Методические указания и контрольные задания по дисциплине Аппаратные средства вычислительной техники

План УМД на 2014/2015 уч.г.

Методические указания и контрольные задания

по дисциплине

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Составитель Г.В.Жуков, доцент

Издание утверждено на заседании кафедры. Протокол № 1 от 29.08.2013г.

Рецензент Л.В.Кириллова, к.т.н., доцент

2

1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Основной задачей дисциплины «Аппаратные средства вычислительной техники» (АСВТ) является изучение студентами математических и технических основ вычислительной техники и областей ее применения.

Теоретические и практические основы дисциплины базируются на предшествующих теоретических дисциплинах и практиках: «Устройства дискретной автоматики», «Микропроцессорные системы», «Архитектура вычислительных систем», «Интерфейсы периферийных устройств» и др.

В результате освоения дисциплины «АСВТ» обучаемый может: узнать основы функционирования блоков и устройств АСВТ, вычислив функциональные и принципиальные схемы этих средств с учетом их особенностей и режимов работы, овладеть автоматизированными методами их проектирования, систематизировать свои знания и выполнить контрольную работу.

Для изучения дисциплины рекомендуется использовать источник [1],

содержащий материалы по всем разделам. Другие источники служат для расширения знаний по соответствующим разделам.

2.НАИМЕНОВАНИЕ И СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

1.Логические функции: понятия о логической функции; способы функционирования логических устройств; способы задания логических функций; основные логические операции.

2.Логические элементы: обозначения и их таблицы истинности;

основные параметры; схемная реализация.

3.Синтез комбинационных устройств.

4.Минимизация логических функций; синтез устройств в базисе

«ИЛИ – НЕ» и «И – НЕ».

3

5.Функциональные блоки: триггеры; счетчики; регистры.

6.Функциональные блоки: сумматоры; шифраторы; дешифраторы.

7.Функциональные блоки: преобразование кодов; мультиплексоры,

демультиплексоры; распределители сигналов.

8.Функциональные блоки: делители частоты; блоки на основе ПЛМ.

9.Функциональные устройства: ОЗУ; ПЗУ.

10.Функциональные устройства: процессор; УВВ.

11.Аналоговые устройства.

3.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Кразделам 1-4:

1.Дать определение логических схем комбинационного типа.

2.Рассказать о методах минимизации логических схем.

3.Оценить быстродействие логических элементов.

4.Реализация логических функций на элементах «И - НЕ», «ИЛИ - НЕ».

Кразделу 5:

1.Какие типы триггеров вы знаете?

2.Как связано с быстродействием триггера количество используемых элементов и схема их соединения?

3.В каких функциональных блоках применяется триггер?

4.Режим работы триггера.

5.Работа счетчика в режиме сложения.

6.Работа счетчика в режиме вычитания.

7.Организация переносов и их влияние на быстродействие счетчика.

8.Назначение регистра.

9.Какие поразрядные логические операции можно выполнить на регистрах?

4

10.Как оценить время сдвига сигналов в регистре?

11.В каких режимах работает реверсивный сдвигающий регистр и как происходит управление этим регистром?

Кразделу 6:

1.Назначение и типы сумматоров.

2.Оценить быстродействие сумматора.

3.Оценить объем оборудования сумматора.

4.Как происходит сложение чисел в сумматоре?

5.Назначение шифратора.

6.Связь числа входов шифратора с величиной преобразованных чисел.

7.Назначение дешифратора.

8.Схемы построения дешифраторов.

Кразделу 7:

1.Назначение мультиплексора.

2.Роль стробирующего сигнала в мультиплексоре.

3.Назначение демультиплексора.

4.Как осуществляется любая комбинация соединения входов с выходами в демультиплексоре?

5.Назначение распределителя сигналов.

6.Типы распределителей сигналов.

7.Сравнить схемы распределителей на счетчиках и регистрах.

8.Применение дешифраторов для реализации схем распределителей сигналов.

Кразделу 8:

1.В чем отличие делителей частоты от счетчиков?

2.Как определяется коэффициент деления в каскадном делителе частоты?

5

3.На вычисление каких логических функций может быть настроена

ПЛМ?

4.Где осуществляется программирование ПЛМ?

Кразделу 9:

1.Какие различают имена записывающих устройств?

2.Как организованно ОЗУ?

3.Как делятся ПЗУ по способу занесения информации?

4.Каков принцип работы перепрограммированного ПЗУ?

Кразделу 10:

1.Какие существуют методы обработки информации в процессоре?

2.Каковы два подхода к построению процессора?

3.Какие существуют формы синтезирования процессора?

4.Какие существуют типы УВВ?

Кразделу 11:

1.В чем состоит принцип аналого-цифрового преобразования информации?

2.В чем состоит принцип цифро-аналогового преобразования информации?

4. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Цель работы – изучение методов разработки комбинационных устройств

(конечных автоматов без памяти) АСВТ.

4.1. Теоретические сведения

Функция F(A1,A2,…,An) называется логической, если она, так же как и еѐ аргументы, может принимать только два значения: 0 и 1. Совокупность значений аргументов, определяющих данное значение функции, называется набором. С

наборами можно производить логические операции:

6

Стрелка Пирса (логическое «ИЛИ – НЕ») Х1↑Х2:

Х1 0011

Х2 0101

F1000

Штрих Шеффера (логическое «И – НЕ»), отрицание конъюнкции

выражений, в виде таблиц истинности и обозначены с помощью логических элементов:

7

С помощью логических функций и логических элементов может быть разрабо-

тана логическая схема любого функционального блока (или устройства) АСВТ.

Свойства логических операций, выражение одних функций через другие, а

также полные системы функций достаточно подробно изложены в [1].

При синтезе комбинационных устройств АСВТ используются канонические формы представления логических функций: совершенная дизъюнктивная нормальная форма (СДНФ) и совершенная конъюнктивная нормальная форма

(СКНФ).

По этим формам может быть построена структурная схема логического устройства, но такая схема чаще всего получается сложной, с большим числом логических элементов, с низкой экономичностью и надежностью [1].

Для еѐ упрощения применяются различные методы минимизации функций.

4.2. Разработка комбинационных устройств

Комбинационным устройством (конечным автоматом без памяти)

называется логическое (операционное) устройство, выходные сигналы которого в каждый момент времени определяются только заключениями входных сигналов. Оно описывается логическими функциями, не зависящими от времени,

и реализуется на логических элементах без использования обратных связей.

9

Логическое устройство на элементах ИЛИ – НЕ может быть построено при следующей последовательности действий: заданная функция минимизируется с получением минимальной конъюнктивной нормальной формы (МКНФ);

производится запись полученного логического выражения через операции ИЛИ – НЕ.

Рассмотрим последовательность синтеза на примере построения логического устройства, реализующего функцию, приведенную в табл. 1.

Таблица 1

Для минимизации функции воспользуемся методом Вейча. В табл. 2

приведена карта Вейча для рассматриваемой функции.

Таблица 2

Минимальная КНФ функции:

f (x1, х2, х3, х4) = (х1 v х3) (х2 ˅v х3 v х4) ( х1 v х2 v х3 )

10