- •Основные понятия информатики
- •1.1. Информатика как наука и учебная дисциплина
- •1.2. Понятие информации
- •1.3. Сигналы и данные
- •1.4. Информатизация общества
- •1.5. Контрольные вопросы и задания
- •2. Меры и единицы измерения информации
- •2.1. Формулы Хартли и Шеннона
- •2.2. Меры информации
- •2.2.1. Синтаксическая мера информации
- •2.2.2. Семантическая мера информации
- •2.2.3. Прагматическая мера информации
- •2.3. Бит, байт и производные от них единицы
- •2.4. Контрольные вопросы и задания
- •3. Системы счисления
- •3.1. Позиционные системы счисления
- •3.2. Двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления
- •3.3. Перевод чисел из десятичной системы в другую позиционную систему счисления и обратно
- •3.3.1. Перевод целого десятичного числа в другую позиционную систему счисления
- •3.3.2. Перевод правильной десятичной дроби в другую позиционную систему счисления
- •3.3.3. Перевод числа в десятичную систему счисления
- •3.4. Арифметические операции в позиционных системах счисления
- •3.4.1. Сложение
- •3.4.2. Вычитание
- •3.5. Контрольные вопросы и задания
- •4. Кодирование (представление) данных в эвм
- •4.Введение
- •4.1. Представление целых чисел в компьютере
- •4.1.1. Форматы хранения целых чисел без знака
- •4.1.2. Форматы хранения целых чисел со знаком
- •4.2. Представление в компьютере вещественных чисел Форматы хранения вещественных чисел
- •4.3. Представление в компьютере текстовой информации
- •4.4. Кодирование графической информации
- •0×00Bbggrr
- •4.5. Контрольные вопросы и задания
- •5. Основные понятия алгебры логики
- •5.1. Логические величины: истина (логическая единица) и ложь (логический ноль)
- •5.2. Логические операции: инверсия, дизъюнкция и конъюнкция
- •5.3. Основные законы булевой алгебры
- •5.4. Контрольные вопросы и задания
- •6. Логические основы эвм
- •6.Введение
- •6.1. Бистабильная ячейка – триггер
- •6.2. Регистры
- •6.3. Сумматор
- •6.4. Выполнение операций сложения, вычитания и умножения целых чисел
- •6.4.1. Сложение и вычитание
- •6.4.2. Умножение и деление
- •6.5. Контрольные вопросы и задания
- •7. Основные этапы развития вычислительной техники. Архитектура эвм. Принципы работы вычислительной системы
- •7.1. Основные этапы развития вычислительной техники
- •7.2. Архитектура эвм
- •7.3. Принцип работы вычислительной системы
- •7.4. Контрольные вопросы и задания
- •7.4. Контрольные вопросы и задания
- •8. Состав и назначение основных элементов персонального компьютера. Центральный процессор. Системные шины и слоты расширения
- •8.1. Классификация эвм. Основные элементы пк и их назначение
- •8.2. Центральный процессор
- •8.2.1. История развития процессоров
- •8.2.2. Назначение и структура простейшего процессора
- •8.2.3. Принцип действия процессора
- •8.2.4. Арифметико-логическое устройство
- •8.3. Системные шины и слоты расширения
- •8.3.1. Шина расширения isa
- •8.3.2. Шина расширения pci
- •8.3.3. Шина расширения agp
- •8.3.4. Шина расширения pci Express
- •Описание протокола
- •Пропускная способность шины pci Express
- •8.4. Контрольные вопросы и задания
- •9. Запоминающие устройства: классификация, принцип работы, основные характеристики
- •9.1. Классификация и основные параметры зу. Память
- •9.2. Оперативная память
- •9.3. Внешнее запоминающее устройство
- •9.4. Контрольные вопросы и задания
- •10. Устройства ввода/вывода данных, их разновидности и основные характеристики
- •10.1. Устройства ввода информации
- •10.2. Устройства вывода информации
- •10.3. Контрольные вопросы и задания
6. Логические основы эвм
6.Введение
В основе всех действий, произведенных компьютером, лежат логические выводы основанные на булевой логике. С появлением транзисторов началось второе поколение ПК, и далее на этой основе развивались следующие поколения.
Сейчас широко используется транзисторная логика для построения булевой логики в вычислительной технике. В основе всего лежат транзисторы, логические элементы, триггеры и т.д. Любая интегральная схема строится с использованием триггеров и логических элементов, на основе которых можно построить схему любой сложности.
6.1. Бистабильная ячейка – триггер
Триггер — это электронная схема, широко применяемая в регистрах компьютера для надежного запоминания одного разряда двоичного кода. Триггер имеет два устойчивых состояния, одно из которых соответствует двоичной единице, а другое — двоичному нулю.
Термин триггер происходит от англ. trigger — защелка, спусковой крючок. Для обозначения этой схемы в английском языке чаще употребляется термин flip-flop, что в переводе означает «хлопанье». Это звукоподражательное название электронной схемы указывает на ее способность почти мгновенно переходить («перебрасываться») из одного электрического состояния в другое и наоборот.
Самый распространенный тип триггера — так называемый RS-триггер (S и R, соответственно, от англ. set — установка, reset — сброс). Условное обозначение триггера дано на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Условное обозначение триггера
Он имеет два симметричных входа S и R и два симметричных выхода Q и , причем выходной сигнал Q является логическим отрицанием сигнала .
На каждый из двух входов S и R могут подаваться входные сигналы в виде кратковременных импульсов ().
Наличие импульса на входе будем считать единицей, а его отсутствие — нулем.
На рис. 6.2 показана реализация триггера с помощью вентилей ИЛИ-НЕ, соответствующая таблица истинности приведена в табл. 6.1.
Рис. 6.2. Реализация триггера с помощью вентилей ИЛИ-НЕ
Таблица 6.1. Таблица истинности триггера
S |
R |
Q | |
0 |
0 |
Запрещено | |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
Хранение бита |
Проанализируем возможные комбинации значений входов R и S триггера, используя его схему и таблицу истинности схемы ИЛИ-НЕ (табл. 6.1).
Если на входы триггера подать S=1, R=0, то (независимо от состояния) на выходе Q верхнего вентиля появится 0. После этого на входах нижнего вентиля окажется R=0, Q=0 и выход станет равным 1.
Точно так же при подаче 0 на вход S и 1 на вход R на выходе появится 0, а на Q — 1.
Если на входы R и S подана логическая 1, то состояние Q и не меняется.
Подача на оба входа R и S логического 0 может привести к неоднозначному результату, поэтому эта комбинация входных сигналов запрещена.
Поскольку один триггер может запомнить только один разряд двоичного кода, то для запоминания 1 байта нужно 8 триггеров, для запоминания 1 Кбайта — соответственно 8 · 210 = 8192 триггеров. Современные микросхемы памяти содержат миллионы триггеров.
6.2. Регистры
Регистрами называют устройства, предназначенные для приема, хранения и передачи информации.
Информация в регистре хранится в виде двоичного кода, каждому разряду которого соответствует свой элемент памяти (разряд регистра), выполненный на основе триггеров RS-, JK- или D-типа.
Классифицировать регистры можно по различным признакам, важнейшими из которых являются способ ввода-вывода информации и характер представления вводимой и выводимой информации.
По способу ввода-вывода информации различают параллельные, последовательные и параллельно-последовательные регистры. В регистрах памяти и ввод информации и ее вывод осуществляются в параллельном коде. При этом время ввода (вывода) всего числа равно времени ввода (вывода) одного разряда. В регистрах сдвига число вводится и выводится последовательно разряд за разрядом. Время ввода (вывода)m-разрядного двоичного числа в таких регистрах определяется величиной mTc, где Tc — период следования тактовых импульсов, осуществляющих ввод (вывод) информации. В параллельно-последовательном регистре ввод числа может осуществляться в параллельном коде, а вывод — в последовательном или наоборот.
По характеру представления вводимой и выводимой информации различают регистры однофазного и парафазного типов. В однофазных регистрах информация вводится в прямом либо в обратном коде, а в парафазных — одновременно и в прямом, и в обратном. Регистры первого типа строятся на основе D-триггеров, второго — на основе RS- или JK-триггеров. Вывод информации из регистров обоих типов может осуществляться в прямом и в обратном кодах.