Вычислительная техника и программирование/Занятие 8

Моделирование работы узлов ЭВМ

Задание 1

• Запустить Java-апплет - онлайн симуляторы электронных устройств
• В меню Сircuits выбрать Blank Сircuit
  • Выбрать Logic Gates > Add Inverter
  • Выбрать Logic Input
  • Выбрать Logic Output
• Промоделировать инвертор.

Задание 2

• По указанию преподавателя создать схему.
• Проверить работу схемы.

Задание 3

Знакомство с принципом работы регистров.

Краткая теория

Регистры — устройства для временного хранения и преобразования информации в виде много разрядных двоичных чисел. Регистры наряду со счетчиками и запоминающими устройствами являются наиболее распространенными устройствами цифровой техники. При сравнительной простоте регистры обладают большими функциональными возможностями. Они используются в качестве управляющих и запоминающих устройств, генераторов и преобразователей кодов, счетчиков, делителей частоты, узлов временной задержки. Элементами структуры регистров являются триггеры D- или JK- типа с динамическим или статическим управлением. Одиночный триггер может запоминать (регистрировать) один разряд (бит) двоичной информации. Такой триггер можно считать одноразрядным регистром. Занесение информации в регистр называют операцией ввода или записи. Выдача информации к внешним устройствам характеризует операцию вывода или считывания. Запись информации в регистр не требует его предварительного обнуления.

Все регистры в зависимости от функциональных свойств подразделяются на две категории — накопительные (регистры памяти, хранения) и сдвигающие. В свою очередь, сдвигающие регистры делятся по способу ввода и вывода информации на параллельные и последовательно-параллельные и комбинированные, по направлению передачи (сдвига) информации — на однонаправленные и реверсивные.

На рисунке показана схема простейшего четырехразрядного регистра на D — триггерах, в котором информация заносится последовательно, начиная с младшего разряда.

Создайте модель приведенной выше схемы и проанализируйте работу регистра.

Задание 4

Оперативное запоминающее устройство

Краткая теория

Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) являются неотъемлемой частью микропроцессорных систем различного назначения. ОЗУ делятся на два класса: статические и динамические. В статических ОЗУ запоминание информации производится на триггерах, а в динамических – на конденсаторах емкостью 0,5 пФ. Длительность хранения информации в статических ОЗУ не ограничена, тогда как в динамических ОЗУ она ограничена временем саморазряда конденсатора, что требует специальных средств регенерации и дополни-тельных затрат времени на этот процесс.

На рисунке показана ячейка статического ОЗУ на D-триггере и вспомогательных логических элементах. Информационный вход ячейки подключен к шине данных D1 одного из разрядов, ее выход – к соответствующей шине D0 через элемент с тремя состояниями U6. Ячейка выбирается сигналами Y=1, X=1, поступающими с дешифратора адреса. При записи в ячейку памяти на D1 устанавливается 1 или 0,на входе WR/RD’ – сигнал 1, в результате чего срабатывают элементы 2И U1, U2. Положительный перепад сигнала с элемента U2 поступает на тактовый вход D-триггера U4 и в нем записывается 1 или 0 в зависимости от уровня сигнала на его D-входе. При чтении на входе WR/RD’ устанавливается 0, при этом срабатывают элементы U1,U3,U5 и на вход РАЗРЕШЕНИЕ ВЫХОДА буферного элемента U6 поступает разрешающий сигнал, в результате чего сигнал с Q-выхода D-триггера передается на разрядную шину D0, состояние которой индицируется логическим пробником IND.

Элемент с тремя состояниями может быть смоделирован с помощью инструмента Analog switch в разделе активные компоненты.

Запоминающие устройства статического типа отличаются высоким быстродействием и в компьютерах используются в качестве так называемой кэш-памяти.

Создайте модель и проанализируйте работу ОЗУ, схема которого приведена выше.