Kandaurova_N_Vychislitelnye_sistemy_seti_i_telekommunikatsii

D:/Студент/№ группы/ФИО студента/№ работы (а также создать копию отчѐта о работе на любом внешнем ЗУ) и представить преподавателю для защиты;

9)защитить результаты выполненной работы, ответить на контрольные вопросы.

x y z u

&

1 & F1

&

1

Рисунок 4.2 – Структурная схема функции F1 x yzu в базисе И-ИЛИ-НЕ

Примечание. Только после представления отчѐта (результатов выполненной работы) в электронном виде преподавателю и еѐ защиты она считается выполненной.

Контрольные вопросы

1.Как проектируются схемы вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций?

2.Какова последовательности действий при проектировании схем?

3.Как формируется таблица истинности?

4.Что записывается по таблицам истинности?

5.Для чего проводится минимизация логических зависимостей?

6.Для чего полученные выражения представляются в выбранном логически полном базисе элементарных функций?

7.Как производится построение схемы устройства?

8.Для чего проводится проверка работоспособности полученной схемы?

9.Что обеспечивает диаграмма Вейча?

10.Каково понятие «разрешѐнной» тетрады в (2-10)-ом представлении чисел?

11.Каково понятие «неправильной» тетрады в (2-10)-ом представлении чисел?

12.Что даѐт применение правила де Моргана к логической функции?

13.Как проводится проверка работоспособность построенных схем?

250

Лабораторная работа № 5. СИНТЕЗ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ ДВОИЧНЫХ ДЕШИФРАТОРОВ

Цель:

1) закрепить теоретические знания и получить практические навыки разработки комбинационных схем на примере двоичных дешифраторов, широко применяемых в устройствах вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций;

2) получить и закрепить практические навыки разработки схем дешифраторов в простейшем базисе И-ИЛИ-НЕ в электронном виде в различных программных средах.

Краткие теоретические сведения

Обработка информации в схемах вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций обеспечивается преобразователями (цифровыми автоматами) двух видов: комбинационными схемами и схемами с памятью.

Комбинационные схемы (КС) – это схемы, у которых выходные сигналы Y = (y1, y2,..., уm) в любой момент дискретного времени однозначно определяются совокупностью входных сигналов Х = (х1, х2,..., хn), поступающих в тот же момент времени t. Реализуемый в КС способ обработки информации называется комбинационным, т.к. результат обработки зависит только от комбинации входных сигналов и формируется сразу же при поступлении входных сигналов. Поэтому одним из достоинств комбинационных схем является их высокое быстродействие. Преобразование информации однозначно описывается логическими функциями вида Y = f (X).

Логические функции и соответствующие им комбинационные схемы подразделяют на регулярные и нерегулярные структуры. В регулярных структурах каждый из выходов схемы строится по аналогии с предыдущими. В нерегулярных структурах такая аналогия отсутствует.

Многие регулярные структуры положены в основу построения МИС и БИС или отдельных функциональных частей БИС и СБИС. Из регулярных КС наиболее распространены дешифраторы, шифраторы, схемы сравнения, комбинационные сумматоры, коммутаторы и др.

Дешифраторы (ДШ) – это комбинационные схемы с п входами и 2n =т выходами. Единичный сигнал, формирующийся на одном из т выходов (соответствующий номеру выхода), однозначно соответствует комбинации (коду) входных сигналов n. Например, разработка структуры ДШ для n=3 позволяет получить таблицу истинности и логические зависимости (таблица

5.1).

Дешифраторы широко используются в устройствах вычислительных сетей для определения адреса данных, для расшифровки кода операции и др.

На рисунке 5.1 представлены структурная схема ДШ, построенная в базисе И-ИЛИ-НЕ, и ее условное обозначение на принципиальных электрических схемах.

251

Таблица 5.1 – Таблица истинности дешифратора на 3 входа и логические зависимости

Рисунок 5.1 – Структурная схема дешифратора на 3 входа (а) и обозначение дешифратора на принципиальных электрических схемах (б)

Выполнение лабораторной работы

Для получения зачѐта по лабораторной работе необходимо:

1)знать вышеизложенный теоретический материал по разработке

структурной схемы двоичго дешифратора с п входами и 2n =т выходами и, в частности, с 3-мя входами и 23=8 выходами;

2)выбрать из таблицы 5.2 одну входную комбинацию дешифратора на 3 входа по № задания, соответствующему № студента в журнале учебной группы (или другим способом по согласованию с преподавателем);

3)составить таблицу истинности только для одной выбранной входной комбинации дешифратора на 3 входа (своѐ задание). Пример такой таблицы (см. таблицу 5.3) для 5-ой входной комбинации представлен в помощь студентам при выполнении задания лабораторной работы;

252

4)написать по таблице истинности своей одной входной комбинации ДШ на 3 входа логическую зависимость, в приведѐнном примере это будет:

у5= х 1 х 2 х 3;

Таблица 5.2 – Варианты заданий

Таблица 5.3 – Пример таблицы истинности одной 5-ой входной комбинации ДШ на 3 входа

5)разработать в соответствии с полученной логической зависимостью и нарисовать структурную схему дешифрации своей входной комбинации ДШ на 3 входа в базисе И-ИЛИ-НЕ, для примера такая схема для 5-ой входной комбинации представлена на рисунке 5.2, которая создана с помощью программы Рисование;

х1 х2 х3

1 х2 & у5

Рисунок 5.2 – Пример структурной схемы дешифрации одной 5-ой входной комбинации ДШ на 3 входа в базисе (И-ИЛИ-НЕ)

6)проверить работоспособность построенной схемы путем задания

различных комбинаций переменных х1, х2, х3 и определения реакции на выходе схемы дешифрации своей входной комбинации;

7)нарисовать обозначение полного дешифратора на 3 входа, применяемое на принципиальных электрических схемах, для примера это обозначение дешифратора представлено на рисунке 5.1, б, который создан с помощью программы Рисование;

253

8)материалы всей работы (отчѐт о работе) оформить в электронной среде MS Word, Paint, Visio или Рисование и сохранить на логическом диске D:/Студент/№ группы/ФИО студента/№ работы (а также создать копию отчѐта о работе на любом внешнем ЗУ) и представить преподавателю для защиты;

9)защитить результаты выполненной работы, ответить на контрольные вопросы.

Примечание. Только после представления отчѐта (результатов выполненной работы) в электронном виде преподавателю и еѐ защиты она считается выполненной.

Контрольные вопросы

1.Что собой представляют комбинационные схемы (КС)?

2.Какие бывают структуры комбинационных схем?

3.Каким образом в регулярных структурах строится каждый из выходов схемы?

4.В основу построения каких ИС положены многие регулярные структуры?

5.Перечислите основные наиболее распространеные схемы из регулярных КС?

6.Для чего используется дешифраторы?

7.Где применяются дешифраторы?

8.Составте таблицу истинности дешифратора на 3 входа.

9.Напишите логические зависимости дешифратора на 3 входа.

10.Изобразите структурную схему ДШ в базисе И-ИЛИ-НЕ.

11.Каково условное обозначение ДШ на принципиальных электрических схемах?

Лабораторная работа № 6. СИНТЕЗ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ ДВОИЧНЫХ ШИФРАТОРОВ

Цель:

1) закрепить теоретические знания и получить практические навыки синтеза комбинационных схем на примере двоичных шифраторов, широко применяемых в устройствах вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций;

2) получить и закрепить практические навыки разработки схем шифраторов в простейшем базисе И-ИЛИ-НЕ в электронном виде в различных программных средах.

Краткие теоретические сведения

Обработка информации в схемах вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций обеспечивается преобразователями (цифровыми автоматами) двух видов: комбинационными схемами и схемами с памятью.

Комбинационные схемы (КС) – это схемы, у которых выходные сигналы Y = (y1, y2,..., уm) в любой момент дискретного времени однозначно определяются совокупностью входных сигналов Х = (х1, х2,..., хn), поступающих в тот же момент времени t. Реализуемый в КС способ обработки информации называется комбинационным, т.к. результат обработки зависит только от комбинации входных сигналов и формируется сразу же при поступлении входных сигналов. Поэтому одним из достоинств комбинационных схем является их высокое быстродействие. Преобразование информации однозначно описывается логическими функциями вида Y = f (X).

Логические функции и соответствующие им комбинационные схемы подразделяют на регулярные и нерегулярные структуры. В регулярных структурах каждый из выходов схемы строится по аналогии с предыдущими. В нерегулярных структурах такая аналогия отсутствует.

Многие регулярные структуры положены в основу построения МИС и БИС или отдельных функциональных частей БИС и СБИС. Из регулярных КС наиболее распространены дешифраторы, шифраторы, схемы сравнения, комбинационные сумматоры, коммутаторы и др.

Шифратор (ШР) решает задачу, обратную схемам ДШ. Единичный сигнал, поступивший на одном из m=2n входов (соответствующий номеру входа) формирует однозначную комбинацию (код) выходных сигналов n. Пример построения ШР на 8-мь входов иллюстрируется таблицей истинности (таблица 6.1) и схемами на рисунке 6.1.

Обратим внимание, что в таблицах 5.1 (лабораторная работа № 5) и 6.1 (лабораторная работа № 6) входы и выходы поменялись местами.

Выполнение лабораторной работы

Для получения зачѐта по лабораторной работе необходимо:

255

1)знать вышеизложенный теоретический материал по разработке структурной схемы двоичго шифратора на m=2n входов (где n – число выходов) и, в частности, на 8=23 входов (где 3 – число выходов);

Таблица 6.1 – Таблица истинности ШР и логические зависимости

Рисунок 6.1 – Структурная схема шифратора (а) и обозначение шифратора на принципиальных электрических схемах (б)

2)выбрать из таблицы 6.2 одну входную комбинацию шифратора на 8 входов по № задания, соответствующему № студента в журнале учебной группы (или другим способом по согласованию с преподавателем);

Таблица 6.2 – Варианты заданий

3)составить таблицу истинности только для одной выбранной входной комбинации шифратора на 8 входов (своѐ задание). Пример такой таблицы (см. таблицу 6.3) для 5-ой входной комбинации представлен в помощь студентам при выполнении задания лабораторной работы;

Таблица 6.3 – Пример таблицы истинности одной 5-ой входной комбинации ШР на 8 входов

4)написать по таблице истинности своей одной входной комбинации ШР на 3 входа логическую зависимость, в приведѐнном примере это будет:

у0=х5; у2=х5

5)разработать в соответствии с полученной логической зависимостью и нарисовать структурную схему шифрации своей входной комбинации ШР на 8 входов в базисе И-ИЛИ-НЕ, для примера такая схема для 5-ой входной комбинации представлена на рисунке 6.2, которая создана с помощью программы Рисование (отсутствующие связи для данной входной комбинации представлены пунктиром);

х0 х1 х2 х3 х4 х5 х6 х7

1

у0

1

у1

1

у2

Рисунок 6.2 – Пример структурной схемы шифрации одной 5-ой входной комбинации ШР на 8 входов в базисе И-ИЛИ-НЕ

6)проверить работоспособность построенной схемы путем задания

различных комбинаций переменных х1, х2, х3, х4, х5, х6, х7 и определения реакции на выходе схемы шифрации своей входной комбинации;

7)нарисовать обозначение полного дешифратора на 8 входов, применяемое на принципиальных электрических схемах, для примера это обозначение дешифратора представлено на рисунке 6.1, б, который создан с помощью программы Рисование;

257

8)проанализировать, почему в таблице 6.1 первую значащую строку и первый значащий столбец (выделены заливкой) можно вычеркнуть (не учитывать) и почему на рисунке 6.1, а вход х0 не задействован;

9)материалы всей работы (отчѐт о работе) оформить в электронной среде MS Word, Paint, Visio или Рисование и сохранить на логическом диске D:/Студент/№ группы/ФИО студента/№ работы (а также создать копию отчѐта о работе на любом внешнем ЗУ) и представить преподавателю для защиты;

10)защитить результаты выполненной работы, ответить на контрольные

вопросы.

Примечание. Только после представления отчѐта (результатов выполненной работы) в электронном виде преподавателю и еѐ защиты она считается выполненной.

Контрольные вопросы

1.Что собой представляют комбинационные схемы (КС)?

2.Какие бывают структуры комбинационных схем?

3.Каким образом в регулярных структурах строится каждый из выходов схемы?

4.В основу построения каких ИС положены многие регулярные структуры?

5.Перечислите основные наиболее распространеные схемы из регулярных КС?

6.Для чего используется шифраторы?

7.Где применяются шифраторы?

8.Составте таблицу истинности шифратора на 8 входов.

9.Напишите логические зависимости шифратора на 8 входов.

10.Изобразите структурную схему ШР в базисе И-ИЛИ-НЕ.

11.Каково условное обозначение ШР на принципиальных электрических схемах?

Лабораторная работа № 7. СИНТЕЗ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ КОМПАРАТОРОВ

Цель:

1) закрепить теоретические знания и получить практические навыки синтеза комбинационных схем на примере двоичных компараторов, широко применяемых в устройствах вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций;

2) получить и закрепить практические навыки разработки схем компараторов в простейшем базисе И-ИЛИ-НЕ в электронном виде в различных программных средах.

Краткие теоретические сведения

Обработка информации в схемах вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций обеспечивается преобразователями (цифровыми автоматами) двух видов: комбинационными схемами и схемами с памятью.

Комбинационные схемы (КС) – это схемы, у которых выходные сигналы Y = (y1, y2,..., уm) в любой момент дискретного времени однозначно определяются совокупностью входных сигналов Х = (х1, х2,..., хn), поступающих в тот же момент времени t. Реализуемый в КС способ обработки информации называется комбинационным, т.к. результат обработки зависит только от комбинации входных сигналов и формируется сразу же при поступлении входных сигналов. Поэтому одним из достоинств комбинационных схем является их высокое быстродействие. Преобразование информации однозначно описывается логическими функциями вида Y = f (X).

Логические функции и соответствующие им комбинационные схемы подразделяют на регулярные и нерегулярные структуры. В регулярных структурах каждый из выходов схемы строится по аналогии с предыдущими. В нерегулярных структурах такая аналогия отсутствует.

Многие регулярные структуры положены в основу построения МИС и БИС или отдельных функциональных частей БИС и СБИС. Из регулярных КС наиболее распространены дешифраторы, шифраторы, схемы сравнения, комбинационные сумматоры, коммутаторы и др.

Компаратор (схема сравнения) строится поразрядно. Он широко используются автономно и в составе более сложных схем сумматоров, широко используемых в устройствах вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций.

Таблица истинности компаратора отражает логику работы одного разряда схемы сравнения. Выполняемая им функция называется логической равнозначностью или инверсией сложения по модулю 2 (Г Σmod2).

В таблице 7.1 показаны входы и выходы одного разряда схемы сравнения. Для того чтобы, например, сделать 32-ух разрядную схему сравнения, необходимо создать линейку из 32-ух, параллельно соединѐнных, одноразрядных схем сравнения. При этом каждый отдельный разряд 32-ух

259