Elementos lógicos e nós de computador. Elementos lógicos e nós de computador típicos. Mecanismos típicos para a implementação de movimentos periódicos

Os componentes físicos e circuitos que compõem o MP e o MPS são seus hardwares. O equipamento é capaz de realizar apenas um conjunto limitado de operações elementares. Todos os outros funcionais. oportunidades são alcançadas pelo software, ou seja, pela organização apropriada de um certo conjunto e sequência de operações elementares da máquina.

Embora no MP o hardware esteja subordinado ao software, ambos estão à inteira disposição do desenvolvedor. Por isso, é necessário conhecer bem quais oportunidades elas proporcionam.

O hardware do MP e MPS é um conjunto de nós lógicos típicos repetitivos, que, por sua vez, são circuitos de elementos lógicos típicos.

Os nós lógicos típicos incluem flip-flops, registradores, contadores, somadores, decodificadores, multiplexadores, sistemas de barramento, dispositivos de armazenamento, etc.

Do ponto de vista dos métodos de transformação da informação, alguns desses nós podem ser classificados como circuitos combinacionais, com a ajuda dos quais operações aritméticas e lógicas são realizadas em duas palavras multi-bit.

Os circuitos combinados são circuitos sem memória.

A outra parte são os circuitos sequenciais que realizam as operações de armazenamento, deslocamento, contagem e transmissão de informações. Os circuitos sequenciais contêm elementos de memória (SE).

A funcionalidade do MP é determinada principalmente por sua parte de combinação, que forma a base da ALU.

Devido a limitações no escopo do manual, apenas os barramentos serão discutidos abaixo e os tipos de dispositivos de armazenamento serão descritos brevemente.

O princípio do trunking fornece a principal maneira de reduzir o número de conexões nos sistemas - é o uso de pneus. O número de conexões possíveis para um determinado bloco é limitado pelas restrições de layout de circuitos integrados ou placas de circuito impresso. Além disso, geralmente é desejável manter o número de conexões no mínimo, uma vez que elas constituem a maior parte do custo do dispositivo.

Os barramentos são canais de informação comuns, ou seja, canais usados ​​por muitos dispositivos em um sistema. No caso geral, as informações nos barramentos são transmitidas na forma de palavras, que são um grupo de bits. Bits individuais de uma palavra podem ser transmitidos em linhas separadas no barramento, ou podem ser transmitidos em uma única linha sequencialmente no tempo. No primeiro caso, os barramentos são chamados de paralelos e, no segundo, de série.

Assim, um barramento é uma linha ou conjunto de linhas conectando dispositivos lógicos separados e permitindo que um dispositivo envie dados para um ou mais outros dispositivos.

O barramento pode ser unidirecional - neste caso, alguns dispositivos sempre atuam como emissores, enquanto outros sempre atuam como receptores, o barramento pode ser bidirecional - neste caso, cada dispositivo conectado ao barramento pode em algum ponto enviar sinais para outros dispositivos.

Do ponto de vista técnico, o método de troca de informações via barramentos se reduz à criação de cascatas de buffers bidirecionais com três estados estáveis ​​e à implementação de multiplexação no tempo dos canais de troca.

Exemplos de implementação física de barramentos são: um barramento de projeto especial, constituído de fios flexíveis, e um barramento feito na forma de circuito impresso. A qualquer momento, conhecendo o estado lógico do barramento, você pode determinar totalmente o caminho que os dados percorrem no sistema de um ponto a outro.

Para sistemas microprocessados, a arquitetura mais comum é com três barramentos: endereço, dados e controle. O barramento de endereços é sempre unidirecional (em relação ao IP).

Ao usar uma organização de barramento tanto dentro do cristal quanto ao conectar vários LSIs a um barramento externo, surgem dificuldades devido às maneiras pelas quais vários elementos são conectados a uma linha de barramento comum.

A possibilidade de conectar várias entradas de elementos lógicos ao barramento é limitada apenas pela capacidade de carga dos circuitos à saída dos quais este barramento está conectado. Ao usar circuitos de buffer potentes, a capacidade de carga é suficiente para a maioria dos casos práticos de organização de barramento.

É mais difícil organizar a conexão das saídas de vários elementos a um barramento. Existem três maneiras de resolver este problema: união lógica; combinação usando circuitos de coletor aberto (“lógica de fiação”); associação usando circuitos tri-state.

Uma análise das características das várias formas de organização de barramentos comuns no MP e MPS permite tirar conclusões que são confirmadas por desenvolvimentos práticos: ao organizar os barramentos internos do MP, em regra, combinações lógicas e combinações usando coletor aberto circuitos são usados; na organização de rodovias externas ao MP, via de regra, utiliza-se a lógica com três estados.

Um computador é um dispositivo complexo composto por muitos dispositivos interconectados (processador, memória, controladores, etc.) que executam determinadas funções para garantir o processo computacional de processamento de dados. Cada dispositivo é baseado em LSI ou VLSI e é uma coleção de unidades menores (ALU, CU, RAM, ROM, etc.). O funcionamento destes dispositivos é assegurado através de unidades eletrónicas típicas (VERÕES, REGISTORES, GATILHOS, ENCODERS, DECODERS, SHIFTERS), e cada unidade eletrónica típica é um conjunto de elementos lógicos (portas).

Elemento lógico (portão) - esta é a menor parte funcional em que um computador pode ser dividido durante o projeto lógico e a implementação técnica. Implementado fisicamente como circuitos eletrônicos usando três operações lógicas básicas: e ou não .

Os elementos lógicos de um computador operam com sinais elétricos (pulsos) que possuem dois estados diferentes (logicamente 1 ou 0). As formas mais comuns de representação física da informação são impulsos. e potencial.

Com o método de pulso, código 1 - a presença de um impulso elétrico / código 0 - sua ausência. O impulso é caracterizado por amplitude e duração, e a duração deve ser menor que o ciclo de tempo da máquina);

Com um método de potencial, o código 1 é um nível de alta tensão / código 0 é um nível de baixa tensão ou sua ausência. O nível de tensão não muda durante todo o ciclo da máquina. A forma e a amplitude do sinal não são levadas em consideração. Apenas o próprio fato da presença ou ausência de potencial é registrado).

A operação NÃO é implementada com inversor, cujo diagrama se parece com:

A operação AND é implementada usando Conjuntor, cujo diagrama se parece com:

A operação OR é implementada usando disjuntor, cujo diagrama se parece com:

Usando esses esquemas, você pode implementar qualquer função lógica que descreva a operação de dispositivos de computador. Normalmente, as válvulas têm até oito entradas e uma ou duas saídas.

Elementos e nós do computador.

Um elemento de computador é a menor parte estrutural e funcional de um computador que é usada em seu projeto lógico e implementação tecnológica. De acordo com sua finalidade, eles são divididos em lógicos, de memória e auxiliares.

Os elementos lógicos implementam operações lógicas e são usados ​​tanto para construir circuitos lógicos complexos (nós) quanto para controlar a operação de blocos individuais e dispositivos de computador.

Os elementos de memória são projetados para armazenar e emitir informações binárias.

Os elementos auxiliares são usados ​​com mais frequência para fornecimento de energia e coordenação da operação de várias unidades de computador.

Considere o princípio de construção e operação de elementos e nós amplamente utilizados em computadores.

Acionar - um autômato digital elementar com dois estados estáveis. O estado 0 na saída Q corresponde ao estado desligado e Q=1 - ligado. Os gatilhos armazenam informações e permanecem no estado especificado após o término dos sinais de comutação. Eles são amplamente utilizados amplamente utilizados no processamento de informações digitais.
Os gatilhos RS, T, D, JK são diferenciados pelo método de organizar conexões lógicas que determinam as características do funcionamento. Destes, o gatilho JK é chamado de universal, pois todos os outros tipos de gatilhos podem ser obtidos a partir dele.

O princípio de funcionamento do gatilho JK está bem explicado no gráfico de transição.

Esquemas de comutação de gatilho JK:

Gatilho T assíncrono - um gatilho de contagem, a cada dois sinais na entrada T formam um sinal na saída.

Gatilho T síncrono - um gatilho de contagem, a cada dois sinais na entrada C formam um sinal na saída, se houver um 1 lógico na entrada T.

Gatilho D síncrono - implementa a função de atraso de tempo. Opera de acordo com a seguinte tabela de saltos.

Um flip-flop RS assíncrono é um autômato digital elementar com dois estados estáveis ​​e duas entradas R e S, funcionando de acordo com a tabela de transição a seguir.

O flip-flop RS síncrono difere dos flip-flops RS assíncronos porque, além das entradas de informação, possui uma entrada de sincronização C. Quando C=0, o flip-flop está no modo de armazenamento de informação. Com C=1, o flip-flop síncrono funciona como um flip-flop RS assíncrono.

Registros - são nós de computador que servem para armazenar informações na forma de palavras de máquina ou suas partes, bem como para realizar algumas transformações lógicas nas palavras. São máquinas digitais Mile feitas em gatilhos.
Os registradores são capazes de realizar as seguintes operações:
- ajuste do registrador para o estado 0 ou 1 (em todas as saídas);
- recepção e armazenamento no registrador de palavras de n bits;
- deslocamento armazenado no registro do código binário da palavra para a direita ou para a esquerda por um determinado valor de bits;
- conversão do código da palavra armazenada em serial e vice-versa, ao receber ou emitir dados binários;
- operações lógicas bit a bit.

Abaixo está uma designação gráfica condicional do registro universal e o objetivo de suas conclusões:

Contadores - nós de computador que contam e armazenam o código para o número de sinais contados. São autômatos de Moore digitais, nos quais o novo estado do contador é determinado pelo seu estado anterior e pelo estado da variável lógica na entrada.
O estado interno dos contadores é caracterizado pelo fator de conversão K, que determina o número de seus estados estáveis. Os principais parâmetros são a resolução (o tempo mínimo entre dois sinais que são fixados de forma confiável) ou desempenho máximo e capacidade de informação. A designação e finalidade das saídas do contador reversível são mostradas na figura abaixo.

Decodificador, ou esquema eleitoral, - este é um nó de computador em que cada combinação de sinais de entrada corresponde à presença de um sinal em um barramento bem definido na saída (dispositivo de combinação). Os decodificadores são amplamente utilizados para converter códigos binários em sinais de controle para vários dispositivos de computador.

codificador, ou codificador, - este é um nó de computador que converte um código unitário em algum código posicional. Se o código de saída for binário posicional, o codificador será chamado de binário. Com a ajuda de codificadores, é possível converter dígitos decimais em representação binária usando qualquer outro código binário-decimal.

Conversores de código - estes são nós de computador projetados para codificar números. Os conversores de código incluem: conversores binário-decimal, conversores de display digital, conversores de um código direto de números binários para um código inverso ou adicional, etc.

Multiplexadores - estes são nós que convertem códigos digitais paralelos em seriais. Neste dispositivo, a saída é conectada a uma das entradas, dependendo do valor das entradas de endereço. Os multiplexadores são amplamente utilizados para a síntese de dispositivos combinatórios, pois isso contribui para uma redução significativa no número de microcircuitos utilizados.

Desmultiplexadores - estes são nós que convertem informações de forma serial para paralela. A entrada de informação D está ligada a uma das saídas Qi determinadas pelos sinais de endereço A0 e A1.

Adicionador - este é o nó no qual é realizada a operação aritmética de somar os códigos digitais de dois números binários.

Usando somadores de bit único, você pode construir somadores de vários bits.

Ao considerar a estrutura de qualquer computador, geralmente é realizada em detalhes. Como regra, as seguintes unidades estruturais são distinguidas na estrutura de um computador: dispositivos, nós, blocos e elementos.

O nível inferior de processamento é implementado por elementos. Cada elemento é projetado para processar sinais elétricos únicos correspondentes a bits de informação. Os nós fornecem processamento simultâneo de um grupo de sinais - palavras de informação. Blocos eles implementam uma certa sequência no processamento de palavras de informação - uma parte funcionalmente separada das operações da máquina (bloco de busca de instruções, bloco de escrita-leitura, etc.). Dispositivos projetado para realizar operações individuais da máquina e suas sequências.

No caso geral, qualquer unidade estrutural de um computador fornece a transformação da informação de entrada X em saída Y (ver Fig. 2.1).

Todos os computadores modernos são construídos em sistemas de circuito integrado (IC). Um microcircuito eletrônico é chamado de integrado se seus componentes e conexões entre eles são feitos em um único ciclo tecnológico, em uma única base e possuem uma proteção comum contra influências mecânicas. Cada microcircuito é um circuito eletrônico em miniatura formado em camadas em um cristal semicondutor: silício, germânio, etc. A composição dos conjuntos de microprocessadores inclui vários tipos de microcircuitos, mas todos eles devem ter um único tipo de conexão intermódulo com base na padronização dos parâmetros do sinal de interação (amplitude, polaridade, duração do pulso, etc.). A base do conjunto geralmente é composta por grandes circuitos integrados LSI e até ultragrandes. O próximo passo é esperar o aparecimento de circuitos integrados ultragrandes (UBIS). Além deles, geralmente são utilizados microcircuitos com pequeno e médio grau de integração (SIS). Funcionalmente, os microcircuitos podem corresponder a um dispositivo, nó ou bloco, mas cada um deles consiste em uma combinação dos elementos lógicos mais simples que implementam as funções de geração, conversão, armazenamento de sinais, etc.

Os elementos do computador podem ser classificados de acordo com vários critérios. Na maioria das vezes, esses sinais são: o tipo de sinais, a finalidade dos elementos, a tecnologia de sua fabricação etc.

Dois métodos de representação física de sinais são amplamente utilizados em computadores: pulso e potencial. Com o método de pulso de representação de sinais, a presença de um pulso (corrente ou tensão) é associada a um único valor de uma variável binária e a ausência de um pulso é associada a um valor zero (Fig. 3.1, uma). A duração do sinal de pulso não excede um ciclo de pulsos de clock.

Com uma representação potencial ou estática de sinais, o valor de uma variável binária é exibido como um único nível de alta tensão e um valor zero é exibido como um nível baixo (Fig. 3.1, b).

Arroz. 3.1.uma - sinais de impulso; b- sinais potenciais

Independentemente do tipo de sinais, distinguem-se códigos seriais e paralelos para a transmissão e apresentação de informações em um computador.

Com um código de representação de dados seriais, são usados ​​barramentos únicos ou linhas de transmissão, nas quais os sinais correspondentes aos bits de dados individuais são separados no tempo. O processamento de tais informações é realizado sequencialmente bit a bit. Este tipo de representação e transmissão de dados requer esquemas de processamento de dados muito econômicos em termos de custos de hardware. O tempo de processamento é determinado pelo número de sinais processados ​​(dígitos).

Um código paralelo para exibição e transmissão de informações implica a fixação paralela e simultânea de todos os bits de dados em diferentes barramentos, ou seja, o código de dados paralelos é implantado no espaço. Isso permite acelerar o processamento no tempo, mas os custos de hardware aumentam proporcionalmente ao número de bits processados.

Em todos os computadores, também são usados ​​códigos seriais paralelos para representar informações. Nesse caso, as informações são exibidas em partes. As partes são processadas sequencialmente e cada parte dos dados é representada por um código paralelo.

De acordo com sua finalidade, os elementos são divididos em formativos, lógicos e de memória.

Para elementos formadores incluem vários shapers, amplificadores, amplificadores shaper, etc. Esses elementos servem para gerar certos sinais elétricos, restaurar seus parâmetros (amplitude, polaridade, potência, duração).

Cada computador possui blocos especiais que geram sinais de clock, uma série de sinais de sincronização e controle que coordenam a operação de todos os circuitos do computador. O intervalo de tempo entre os pulsos da frequência fundamental é chamado de ciclo de clock. A duração do ciclo é uma característica importante do computador, que determina seu desempenho potencial. O tempo de execução de qualquer operação do computador está associado a um certo número de ciclos.

Protozoários elementos lógicos transformar os sinais de entrada de acordo com as funções lógicas elementares discutidas no parágrafo 2.4. Por sua vez, os sinais recebidos podem formar o próximo nível de sinais, e assim por diante.Transformações complexas de acordo com as dependências lógicas requeridas podem levar à construção de circuitos multiníveis. Cada um desses circuitos é uma composição dos circuitos lógicos mais simples.

elemento de memória chama-se um elemento capaz de receber e armazenar o código de um dígito binário (um ou zero). Elementos de memória podem lembrar e armazenar os valores iniciais de algumas quantidades, valores intermediários de processamento e os resultados finais dos cálculos. Somente elementos de memória em circuitos de computador permitem processar informações levando em consideração seu desenvolvimento.

Apesar do design e finalidade diferentes das máquinas, as peças e montagens nelas são basicamente as mesmas (típicas, normais e padrão). Unidades de montagem e peças podem ser divididas em elementos em geral finalidade (parafusos, porcas, engrenagens, eixos, etc.) e elementos especial finalidades que são utilizadas em tipos especiais de máquinas (trado, pistão, cilindro, etc.) - Considerar a classificação de elementos de uso geral.

O primeiro grupo de elementos - conexões- é o mais comum. As conexões (peças de conexão) são projetadas para fixar a posição relativa das peças e combiná-las em unidades de montagem e montagens. Estes incluem conexões soldadas, rebitadas, rosqueadas, eixo-cubo, etc.

O segundo grupo de elementos - transmissão. Eles realizam a transferência de energia do motor para o órgão executivo. Este grupo inclui:

elementos, transmissão do movimento de rotação. Eles são divididos em transmissões noivado- cilíndrica, cônica, planetária, onda, sem-fim e corrente; transmissão atrito - correia, fricção, bem como eixos e acoplamentos que os conectam. Suas partes principais são engrenagens e rodas sem-fim, sem-fim, polias, rodas dentadas, correias, correntes;

elementos, movimento transformador. Estas são engrenagens de alavanca, came, porca de parafuso. Suas peças são alavancas, hastes, cames, copiadoras, parafusos de chumbo, porcas.

O terceiro grupo de elementos inclui rolamento e baseing elementos:

eixos e eixos que suportam peças rotativas (além disso, os eixos transmitem torque);

rolamentos - rolamentos de eixos e eixos rotativos, baseados em partes do corpo;

guias que suportam peças progressivamente móveis;

peças do corpo e do rolamento - as principais partes da caixa de engrenagens que percebem cargas (outras peças e conjuntos são montados e baseados neles).

Grupos separados são:

dispositivos para proteção de nós contra poluição (vedações, invólucros, tampas);

sistemas de lubrificação (bicos, conexões, jatos, tubulações);

elementos elásticos (molas, molas, amortecedores).

Um grupo especial inclui elementos para fins especiais, por exemplo, aeronaves são caracterizadas por hélices, trem de pouso, ailerons, quadros, longarinas, etc.

Um exemplo de mecanismo que contém a maioria dos elementos de uso geral é um redutor. Caixas de velocidades  mecanismos usados ​​para reduzir as velocidades angulares e aumentar o torque, feitos na forma de uma unidade separada. De acordo com a classificação, o redutor possui os seguintes elementos: carcaça 1, engrenagem 2, haste 3 , consequência 4 e embreagem 5 .

classificação de elementos de objetos técnicosbens para produção características tecnológicas:

Peças metálicas fabricadas por usinagem, fundição, soldagem, estampagem, forjamento, etc.;

Peças não metálicas obtidas por prensagem, moldagem, colagem.

O método de fabricação determina a aparência da peça e suas características de resistência.

Um grupo especial inclui elementos do sistema de controle, incluindo dispositivos elétricos e eletrônicos, que não serão considerados.

Pela natureza da carga as partes podem ser divididas em percepção de carga estática ou dinâmica ou impacto.