Гудилин А.Е. Архитектура ЭВМ, узлы и подсистемы

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра автоматики и управления

681.3(07)

Г935

А.Е.Гудилин

АРХИТЕКТУРА ЭВМ,

УЗЛЫ И ПОДСИСТЕМЫ

Учебное пособие

Челябинск

Издательство ЮУрГУ

2004

УДК 681.3.002(075.8) + 681.3.02(075.8)

Гудилин А.Е. Архитектура ЭВМ, узлы и подсистемы: Учебное пособие. –

Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2004.

В пособии описаны 18 практических работ по исследованию элементной базы

и узлов ЭЦВМ, приведены листинги трёх примерных программ из программной

подсистемы персональных компьютеров типа IBM PC. Все практические работы

рассчитаны на выполнение в среде моделирующей программы Electronics Work-

bench (или MultiSim), а программная подсистема представлена примерами трёх ти-

пов программ на языке Ассемблера для компилятора TASM.

Использование программ моделирования узлов и подсистем ЭВМ позволяет

выполнять практические работы самостоятельно на своих персональных компью-

терах. Приведенные описания являются лишь примерами исследования некоторых

узлов и подсистем, и каждый студент самостоятельно может разработать свои

учебно-исследовательские практические работы на интересующие его темы.

Пособие предназначено для студентов специальности «Управление и инфор-

матика в технических системах» дневной и заочной форм обучения.

Ил. 33, табл. 18, список лит. – 4 назв.

Одобрено учебно-методической комиссией приборостроительного

факультета.

Рецензенты: Ермакова В.И., Андреев В.Д.

Лабораторная работа № 1

БАЗОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИНСТРУМЕНТАРИЙ

ПРОГРАММЫ

Цель работы: изучение логических элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ и измеритель-

ных приборов для их исследования.

Рис. 1.1. Схема исследования

Описание схемы исследования

Для исследования выбраны два двухвходовых логических элемента (ЛЭ) –

элемент И-НЕ (ЛЭ Шеффера) и элемент ИЛИ-НЕ (ЛЭ Пирса), обозначенных на

рис. 1.1 соответствующими символами. Для задания входных сигналов ЛЭ исполь-

зуется функциональный генератор (ФГ) из инструментария программы и контакт-

ный переключатель, обозначенный Q. Для задания уровня логической единицы ис-

пользуется источник питания +5 В с последовательным включением резистора с

сопротивлением 1 кОм из библиотеки пассивных элементов программы. На вторые

входы ЛЭ подаётся сигнал с генератора кодов (GK), построенного с использовани-

ем двоичного четырёхразрядного счётчика на D-триггерах (рис. 1.2), и предназна-

ФГ

– 0 +

+5 В

1 К

ЛА

ЭО

ченного специально для проведения лабораторных работ. GK средствами програм-

мы включается в состав пользовательской библиотеки А [1].

Рис. 1.2. Схема счётчика – генератора кодов (GK)

Для наблюдения временных диаграмм работы ЛЭ используются двухканаль-

ный электронный осциллограф (ЭО) и восьмиканальный или шестнадцатиканаль-

ный логический анализатор (ЛА). Во время проведения исследования ЭО подклю-

чается поочерёдно на выход ФГ, на входы и выходы ЛЭ. ЛА сразу подключается

входами разных каналов на выход ФГ, входы и выходы ЛЭ. Двойной клик на под-

водящих проводах позволяет изменить цвет проводов и цвет изображения на экра-

нах ЭО и ЛЭ. Выходной сигнал ФГ устанавливается сначала синусоидальной фор-

мы, с частотой 1 Гц, с амплитудой 2 В и со смещением 2 В, а затем форма сигнала

D ТТ

От ФГ

изменяется на прямоугольную с теми же параметрами.

Для визуального отображения состояния сигналов на входах и выходах ЛЭ

используются цветовые индикаторы из библиотеки индикаторных элементов про-

граммы.

Содержание работы

1. Набрать схему из библиотечных элементов и измерительных приборов про-

граммы.

2.Установить параметры синусоидального сигнала с выхода функционального

генератора.

3. Запустить процесс моделирования схемы.

4. Подключив один канал ЭО на выход функционального генератора, а второй

– на выход x0 GK и выходы ЛЭ И-НЕ, а затем ИЛИ-НЕ, изучить временные диа-

граммы работы ЛЭ при различных положениях переключателя Q с помощью ЭО и

(для сравнения) с помощью ЛА.

5. Установить параметры сигнала прямоугольной формы с выхода функцио-

нального генератора.

6. Подключив один канал ЭО на выход функционального генератора, а второй

– на выход x0 GK и выходы ЛЭ И-НЕ, а затем ИЛИ-НЕ, изучить временные диа-

граммы работы ЛЭ при различных положениях переключателя Q с помощью ЭО и

(для сравнения) с помощью ЛА.

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать результаты исследования по следующим пунктам.

1. Схему исследования.

2. Временные диаграммы работы схемы при синусоидальном и прямоуголь-

ном сигнале на выходе ФГ. По этим временным диаграммам должна быть дана

сравнительная характеристика ЭО и ЛА, определены области их применения.

3. Таблицы истинности для ЛЭ, исследуемых в настоящей работе.

4. Выводы по результатам исследований, выполненных в настоящей лабора-

торной работе.

Лабораторная работа № 2

МИНИМИЗАЦИЯ БУЛЕВЫХ ФУНКЦИЙ

Цель работы: изучение способов описания и минимизации функций алгебры

логики (ФАЛ) с использованием карт Вейча и реализация ФАЛ в базисе И-НЕ (ЛЭ

Шеффера). Варианты ФАЛ заданы в табл. 1, 2.

Задания вариантов ФАЛ

Таблица 1

Код 0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17

Y1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 x 1 x 0 0 x 0

Y2 x 0 0 1 x 0 1 0 0 1 0 0 1 x 0 0

Y3 0 0 x 1 0 0 0 0 0 1 x 0 1 x 0 1

Y4 0 1 0 0 0 1 x x x 0 1 1 0 0 0 0

Y5 x 1 0 0 0 0 x 0 0 0 1 0 0 x 1 1

Y6 x 1 x 1 0 1 1 0 x 0 0 0 0 0 0 0

Y7 0 0 0 0 0 1 0 0 x 1 1 0 x 1 0 x

Y8 0 0 0 0 1 x 0 0 1 1 1 x 0 0 0 x

Y9 0 0 1 0 x 0 0 0 x 1 1 0 0 0 1 x

Y10 x 0 0 1 1 0 0 0 x 0 0 x 1 0 1 0

Y11 0 0 0 X 1 1 0 x 1 0 0 0 x 0 1 0

Y12 1 0 1 0 x 1 0 1 x 0 0 0 0 x 0 0

Y13 0 x 1 0 x 1 0 0 0 0 0 0 1 0 x 1

Y14 0 x 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 x x 0

Y15 0 0 0 0 1 0 0 x 1 1 1 0 0 0 x x

Y16 1 x 0 1 0 0 0 x x 0 1 0 1 0 0 0

Y17 1 x 0 0 x 0 0 1 x 0 0 0 0 1 1 0

Y18 0 1 x 0 0 x 0 1 0 0 0 0 1 x 1 0

Y19 1 x 0 0 x 1 0 0 0 1 x 0 0 1 0 0

Y20 x 1 0 0 0 0 0 1 0 0 x 1 x 0 0 1

Y21 0 0 0 1 1 x 0 x 1 0 x 1 0 0 0 0

Y22 x 0 0 0 1 0 0 1 x 1 1 0 0 x 0 0

Y23 1 0 1 1 0 1 x 0 0 0 x 0 0 x 0 0

Y24 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 x x x x 0

Таблица 2

Код 0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17

Z1 0 0 x 0 1 0 1 x 1 0 1 0 0 0 x 0

Z2 0 1 0 0 1 0 1 x 0 0 0 x 0 1 x 0

Z3 x 0 1 0 0 0 1 0 0 x x 0 1 0 0 1

Z4 1 1 0 0 0 1 1 x 0 0 0 0 x 0 x 0

Z5 0 0 1 x 1 0 x 1 0 0 x 0 0 0 1 0

Z6 x 0 x x 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0

Z7 0 0 x 0 0 1 1 0 1 0 0 1 x x 0 0

Z8 x 0 0 x 1 0 0 0 0 1 0 0 x 0 1 1

Z9 1 0 0 x 0 0 0 1 0 0 0 1 x 1 x 0

Z10 0 1 0 x 0 0 1 x 1 0 x 1 0 0 0 0

Z11 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 x x x 0 0

Z12 0 1 0 0 x 1 0 x 1 0 0 0 x 1 0 0

Z13 0 x 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 x x

Z14 1 0 0 0 0 1 0 x 1 1 0 0 x 0 x 0

Z15 0 1 x 0 1 1 x 0 x 1 0 0 0 0 0 0

Z16 0 0 0 0 1 x x 0 0 1 1 0 0 1 x 0

Z17 0 1 1 1 0 0 0 x 0 x 0 0 0 1 x 0

Z18 0 x 0 0 0 0 1 1 x 0 0 1 0 x 1 0

Z19 1 0 0 x x 0 0 x 1 0 0 1 0 1 0 0

Z20 1 1 1 0 x 0 0 0 0 1 0 0 0 x x 0

Z21 0 0 x 0 0 x 0 1 1 0 x 0 0 1 1 0

Z22 x 1 1 0 0 0 1 x 0 x 0 0 1 0 0 0

Z23 0 0 x 1 0 1 0 x 1 0 0 x 0 1 0 0

Z24 1 0 x 0 x 0 0 x 1 1 0 0 0 1 0 0

Примечание. Коды наборов переменных даны в таблицах в восьмиричной системе

счисления. На тех кодах наборов, где ФАЛ не определена, проставлена метка (х).

Выполнение лабораторной работы рассмотрим для примера ФАЛ, заданной в

кодированной совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ):

F = 0v3v6v7v13v(2)v(12)v(14).

В ФАЛ F коды наборов переменных даны в восьмиричной системе счисления,

а на наборах (…) ФАЛ не определена.

Поскольку ФАЛ является функцией четырёх переменных, то её аналитическое

описание в СДНФ имеет вид

Минимизация по карте Вейча представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Минимизация ФАЛ по карте Вейча

Минимизированная ФАЛ в ДНФ имеет следующее описание:

Она же при использовании базиса И-НЕ (ЛЭ Шеффера) имеет описание

Описание схемы исследования

На рис. 2.2, 2.3 для задания всех возможных наборов значений переменных

используется генератор кодов GK – четырёхразрядный двоичный счётчик из поль-

зовательской библиотеки, построенный в лабораторной работе № 1.

Этот счётчик запускается от функционального генератора ФГ, задающего

управляющий сигнал прямоугольной формы частотой 1 Гц, амплитудой 2 В и со

смещением 2 В. Для наблюдения временной диаграммы работы схемы реализации

ФАЛ (как минимизированной, так и не минимизированной) используется логиче-

ский анализатор (ЛА).

).()(

)(

11230123

012301230123012301230123

xxxxxxxx

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxF

∨∨

∨∨∨∨∨∨=

7 5 1 3

6 4 0 (2)

16 (14) 10 (12)

17 15 11 13

02301213

xxxxxxxxF ∨∨=

023

012

xxxxxxxxF =

Рис. 2.2. Схема исследования принципиальной схемы реализации

неминимизированной функции

Содержание работы

1. Набрать схему реализации принципиальной схемы неминимизированной

ФАЛ из библиотечных элементов и измерительных приборов программы.

2. Установить параметры сигнала прямоугольной формы с выхода функцио-

нального генератора.

3. Запустить процесс моделирования схемы.

ФГ

– 0 +

ЛА

4. Изучить временные диаграммы работы схемы реализации неминимизиро-

ванной ФАЛ с помощью логического анализатора.

5. Набрать схему реализации принципиальной схемы минимизированной ФАЛ

из библиотечных элементов и измерительных приборов программы.

6. Запустить процесс моделирования схемы.

7. Изучить временные диаграммы работы схемы реализации минимизирован-

ной ФАЛ с помощью ЛА.

Рис. 2.3. Схема исследования принципиальной схемы реализации

минимизированной функции

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать результаты исследования двух схем по следующим

пунктам.

ФГ

– 0 +

ЛА