Може бути представлена як сукупність вузлів, а кожен вузол - як сукупність елементів.
елемент- це найменша функціональна частина, на яку може бути розбита ЕОМ при логічному проектуванні і технічної реалізації.
За функціональним призначенням елементи ЕОМ можуть бути розділені на:
Логічні (реалізують одну з функцій алгебри логіки);
Запам'ятовуючі (для зберігання однорозрядного двійкового числа);
Допоміжні (для формування і генерації імпульсів, таймери, елементи індикаторів, перетворювачі рівнів і т.п.).
За типом сигналів:
аналогові;
Цифрові.
За способом представлення вхідних і вихідних сигналів:
потенційні;
імпульсні;
Імпульсно-потенційні.
вузол - сукупність елементів, яка реалізує виконання однієї з машинних операцій.
Розрізняють два типи вузлів ЕОМ:
комбінаційні;
Накопичують (з пам'яттю).
У свою чергу комбінаційні вузли включають суматори, схеми порівняння, шифратори, дешифратори, мультиплікатори, програмовані логічні матриці і т.д.
Накопичують вузли - тригери, регістри, лічильники тощо
У цифрових пристроях змінні і відповідні їм сигнали змінюються не безперервно, а лише в дискретні моменти часу. Часовий інтервал між сусідніми моментами часу називається тактом.
Інформація в елементах ЕОМ може оброблятися в послідовному або паралельному коді. При послідовному коді кожен часовий такт призначений для обробки одного розряду слова. При цьому всі розряди слова фіксуються по черзі одним і тим же елементом.
При паралельній обробці інформації код слова розгортається не в часі, а в просторі, тому що значення всіх розрядів обробляються одночасно за один такт.
ЕОМ 3-го покоління будувалися на основі базових логічних елементів(ЛЕ). наприклад, І-НЕабо ЧИ НІ. Найважливішими характеристиками будь-якого базового логічного елемента є швидкодія і споживана потужність.
Залежно від потужності, що розсіюється розрізняють наступні ЛЕ:
Мікроватние Р до 300 мкВт;
Малопотужні Р до 3 мВт;
Середньої потужності Р до 30 мВт;
Потужні Р понад 30 мВт.
За величиною середнього часу затримки ЛЕ розбиваються на групи:
Низька швидкодія tз> 50 нс, Р = 0,01-1 мВт;
Середнє швидкодія tз = 10-50 нс, Р = 1-10 мВт;
Висока швидкодія tз = 5-10 нс, Р = 10-50 мВт;
Надвисоке швидкодію tз< 5 нс, Р = 50-1000 мВт.
Кожен ЛЕ крім того характеризується величиною напруги, відповідних рівнів логічних "" 0 "і" "1", коефіцієнтом об'єднання по входу, коефіцієнтом розгалуження по виходу.
ЛЕ об'єднуються в групи (серії) інтегральних мікросхем, наприклад, серії К155, К500, К176 і ін. Для всіх ЛЕ підвищення швидкодії супроводжується зростанням енергоспоживання, а підвищення щільності розміщення елементів на кристалі - зниженням швидкодії.
Вузли комбінованого типу.
Суматор. Для розуміння принципів побудови і функціонування сумматора розглянемо приклад складання двійкових чисел:
У кожному i розряді однорозрядних суматор повинен формувати суму Si і перенесення в старший розряд.
розрізняють полусумматор HS(Не враховує сигнал перенесення) і повний суматор SM(Враховує сигнал перенесення).
Полусумматор Повний суматор Багаторозрядний суматор
Хi - входи
Si - виходи
Рi - перенесення
Кодепреобразователь- це комбінаційний пристрій (КУ), що має mвходів і nвиходів і перетворює вхідні m-розрядні двійкові числа в вихідні n-розрядні . Найчастіше використовуються 2 види - шифратори і дешифратори.
дешифратор(ДС) - це КУ з m-вхід і виходами, що формують "" 1 "" тільки на одному з виходів, десятковий номер якого відповідає вхідний десяткової комбінації. Робота ДШ задається таблицею істинності.
шифратор(СД) - вирішує зворотну наведеної раніше завданню.
мультиплексор(MUX) - це КУ, яке здійснює комутацію одного зі своїх входів Х на єдиний вихідУ. Підключення входу до виходу, як правило, здійснюється в момент подання на синхронизирующий вхід з тактового імпульсу, а номер підключається до виходу входу визначається адресним кодом, що подається на адресні входи мультиплексора А.
демультиплексор(ДМХ) вирішує зворотну задачу.
Позначення MUX, ДМХ наведено на малюнку:
Комутатор - це КУ з mвходами і nвиходами, яке за заданими адресами Авходу і Bвиходу з'єднує між собою необхідні вхід і вихід.
Програмована логічна матриця - універсальна комбінаційна схема для перетворення вхідного n-розрядного двійкового коду у вихідний m-розрядний код за заданою таблиці істинності. Широко використовуються в пристроях управління мікропроцесорів.
схеми порівняння - необхідні для організації розгалужених процесів обробки даних і т.д. (Див. Рис.).
Вузли накопичує типу.
Як запам'ятовуючих елементів ЕОМ використовуються тригери або пристрої на основі магнітних матеріалів.
тригер - це кінцевий автомат, який володіє двома стійкими станами і під впливом керуючого сигналу переходить з одного стану в інший.
За функціональним призначенням розрізняють RS, Т, JK, D - тригери, комбіновані RST-тригери, JKRS, DRS -тригер і т.п. При цьому застосовують позначення S, R - входи для роздільної установки тригера в стан "1" (S) і "0" (R).
Т - рахунковий вхід тригера.
J, k - входи для роздільної установки Jk тригера в стан "1" (J) і "0" (k).
D - вхід для встановлення тригера в стан "1" або "0" з тимчасовою затримкою щодо моменту появи інформаційного сигналу.
С - вхід синхронізації.
Стан тригера визначається сигналом Q на його прямому виході. Закони функціонування тригерів задаються таблицями переходів з компактною записом, при якій в стовпці станів може бути зазначено, що новий стан збігається з попереднім або є його запереченням.
Розглянемо RS - тригер. Асинхронний (НЕ синхронізований) RS - тригер на інтегральних елементах АБО - НЕ наведено на малюнку:
Тригер утворюється з 2-х елементів АБО - НЕ, з'єднаних таким чином, що виникають позитивні зворотні зв'язки, Завдяки яким в стійкому стані вихідний транзистор однією зі схем АБО - НЕ закритий, а другий відкритий.
Таблиця переходів RS - тригера:
Функціонування RS-тригера може бути описано виразом:
Якість роботи тригерів оцінюється основними показниками - такими, як швидкодія, здатність навантаження, споживана потужність, стійкість перед перешкодами.
Доповнюючи RS-тригер вхідний комбінаційної схемою, можна побудувати будь-який вид тригера.
Щоб мати можливість синхронізувати роботу вузлів і пристроїв ЕОМ, використовують синхронні тригери, що мають спеціальний вхід для синхроімпульсів. Якщо момент спрацьовування асинхронного тригера прив'язаний до моменту зміни рівня вхідних сигналів, то для синхронного - до моменту надходження синхроімпульсів.
Двуступенчатой тригери дозволяють уникнути збоїв при запису або зчитуванні інформації в одному такті: перший ступінь здійснює запис по передньому фронту тактового імпульсу, а друга - видачу (перезапис в другий щабель) по задньому фронту.
Т - тригер змінює свій стан при приході кожного імпульсу, тобто він їх вважає. Використовується для побудови лічильників.
Регістри. Призначені для запису, зберігання та перетворення в них двійкових чисел. Як елементарної комірки регістра використовується тригер, який може зберігати однорозрядне двійковечисло. Запис і зчитування інформації в регістр може проводитися послідовно (поразрядно) або паралельно (всіма розрядами одночасно). Відповідно до цього розрізняють регістри послідовні, паралельні, послідовно-паралельні, паралельно-послідовні і універсальні.
Лічильник. Функціональний вузол, призначений для підрахунку числа отримали на його вхід сигналів (імпульсів) і фіксації результату у вигляді многоразрядного двійкового числа.
Лічильники підрозділяються на підсумовують, віднімають і реверсивні.
Незважаючи на різне конструктивне оформлення і призначення машин, деталі і вузли в них в основному однакові (типові, нормальні і стандартні). Складальні одиниці і деталі можна розділити на елементи загальногопризначення (болти, гайки, зубчасті колеса, вали та ін.) і елементи спеціальногопризначення, які використовуються в спеціальних типах машин (шнек, поршень, циліндр і ін.) - Розглянемо класифікацію елементів загального призначення.
Перша група елементів - з'єднання- є найбільш загальною. З'єднання (трубна арматура) призначені для фіксації взаємного положення деталей і об'єднання їх в складальні одиниці і вузли. До них відносяться зварні, заклепочні, різьбові, з'єднання вал-маточина і ін.
Друга група елементів - передачі.Вони здійснюють передачу енергії від двигуна до виконавчого органу. До цієї групи належать:
елементи, передають обертальний рух.Вони діляться на передачі зачепленням- циліндричні, конічні, планетарні, хвильові, черв'ячні і ланцюгові; передачі тертям -ремінні, фрикційні, а також вали і з'єднують їх муфти. Їх основні деталі - зубчасті і черв'ячні колеса, черв'яки, шківи, зірочки, ремені, ланцюги;
елементи, перетворюють рух.Це передачі важільні, кулачкові, гвинт-гайка. Їх деталі - важелі, тяги, кулачки, копіри, ходові гвинти, гайки.
Третя група елементів включає несучі та базуєтьсящиеелементи:
вали і осі, які підтримують деталі, що обертаються (крім того, вали передають крутний момент);
підшипники - опори обертових валів і осей, що базуються в корпусних деталях;
напрямні, що підтримують поступально рухомих деталей;
корпусні та несучі деталі - основні частини редуктора, що сприймають навантаження (на них монтуються і базуються інші деталі і вузли).
Окремі групи складають:
пристрою для захисту вузлів від забруднень (ущільнення, кожухи, кришки);
системи для змазування (форсунки, штуцери, жиклери, трубопроводи);
пружні елементи (пружини, ресори, амортизатори).
В особливу групу входять елементи спеціального призначення, наприклад для ЛА характерні гвинти, шасі, елерони, шпангоути, лонжерони і ін.
Прикладом механізму, що містить більшість елементів загального призначення є редуктор. редуктори механізми, використовувані для зниження кутових швидкостей і збільшення крутних моментів, виконані у вигляді окремого агрегату. Відповідно до класифікації редуктор має наступні елементи: корпус 1, зубчасте колесо 2, вал 3 , підшипник 4 і муфту 5 .
класифікація елементів технічних об'єктивнимтов по виробничо технологічним ознаками:
Металеві деталі, що виготовляються механічною обробкою, литтям, зварюванням, штампуванням, куванням та ін .;
Неметалеві деталі, одержувані пресуванням, формуванням, склеюванням.
Спосіб виготовлення визначає вигляд деталі і її характеристики.
В особливу групу входять елементи системи управління, що включають електричні та електронні пристрої, які розглядати не будемо.
За характером навантаженнядеталі можна розділити на сприймають статичну або динамічну навантаження або ударну дію.
Елементи і вузли ЕОМ.
Елемент ЕОМ - найменша конструктивна і функціональна частина ЕОМ, яка використовується при її логічному проектуванні і технологічної реалізації. За призначенням вони розрізняються на логічні, що запам'ятовують і допоміжні.
Логічні елементи реалізують логічні операції і застосовуються як для побудови складних логічних схем (вузлів), так і для управління роботою окремих блоків і пристроїв ЕОМ.
Запам'ятовуючі елементи призначені для зберігання і видачі двійковій інформації.
Допоміжні елементи використовуються найчастіше для енергетичного забезпечення і узгодження роботи різних блоків ЕОМ.
Розглянемо принцип побудови і функціонування елементів і вузлів широко застосовуваних в ЕОМ.
тригер
- елементарний цифровий автомат з двома стійкими станами. Стан 0 на вихід Q відповідає виключеному станом, а Q = 1 - включеному. Тригери здійснюють запам'ятовування інформації і залишаються в заданому стані після припинення дії перемикаючих сигналів. Вони широко застосовуються широко застосовуються при цифровій обробці інформації.
За способом організації логічних зв'язків, що визначають особливості функціонування, розрізняють тригери RS, T, D, JK. З них JK тригер називається універсальним, так як з нього можна отримати всі інші види тригерів.
Принцип роботи JK тригера добре пояснюється на графі переходів.
Схеми включення JK тригера:
Асинхронний Т тригер - рахунковий тригер, кожні два сигналу на вході Т формують один сигнал на виході.
Синхронний Т тригер - рахунковий тригер, кожні два сигналу на вході С формують один сигнал на виході, якщо на вході Т присутня логічна 1.
Синхронний D тригер - реалізує функцію тимчасової затримки. Функціонує у відповідності з наступною таблицею переходів.
Асинхронний RS тригер - елементарний цифровий автомат з двома стійкими станами і двома входами R і S, що функціонує у відповідності з наступною таблицею переходів.
Синхронний RS тригер - відрізняється від асинхронних RS тригерів тим, що крім інформаційних входів має вхід синхронізації С. При С = 0 тригер знаходиться в режимі зберігання інформації. При С = 1 синхронний тригер працює як асинхронний RS тригер.
регістри
- це вузли ЕОМ, службовці для зберігання інформації у вигляді машинних слів або його частин, а так само для виконання над словами деяких логічних перетворень. Вони являють собою цифрові автомати Мілі, виконані на тригерах.
Регістри здатні виконувати такі операції:
- установка регістра в стан 0 або 1 (на всіх виходах);
- прийом і зберігання в регістрі n розрядного слова;
- зрушення зберігається в регістрі двійкового коду слова в право або в ліво на задане значення розрядів;
- перетворення коду зберігається слова в послідовний, і навпаки, при прийомі або при видачі двійкових даних;
- порозрядні логічні операції.
Нижче показано умовно графічне позначення універсального регістру і призначення його висновків:
Лічильники -
вузли ЕОМ, які здійснюють рахунок і зберігання коду числа підрахованих сигналів. Вони являють собою цифрові автомати Мура, в яких новий стан лічильника визначається його попереднім станом і станом логічної змінної на вході.
Внутрішній стан лічильників характеризується коефіцієнтом перерахунку К, що визначає число його стійких станів. Основними параметрами є роздільна здатність (мінімальний час між двома сигналами, які надійно фіксуються) або максимальну швидкодію і інформаційна ємність. Позначення і призначення висновків реверсивного лічильника показано на малюнку нижче.
дешифратор, або виборча схема, -це вузол ЕОМ, в якому кожної комбінації вхідних сигналів відповідає наявність сигналу на одній цілком певній шині на виході (комбінаційний пристрій). Дешифратор широко використовуються для перетворення двійкових кодів в керуючі сигнали для різних пристроїв ЕОМ.
шифратор, або кодер, -це вузол ЕОМ, що перетворює унітарний код в певний позиційний код. Якщо вихідний код є двійковим позиційним, то шифратор називається двійковим. За допомогою шифраторів можливо перетворення цифр десяткових чисел в двійкове подання з використанням будь-якого іншого двійковій-десяткового коду.
перетворювачі кодів - це вузли ЕОМ, призначені для кодування чисел. У число перетворювачів кодів входять: двійковій-десяткові перетворювачі, перетворювачі цифрової індикації, перетворювачі прямого коду двійкових чисел в зворотний або додатковий код і т. Д.
Мултіплексори - це вузли, що перетворюють паралельні цифрові коди в послідовні. У цьому пристрої вихід з'єднується з одним із входів в залежності від значення адресних входів. Мультиплексори широко використовуються для синтезу комбінаційних пристроїв, так як це сприяє значному зменшенню числа використовуваних мікросхем.
Демултіплексори - це вузли, що перетворюють інформацію з послідовної форми в паралельну. Інформаційний вхід D підключається до одного з виходів Qi визначається адресними сигналами A0 і A1.
суматор - це вузол, в якому виконується арифметична операція підсумовування цифрових кодів двох двійкових чисел.
Використовуючи однорозрядні суматори можна побудувати багаторозрядні суматори.
ТЕМА 3.
Дослідження логічних елементів типові вузли ЕОМ.
3.1. Класифікація елементів і вузлів ЕОМ.
ЕОМ може бути представлена як сукупність вузлів, а кожен вузол - як сукупність елементів.
елемент - це найменша функціональна частина, на яку може бути розбита ЕОМ при логічному проектуванні і технічної реалізації.
За функціональним призначеннямелементи ЕОМ можуть бути розділені на:
Логічні (реалізують одну з функцій алгебри логіки);
Запам'ятовуючі (для зберігання однорозрядного двійкового числа);
Допоміжні (для формування і генерації імпульсів, таймери, елементи індикаторів, перетворювачі рівнів і т.п.).
^ За типом сигналів :
аналогові;
Цифрові.
За способом поданнявхідних і вихідних сигналів:
потенційні;
імпульсні;
Імпульсно-потенційні.
вузол - сукупність елементів, яка реалізує виконання однієї з машинних операцій.
Розрізняють два типи вузлів ЕОМ:
комбінаційні;
Накопичують (з пам'яттю).
У свою чергу комбінаційні вузли включають суматори, схеми порівняння, шифратори, дешифратори, мультиплікатори, програмовані логічні матриці і т.д.
Накопичують вузли - тригери, регістри, лічильники тощо
У цифрових пристроях змінні і відповідні їм сигнали змінюються не безперервно, а лише в дискретні моменти часу. Часовий інтервал між сусідніми моментами часу називається тактом .
Інформація в елементах ЕОМ може оброблятися в послідовному або паралельному коді. При послідовному коді кожен часовий такт призначений для обробки одного розряду слова. При цьому всі розряди слова фіксуються по черзі одним і тим же елементом.
При паралельній обробці інформації код слова розгортається не в часі, а в просторі, тому що значення всіх розрядів обробляються одночасно за один такт.
ЕОМ 3-го покоління будувалися на основі базових логічних елементів (ЛЕ). наприклад, І-НЕабо ЧИ НІ. Найважливішими характеристиками будь-якого базового логічного елемента є швидкодія і споживана потужність. Залежно від потужності, що розсіюється розрізняють наступні ЛЕ:
Мікроватние Р до 300 мкВт;
Малопотужні Р до 3 мВт;
Середньої потужності Р до 30 мВт;
Потужні Р понад 30 мВт.
За величиною середнього часу затримки ЛЕ розбиваються на групи:
Низька швидкодія tз> 50 нс, Р = 0,01-1 мВт;
Середнє швидкодія tз = 10-50 нс, Р = 1-10 мВт;
Висока швидкодія tз = 5-10 нс, Р = 10-50 мВт;
Надвисоке швидкодію tз
Кожен ЛЕ крім того характеризується величиною напруги
Відповідних рівнів логічних "" 0 "і" "1", коефіцієнтом об'єднання по входу, коефіцієнтом розгалуження по виходу.
ЛЕ об'єднуються в групи (серії) інтегральних мікросхем, наприклад, серії К155, К500, К176 і ін.
Для всіх ЛЕ підвищення швидкодії супроводжується зростанням енергоспоживання, а підвищення щільності розміщення елементів на кристалі - зниженням швидкодії.
3.2 Вузли комбінованого типу .
Суматор. Для розуміння принципів побудови і функціонування сумматора розглянемо приклад складання двійкових чисел:
У кожному i розряді однорозрядних суматор повинен формувати суму Si і перенесення в старший розряд.
розрізняють полусумматор ^ HS(Не враховує сигнал перенесення) і повний суматор SM(Враховує сигнал перенесення).
Полусумматор Повний суматор Багаторозрядний
суматор
Хi - входи
Si - виходи
Рi - перенесення
Кодепреобразователь - це комбінаційний пристрій (КУ), що має mвходів і nвиходів і перетворює вхідні m-розрядні двійкові числа в вихідні n-розрядні . Найчастіше використовуються 2 види - шифратори і дешифратори.
дешифратор (ДС) - це КУ з m-вхід і виходами, що формують "" 1 "" тільки на одному з виходів, десятковий номер якого відповідає вхідний десяткової комбінації. Робота ДШ задається таблицею істинності.
шифратор (СД) - вирішує зворотну наведеної раніше завданню.
мультиплексор (MUX) - це КУ, яке здійснює комутацію одного зі своїх входів Х на єдиний вихід У. Підключення входу до виходу, як правило, здійснюється в момент подання на синхронизирующий вхід з тактового імпульсу, а номер підключається до виходу входу визначається адресним кодом, що подається на адресні входи мультиплексора А.
демультиплексор (ДМХ) вирішує зворотну задачу.
Позначення MUX, ДМХ наведено на малюнку:
комутатор - це КУ з mвходами і nвиходами, яке за заданими адресами Авходу і Bвиходу з'єднує між собою необхідні вхід і вихід.
Програмована логічна матриця - універсальна комбінаційна схема для перетворення вхідного n-розрядного двійкового коду у вихідний m-розрядний код за заданою таблиці істинності. Широко використовуються в пристроях управління мікропроцесорів.
схеми порівняння - необхідні для організації розгалужених процесів обробки даних і т.д. (Див. Рис.).
3.3 Вузли накопичує типу.
Як запам'ятовуючих елементів ЕОМ використовуються тригери або пристрої на основі магнітних матеріалів.
тригер - це кінцевий автомат, який володіє двома стійкими станами і під впливом керуючого сигналу переходить з одного стану в інший.
За функціональним призначенням розрізняють RS, Т, JK, D - тригери, комбіновані RST-тригери, JKRS, DRS -тригер і т.п. При цьому застосовують позначення S, R - входи для роздільної установки тригера в стан "1" (S) і "0" (R).
Т - рахунковий вхід тригера.
J, k - входи для роздільної установки Jk тригера в стан "1" (J) і "0" (k).
D - вхід для встановлення тригера в стан "1" або "0" з тимчасовою затримкою щодо моменту появи інформаційного сигналу.
С - вхід синхронізації.
Стан тригера визначається сигналом Q на його прямому виході. Закони функціонування тригерів задаються таблицями переходів з компактною записом, при якій в стовпці станів може бути зазначено, що новий стан збігається з попереднім або є його запереченням.
Розглянемо RS - тригер. Асинхронний (НЕ синхронізований) RS - тригер на інтегральних елементах АБО - НЕ наведено на малюнку:
Тригер утворюється з 2-х елементів АБО - НЕ, з'єднаних таким чином, що виникають позитивні зворотні зв'язки, завдяки яким в стійкому стані вихідний транзистор однією зі схем АБО - НЕ закритий, а другий відкритий.
Таблиця переходів RS - тригера:
Ф 
ункціонірованіе RS-тригера може бути описано виразом:
Якість роботи тригерів оцінюється основними показниками - такими, як швидкодія, здатність навантаження, споживана потужність, стійкість перед перешкодами.
Доповнюючи RS-тригер вхідний комбінаційної схемою, можна побудувати будь-який вид тригера.
Щоб мати можливість синхронізувати роботу вузлів і пристроїв ЕОМ, використовують синхронні тригери, що мають спеціальний вхід для синхроімпульсів. Якщо момент спрацьовування асинхронного тригера прив'язаний до моменту зміни рівня вхідних сигналів, то для синхронного - до моменту надходження синхроімпульсів.
Двуступенчатой тригери дозволяють уникнути збоїв при запису або зчитуванні інформації в одному такті: перший ступінь здійснює запис по передньому фронту тактового імпульсу, а друга - видачу (перезапис в другий щабель) по задньому фронту.
Т - тригер змінює свій стан при приході кожного імпульсу, тобто він їх вважає. Використовується для побудови лічильників.
регістри. Призначені для запису, зберігання та перетворення в них двійкових чисел. Як елементарної комірки регістра використовується тригер, який може зберігати однорозрядне двійковечисло. Запис і зчитування інформації в регістр може проводитися послідовно (поразрядно) або паралельно (всіма розрядами одночасно). Відповідно до цього розрізняють регістри послідовні, паралельні, послідовно-паралельні, паралельно-послідовні і універсальні.
Лічильник. Функціональний вузол, призначений для підрахунку числа отримали на його вхід сигналів (імпульсів) і фіксації результату у вигляді многоразрядного двійкового числа.
Лічильники підрозділяються на підсумовують, віднімають і реверсивні.
При розгляді структури будь-якої ЕОМ зазвичай проводять її деталізацію. Як правило, в структурі ЕОМ виділяють наступні структурні одиниці: пристрої, вузли, блоки і елементи.
Нижній рівень обробки реалізують елементи. Кожен елемент призначається для обробки одиничних електричних сигналів, відповідних бітам інформації. Вузли забезпечують одночасну обробку групи сигналів - інформаційних слів. блокиреалізують деяку послідовність в обробці інформаційних слів - функціонально відокремлену частину машинних операцій (блок вибірки команд, блок запису-читання та ін.). пристроїпризначаються для виконання окремих машинних операцій і їх послідовностей.
У загальному випадку будь-яка структурна одиниця ЕОМ забезпечує перетворення вхідної інформації Х в вихідну У (див. Рис. 2.1).
Всі сучасні обчислювальні машини будуються на комплексах системах інтегральних мікросхем (ІС). Електронна мікросхема називається інтегральною, якщо її компоненти і з'єднання між ними виконані в єдиному технологічному циклі, на єдиному підставі і мають спільний захист від механічних впливів. Кожна мікросхема являє собою мініатюрну електронну схему, сформовану пошарово в кристалі напівпровідника: кремнію, германію та т.д. До складу мікропроцесорних наборів включаються різні типи мікросхем, але всі вони повинні мати єдиний тип міжмодульних зв'язків, заснований на стандартизації параметрів сигналів взаємодії (амплітуда, полярність, тривалість імпульсів і т.п.). Основу набору зазвичай складають великі БІС і навіть надвеликі інтегральні схеми. На черзі слід очікувати появи ультра великих ІС (УБИС). Крім них зазвичай використовуються мікросхеми з малої і середньої ступенем інтеграції (СІС). Функціонально мікросхеми можуть відповідати пристрою, вузла або блоку, але кожна з них складається з комбінації найпростіших логічних елементів, що реалізують функції формування, перетворення, запам'ятовування сигналів і т.д.
Елементи ЕОМ можна класифікувати за різними ознаками. Найбільш часто такими ознаками є: тип сигналів, призначення елементів, технологія їх виготовлення і т.д.
У ЕОМ широко застосовують два способи фізичного представлення сигналів: імпульсний і потенційний. При імпульсному способі подання сигналів одиничному значенню деякої двійковій змінної ставиться у відповідність наявність імпульсу (струму або напруги), нульового значення - відсутність імпульсу (рис. 3.1, а).Тривалість імпульсного сигналу не перевищує один такт синхроимпульсов.
При потенційному або статичному поданні сигналів одинично значення двійковій змінної відображається високим рівнем напруги, а нульове значення - низьким рівнем (рис. 3.1, б).
Мал. 3.1.а -імпульсні сигнали; б -потенційні сигнали
Незалежно від виду сигналів розрізняють послідовний і паралельний коди передачі та подання інформації в ЕОМ.
При послідовному коді представлення даних використовуються поодинокі шини або лінії передачі, в яких сигнали, відповідні окремим розрядам даних, рознесені в часі. Обробка такої інформації проводиться послідовно розряд за розрядом. Такий вид уявлення і передачі даних вимагає досить економічних по апаратурним витратам схем обробки даних. Час же обробки Визначається числом оброблюваних сигналів (розрядів).
Паралельний код відображення і передачі інформації передбачає паралельну і одночасну фіксацію всіх розрядів даних на різних шинах, тобто паралельний код даних розгорнуто в просторі. Це дає можливість прискорити обробку в часі, але витрати на апаратурні засоби при цьому зростають пропорційно числу оброблюваних розрядів.
У всіх обчислювальних машинах використовуються і паралельно-послідовні коди подання інформації. При цьому інформація відображається частинами. Частини надходять на обробку послідовно, а кожна частина даних представляється паралельним кодом.
За своїм призначенням елементи діляться на формують, логічні і запам'ятовують.
До формує елементамвідносяться різні формувачі, підсилювачі, підсилювачі-формувачі і т.п. Дані елементи служать для вироблення певних електричних сигналів, відновлення їх параметрів (амплітуди, полярності, потужності, тривалості).
У кожній ЕОМ є спеціальні блоки, що формують сигнали тактової частоти, серії синхронізуючих і керуючих сигналів, які координують роботу всіх схем ЕОМ. Інтервал часу між імпульсами основної частоти називається тактом. Тривалість такту є важливою характеристикою ЕОМ, що визначає її потенційну продуктивність. Час виконання будь-якої операції ЕОМ пов'язано з певним числом тактів.
найпростіші логічні елементиперетворять вхідні сигнали відповідно до елементарними логічними функціями, розглянутими в п.2.4. У свою чергу, отримані сигнали можуть формувати наступний рівень сигналів і т. Д. Складні перетворення відповідно до необхідних логічними залежностями можуть призводити до побудови багаторівневих схем. Кожна така схема являє собою композицію найпростіших логічних схем.
запам'ятовуючим елементомназивається елемент, який здатний приймати і зберігати код двійковій цифри (одиниці або нуля). Елементи пам'яті можуть запам'ятовувати і зберігати вихідні значення деяких величин, проміжні значення обробки і остаточні результати обчислень. Тільки що запам'ятовують елементи в схемах ЕОМ дозволяють проводити обробку інформації з урахуванням її розвитку.
