Архитектура компьютера

Лабораторная работа №1 изучение лабораторного оборудования

Лабораторный практикум по основам микроэлектроники и архитектуры ЭВМ выполняют на специально оборудованном рабочем месте, содержащем:

• универсальный лабораторный (рабочий) стенд (УЛС) (рис. 1, 2) с набором блоков (панелей);

• комплект измерительных приборов: электронный осциллограф CI-93 (или СΙ-83) (рис. 7), цифровой комбинированный прибор Щ4300 (авометр) (рис. 6), логический зонд (ЛЗ);

• стабилизированные источники питания (ИПС), называемые условно ЕС-0905 (рис. 4) и ЛИПС-ΙΙΙ-1,5 (рис. 5);

• блок клавиш (клавиатура);

• набор панелек (плат) с интегральными микросхемами (как правило, с двумя ИМС);

• набор дискретных (аналоговых) элементов, необходимых для выполнения определенных работ;

• набор соединительных проводников со специальными наконечниками.

Универсальный лабораторный стенд (улс)

УЛС состоит из держателя 1 (рис. 1) – деревянной рамки со стойками, на котором установлены следующие блоки: блок коммутационный 2 (БК), вспомогательный 3 (БВ), блок индикации 4 (БИ). Кроме этих блоков, применяемых при выполнении большинства работ лабораторного практикума, на держателе могут быть установлены и другие (сменные) блоки: базовый логический элемент 2И-НЕ на дискретных элементах (сокращенно, блок 2И-НЕ); репрограммируемое постоянное запоминающее устройство (РПЗУ); простое автоматическое программируемое вычислительное устройство (ПВУ или ПАПВУ) и другие, а также подключен блок клавиш – клавиатура.

1. Блок коммутационный (бк)

БК (рис. 2) предназначен для сборки изучаемого устройства путем соединения между собой соединительными проводниками всех элементов, из которых его строят.

В состав БК входят три коммутационных поля КП-I, КП-ΙΙ, КП-ΙΙΙ, каждое из которых состоит из :

• трех параллельно соединенных розеточных (Р) частей разъемов, содержащих по 35 гнезд, в которые при сборке устройств вставляют штекеры (Ш) – наконечники соединительных проводников;

• трех розеточных частей разъемов I, II, III, содержащих по 31 гнезду и предназначенных для установки на них специальных панелек с ИМС, а иногда и с другими элементами.

Г незда 1÷29 разъемов I, II, III соединены с соответствующими гнездами 1-29 КП-Ι, КП-ΙΙ, КП-ΙΙΙ соответственно, т.е. гнездо 1 разъема I - с гнездами 1 (тремя) КП-I, гнездо 2 разъема I - с гнездами 2 (тремя) КП-I и т.д. Как правило, на каждой панельке установлены две ИМС (если позволяет количество контактов разъемов I, II, III).

Распайка выводов первой ИМС (1) сделана так, что номера выводов ИМС (обычно с 1 до 14) совпадают с номерами контактов разъемов I (или II, или III). Для определения номера контакта коммутационного поля, соответствующего номеру вывода второй ИМС (2), к номеру каждого ее вывода нужно прибавить число, соответствующее числу выводов первой ИМС (обычно 14), так как первые 14 контактов разъема (панельки) заняты выводами первой ИМС. Например, 1+14=15, 2+14=16 и т.д. Таким образом, при установке панельки с исследуемой ИМС на розеточную часть разъема I (II, III) выводы ИМС будут подключены к соответствующим гнездам определенного коммутационного поля КП-I (или КП-II, или КП-III), причем каждому выводу ИМС соответствуют три (однономерных) гнезда с тем же номером коммутационного поля. Соединяя гибкими проводниками (перемычками) необходимые (определенные) гнезда коммутационных полей, можно реализовать требуемое устройство.

БК содержит также поля логического ноля (логический 0) - гнезда с 1 по 17; логической единицы (логическая 1) - гнезда с 18 по 35. Гнезда 1-17 подключены к шине логического ноля (общему проводу), а 18-35 - к шине логической единицы, и поэтому имеют потенциалы соответствующих уровней – низкого и высокого. Сигналы, снимаемые с этих полей, используют при изучении работы ИМС в статическом режиме. Поля выполнены в виде таких же розеточных частей разъема, что и коммутационные поля, и расположены между КП-I и КП-II. К БК подключен блок клавиш (клавиатура) с 10 клавишами с номерами от 0 до 9, клавишей "Сброс" (С) и тремя кнопками: "Вкл." (включение питания +5В клавиатуры), "10" (включение режима работы в десятичном коде), "2" (включение режима работы в двоичном четырехразрядном коде). Клавиши 0÷9 имеют прямые и инверсные выходы. При не нажатой клавише на прямом выходе - "0", при нажатой - "1". Прямые выходы клавиш подключены параллельно к светодиодным индикаторам 0÷9 и к соответствующим гнездам "ключи 10" – 0÷9 поля "Клавиатура" (между КП-II и КП-III). При не нажатой клавише на инверсном выходе - "1", при нажатой - "0". Инверсные выходы клавиш подключены к гнездам 15÷24 поля "Клавиатура" и обозначены "ключи инв. 10" с указанием номеров ÷ ÷ соответственно. Нажатое положение клавиши фиксируется с помощью устройства защиты от дребезга механических контактов также, как и клавиши ЭВМ. Клавиши можно нажимать как по отдельности, так и по несколько одновременно (или последовательно – это не имеет значения) или все сразу. Отменить нажатое положение клавиш 0÷9 можно только кратковременным нажатием клавиши "Сброс". Удерживать клавишу в нажатом положении не требуется. В режиме "2" (двоичный код) двоичный четырехразрядный код отдельной клавиши выводится на гнезда 11÷14 "2 код" поля "Клавиатура" и параллельно на светодиодные индикаторы. При этом допускается (выводится и на гнезда и индицируется) только нажатие одной клавиши 0÷9.

В верхней части БК расположены три пары гнезд, обозначенные 35 Ι 34, 35 II 34, 35 III 34 и соединенные с гнездами 35 и 34 соответствующих коммутационных полей КП-I, КП-II, КП-III, а также гнезда, имеющие потенциал общего провода (корпуса) источника питания БК (обозначение ┴). Указанные гнезда предназначены для подключения приборов (в основном, осциллографа), которые имеют соединительные проводники со стандартными (толстыми) штекерами, к необходимой точке (гнезду) коммутационного поля через гнездо 35 (или 34) КП.

Питание всех ИМС, расположенных на БК, осуществляется с гнезд 30 (+5В, «1») и 31(┴ или 0 В, «0») розеточных частей разъемов I, II, III, к которым подводится напряжение от стабилизированного источника питания ЕС-0905 через токоограничивающий резистор сопротивлением 1 кОм с помощью вилки со штырьками разной толщины (гнезда в правой нижней части БК).

В нижней части БК находится кнопочный пульт (ПК) с 8-ю кнопками. Каждая кнопка имеет контакты 1, 2, 3. Контакты 1-3 являются нормально замкнутыми (НЗ) при не нажатой кнопке, а 1-2 – нормально разомкнутыми (HP), контакт 1 является общим. При нажатии кнопки (ее удержании в этом положении) цепь 1-3 размыкается, а 1-2 замыкается. На рис. 2 пронумерованы для образца контакты первой кнопки, у остальных кнопок они расположены в том же порядке. Схема НЗ и HP контактов показана на боковой поверхности пульта (рис. 3):

П ри выборе коммутационного поля и разъема для установки ИМС нужно учитывать расстояние от поля до источника входных сигналов (например, к выходам ГТИ БВ ближе всего КП-III), их количество (проще подобрать один длинный проводник, чем несколько), расстояния от выходов собираемого устройства до индикаторов (например, к цветным лампочкам накаливания ближе КП-1, а к светодиодам БИ – КП-III), количество индикаторов, подключенных к выходам устройства, соединение и количество между коммутационными полями (проще выполнить соединения между КП-I и КП-II или КП-II и КП-III, чем между КП-I и КП-III) и другие оптимизирующие факторы.

При установке панелек с ИМС в разъемы I, II, III нужно соблюдать следующие правила:

1. Панелька с ИМС при установке не должна перекрывать гнезда КП (она не симметрична относительно вилочной части разъема).

2. На вилочной части разъема панели есть один (иногда два) направляющий стержень (штырек), а на розеточной части разъемов I, II, III БК – соответствующие отверстия, с которыми направляющие стержни должны совпадать, при этом оба ряда наконечников (штырьков, стержней) вилочной части разъема панельки должны входить (совпадать) в оба ряда гнезд разъемов I, II, III.

3. Нужно брать панельки с ИМС аккуратно двумя пальцами одной руки за короткие (узкие) стороны панельки, чтобы не повредить соединительные проводники и выводы ИМС на тыльной стороне панельки, близко расположенные к длинным сторонам панельки.

4. При установке (или извлечении панельки из разъема) нужно покачивать панельку в вертикальной плоскости (вперед-назад: верх - вперед, низ - назад, и наоборот), не прилагая больших усилий, и при этом другой рукой аккуратно придерживать край панели БК, чтобы не выдавить довольно гибкую панель блока из держателя стенда.