Лекции по схемотехнике

на главную - закладки

Жанры

Шрифт:

Введение

Электронные вычислительные машины выполняют арифметические и логические операции, при этом используется два класса переменных: числа и логические переменные.

Числа несут информацию о количественных характеристиках системы; над ними производятся арифметические действия.

Логические переменные  определяют состояние системы или принадлежность её к определённому классу состояний (коммутация каналов, управление работой ЭВМ по программе и т.п.).

Логические переменные могут принимать только два значения: истина и ложь. В устройствах цифровой обработки информации этим двум значениям переменных

ставится в соответствие два уровня напряжения: высокий — (логическая «1») и низкий — (логический 0»). Однако в эти значения не вкладывается смысл количества.

Элементы, осуществляющие простейшие операции над такими двоичными сигналами, называют логическими. На основе логических элементов разрабатываются устройства, выполняющие и арифметические, и логические операции.

В настоящее время логические элементы (ЛЭ) выполняются с помощью различных технологий, которые определяют численные значения основных параметров ЛЭ и, как следствие, качественные показатели цифровых устройств обработки информации, разработанных на их основе. Поэтому в данном пособии схемотехнике и параметрам ЛЭ различных технологий уделено должное внимание.

1 Арифметические и логические основы ЭВМ

1.1 Арифметические основы ЭВМ

В настоящее время в обыденной жизни для кодирования числовой информации используется десятичная система счисления с основанием 10, в которой используется 10 элементов обозначения: числа 0, 1, 2, … 8, 9. В первом (младшем) разряде указывается число единиц, во втором — десятков, в третьем — сотен и т.д.; иными словами, в каждом следующем разряде вес разрядного коэффициента увеличивается в 10 раз.

В цифровых устройствах обработки информации используется двоичная система счисления с основанием 2, в которой используется два элемента обозначения: 0 и 1. Веса разрядов слева направо от младших разрядов к старшим увеличиваются в 2 раза, то есть имеют такую последовательность: 8421. В общем виде эта последовательность имеет вид:

…252423222120,2– 12– 22– 3

и используется для перевода двоичного числа в десятичное. Например, двоичное число 101011 эквивалентно десятичному числу 43:

 25·1+24·0+23·1+22·0+21·1+20·1=43 

В цифровых устройствах используются специальные термины для обозначения различных по объёму единиц информации: бит, байт, килобайт, мегабайт и т.д.

Бит или двоичный разряд определяет значение одного какого-либо знака в двоичном числе. Например, двоичное число 101 имеет три бита или три разряда. Крайний справа разряд, с наименьшим весом, называется младшим, а крайний слева, с наибольшим весом, — старшим

Байт определяет 8-разрядную единицу информацию, 1 байт=23 бит, например, 10110011 или 01010111 и т.д., 1 кбайт = 210 байт, 1 Мбайт = 210 кбайт = 220 байт.

Для представления многоразрядных чисел в двоичной системе счисления требуется большое число двоичных разрядов. Запись облегчается, если использовать шестнадцатеричную систему счисления. 

Основанием шестнадцатеричной системы счисления является число 16=24, в которой используется 16 элементов обозначения: числа от 0 до 9 и буквы A, B, C, D, E, F. Для перевода двоичного числа в шестнадцатеричное достаточно двоичное число разделить на четырёхбитовые

группы: целую часть справа налево, дробную — слева направо от запятой. Крайние группы могут быть неполными.

Каждая двоичная группа представляется соответствующим шестнадцатеричным символом (таблица 1). Например, двоичное число 0101110000111001 в шестнадцатеричной системе выражается числом 5C39.

Пользователю наиболее удобна десятичная система счисления. Поэтому многие цифровые устройства, работая с двоичными числами, осуществляют приём и выдачу пользователю десятичных чисел. При этом применяется двоично-десятичный код.

Двоично-десятичный код образуется заменой каждой десятичной цифры числа четырёхразрядным двоичным представлением этой цифры в двоичном коде (См. таблицу 1). Например, число 15 представляется как 00010101 BCD (Binary Coded Decimal). При этом в каждом байте располагаются две десятичные цифры. Заметим, что двоично-десятичный код при таком преобразовании не является двоичным числом, эквивалентным десятичному числу.

1.2 Логические основы ЭВМ

Раздел математической логики, изучающий связи между логическими переменными, имеющими только два значения, называется алгеброй логики. Алгебра логики разработана английским математиком Дж. Булем и часто называется булевой алгеброй. Алгебра логики является теоретической базой для построения систем цифровой обработки информации. Вначале на основе законов алгебры логики разрабатывается логическое уравнение устройства, которое позволяет соединить логические элементы таким образом, чтобы схема выполняла заданную логическую функцию.

Таблица 1 – Коды чисел от 0 до 15

Десятичное число Коды
Двоичный 16-ричный Двоично-десятичный
0 0000 0 000
1 0001 1 0001
2 0010 2 0010
3 0011 3 0011
4 0100 4 0100
5 0101 5 0101
6 0110 6 0110
7 0111 7 0111
8 1000 8 1000
9 1001 9 1001
10 1010 A 00010000
11 1011 B 00010001
12 1100 C 00010010
13 1101 D 00010011
14 1110 E 00010100
15 1111 F 00010101

Книги из серии:

Без серии

[5.0 рейтинг книги]
[5.0 рейтинг книги]
[5.0 рейтинг книги]
[5.0 рейтинг книги]
[5.0 рейтинг книги]
[5.0 рейтинг книги]
[5.0 рейтинг книги]
Комментарии:
Популярные книги

Черный дембель. Часть 1

Федин Андрей Анатольевич
1. Черный дембель
Фантастика:
попаданцы
альтернативная история
5.00
рейтинг книги
Черный дембель. Часть 1

Мама из другого мира. Чужих детей не бывает

Рыжая Ехидна
Королевский приют имени графа Тадеуса Оберона
Фантастика:
фэнтези
8.79
рейтинг книги
Мама из другого мира. Чужих детей не бывает

Истинная поневоле, или Сирота в Академии Драконов

Найт Алекс
3. Академия Драконов, или Девушки с секретом
Любовные романы:
любовно-фантастические романы
6.37
рейтинг книги
Истинная поневоле, или Сирота в Академии Драконов

Барон нарушает правила

Ренгач Евгений
3. Закон сильного
Фантастика:
фэнтези
попаданцы
аниме
5.00
рейтинг книги
Барон нарушает правила

Новый Рал 8

Северный Лис
8. Рал!
Фантастика:
попаданцы
аниме
5.00
рейтинг книги
Новый Рал 8

Любовь Носорога

Зайцева Мария
Любовные романы:
современные любовные романы
9.11
рейтинг книги
Любовь Носорога

Огни Аль-Тура. Желанная

Макушева Магда
3. Эйнар
Любовные романы:
любовно-фантастические романы
эро литература
5.25
рейтинг книги
Огни Аль-Тура. Желанная

Варлорд

Астахов Евгений Евгеньевич
3. Сопряжение
Фантастика:
боевая фантастика
постапокалипсис
рпг
5.00
рейтинг книги
Варлорд

Империя ускоряется

Тамбовский Сергей
4. Империя у края
Фантастика:
альтернативная история
6.20
рейтинг книги
Империя ускоряется

Инкарнатор

Прокофьев Роман Юрьевич
1. Стеллар
Фантастика:
боевая фантастика
рпг
7.30
рейтинг книги
Инкарнатор

Последний Паладин

Саваровский Роман
1. Путь Паладина
Фантастика:
фэнтези
попаданцы
аниме
5.00
рейтинг книги
Последний Паладин

Ученик

Первухин Андрей Евгеньевич
1. Ученик
Фантастика:
фэнтези
6.20
рейтинг книги
Ученик

Везунчик. Дилогия

Бубела Олег Николаевич
Везунчик
Фантастика:
фэнтези
попаданцы
8.63
рейтинг книги
Везунчик. Дилогия

На границе империй. Том 9. Часть 5

INDIGO
18. Фортуна дама переменчивая
Фантастика:
космическая фантастика
попаданцы
5.00
рейтинг книги
На границе империй. Том 9. Часть 5