметы (тетради, книги,
карандаши и т.п.);
оберегать ПК от толчков, ударов, сотрясений;
немедленно поставить в известность оператора ИВЦ об обнаружении задымления, загорания, пожара;
немедленно сообщить оператору ИВЦ обо всех неисправностях в работе
ПК.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчѐт по лабораторной работе на листах формата А4, который должен
содержать: цель работы, выполненные задания по лабораторной работе и вывод.