Файл: Протокол 1 от 28 августа 2020 г. Конспект лекций содержание введение Краткая характеристика дисциплины.doc

Рассмотрено и утверждено на заседании филиала кафедры ИКТ.

Протокол № 1 от 28 августа 2020 г.
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Краткая характеристика дисциплины

Раздел 1 ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ

1.1 Арифметические основы ЦТ

1.1.1 Системы счисления. Основные понятия.

1.1.2 Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

1.1.3 Формы представления чисел в ЭВМ

1.1.4 Способы кодирования двоичных чисел в ЦТ

1.1.5 Двоичная арифметика

1.1.6 Выполнение действий в обратном коде

1.1.7 Выполнение действий в дополнительном коде

1.1.8 Особенности выполнения сложения и вычитания в восьмеричной и шестнадцатеричной системах счисления.

1.1.9 Модифицированные коды двоичных чисел

1.1.10 Особенности арифметических операций над числами с плавающей запятой

1.1.11 Представление алфавитно-цифровой информации и десятичных чисел. Символьные коды.

1.1.12 Сложение десятичных чисел в коде 8421.

1.1.13 Структурные единицы и форматы цифровых данных

1.2 Логические основы цт

1.2.1 Классификация логических устройств. УГО элементов

1.2.2 Формы задания логических функций (ЛФ)

1.2.3 Логические функции одного и двух аргументов

1.2.4 Алгебра логики. Основные законы, теоремы и тождества

1.2.5 Понятие о функционально полных системах (ФПС) логических функций (базиса)

1.2.6 Преобразование логических функций из основного базиса в неосновные

1.2.7 Построение схем логических устройств в различных базисах

1.3 Схемотехнические основы

1.3.1 Общие понятия об элементной базе ЦТ

1.3.2 Классификация и система УГО ЛЭ

1.3.3 Основные параметры ЛЭ

1.3.4 Система условных обозначений интегральных микросхем

1.3.5 Простейшие модели ЛЭ

1.3.6 Сравнительная характеристика ЛЭ

1.4 Анализ и синтез КЦУ

1.4.1 Задачи анализа и синтеза кцу

1.4.2 Представление Логических Функций В ДСНФ И КСНФ

1.4.3 Минимизация Логических Функций

1.4.4 Минимизация логических функций табличным методом

1.4.5 Минимизация неполностью заданных логических функций

1.4.6 Синтез КЦУ

1.4.7 Синтез КЦУ в базисе И, ИЛИ, НЕ

1.4.8 Синтез КЦУ В базисе И—НЕ , ИЛИ—НЕ

РАЗДЕЛ 2 ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА

2.1 Типовые КЦУ

---

2.1.1 Шифраторы

2.1.2 Дешифраторы

2.1.3 Мультиплексоры

2.1.4 Демультиплексоры

2.1.5 Кодопреобразователи

2.1.6 Сумматоры

2.2 Триггерные устройства

2.2.1 Триггеры. Общие сведения

2.2.2 RS-триггер

2.2.3 D-триггер

2.2.4 JK-триггер

2.2.5 Т-триггер

2.3 Регистры памяти и сдвига

2.3.1 Регистры. Общие сведения. Назначение

2.3.2 Классификация регистров

2.3.3 Параллельный регистр

2.3.4 Регистр последовательного действия

2.4 Счетчики и делители частоты

2.4.1 Счетчики. Общие сведения. Назначение. Область применения

2.4.2 Параметры счетчиков

2.4.3 Классификация счетчиков

2.4.4 Суммирующие Двоичные счетчики

2.4.5 Вычитающие счетчики

2.4.6 Недвоичные счетчики

2.4.7 Особенности построения недвоичных счетчиков

2.4.8 Реверсивный счётчик

2.4.9 Делители частоты. Назначение. Особенности построения

ВВЕДЕНИЕ
Общие сведения о цифровой и микропроцессорной технике
Цифровые и микропроцессорные устройства, реализованные на интегральных микросхемах разной степени интеграции, в том числе на микропроцессорных средствах, имеют широкие перспективы использования в цифровых системах передачи и распределения информации, в телевизионной, радиовещательной, радиоприемной, диагностической и другой аппаратуре связи.

В любой сфере человеческой деятельности – в науке, технике, производстве – средства цифровой и микропроцессорной техники направлены на повышение производительности труда за счет:

- автоматизированного управления технологическими процессами, включая автоматизированные контроль и диагностику технических средств;

- использования ЭВМ для автоматизированного проектирования, научных исследований, административно-организационного управления.

Цифровая и микропроцессорная техника развиваются очень динамично. Буквально за несколько десятилетий, с момента возникновения первой электронной цифровой вычислительной машины ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) в 1954 году, происходят смены поколений персональных компьютеров, в которых используется более производительные процессоры, более емкие запоминающие устройства, более совершенные устройства ввода-вывода информации, более эффективные программные продукты.

---

Следовательно, любые задачи по сбору, обработке и хранению информации могут решаться более быстро, с меньшими затратами материальных средств и интеллектуальных усилий. Именно поэтому цифровые методы обработки информации захватывают все новые технические области: телефонную связь, телевидение, управление предприятиями, а также все более уверенно вторгаются в сугубо нетехнические области: библиотеки, архивы, регистратуры больниц, музеи, деканаты и бухгалтерии ВУЗов, отделы кадров и т.д.

Новая компьютерная технология обработки информации не только облегчает труд людей, но и придает новые качества процессам организации их деятельности во всех сферах. Общественность всех передовых стран уже давно осознала, что компьютерная грамотность является не модой, а необходимостью.Во всем мире идут интенсивные работы по созданию и развитию не только компьютеров, но и компьютерных сетей (локальных и глобальных), призванных в конечном счете обеспечить возможность доступа к информации о новейших достижениях во всех областях цивилизованного мира всех людей нашей планеты независимо от места их проживания.

Основной задачей любой системы связи является передача сообщения (информации) от источника к получателю и обратно.


цепь связи


ИС

ПС



Физическим носителем сообщения является Сигнал.

Сигналы подразделяются на:

- аналоговые (Такие сигналы являются непрерывными, изменяются плавно во времени. Закон их изменения заранее известен).

- дискретные (Цифровые). Представляют собой сигнал двух уровней (+,-; 0,1).

Цифровые устройства – устройства, предназначенные для обработки цифровых сигналов.

Т.о. в ЦУ информация представляется и передается с помощью двоичных символов. Любая цифра или буква алфавита записывается в виде двоичной кодовой комбинации (0,1).

Такой способ представления информации в ЦУ выбран по техническим причинам.

Различить и опознать 1 из 2 проще.

Двоичная логика является наиболее элементарной и наиболее изученной.

Цифры 0,1 представляются состоянием ЗУ (наличие или отсутствие заряда, тока, намагниченности), а при считывании и передаче внутри ЦУ – в виде импульса тока (напряжения) или его отсутствие.

В вычислительных машинах используются двоичные коды. При быстрой смене ЭВМ-поколения общие принципы

---

хранения и обработки информации в машине, принцип управления ЭВМ не изменился.

Для того, чтобы разобраться в принципах реализации ЦУ, необходимо иметь представление о системах счисления, применяемых в ЦТ.
Краткая характеристика дисциплины
Цель изучения дисциплины «Ц и МУ» - изучение принципов построения и работы цифровых устройств, микропроцессоров и микроконтроллеров.

В процессе изучения дисциплины «Ц и МУ» рассматриваются следующие вопросы:

- арифметические, логические и схематические основы цифровой техники;

- назначение, принципы построения и функционирования типовых узлов ЦТ, их условные графические обозначения и назначения выводов;

- назначение, принципы построения и функционирования микропроцессорных систем и микроконтроллеров, а также основы их программирования.

В процессе изучения дисциплины прививаются навыки:

- выполнения арифметических операций в двоичной и двоично-кодированных системах счисления;

- построения логических и принципиальных электрических схем цифровых устройств; анализа их работы;

- ведения контроля цифровых устройств по элементам индикации;

- составления программ на языке Ассемблер для микропроцессоров и микроконтроллеров, осуществление ввода выполнения и отладки.

Изучение дисциплины Ц и МУ базируется на знаниях таких дисциплин как: Оптоэлектроника, Теория электрической связи, Теория электрический цепей.

РАЗДЕЛ 1 ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ
1.1 Арифметические основы ЦТ
1.1.1 Системы счисления. Основные понятия.
В любой ЦВМ обрабатываемая информация представлена в кодированном виде, в некоторой системе счисления.

Система счисления – совокупность символов и правил их записи, применяемая для однозначной записи любого числа в данной системе счисления.

Различают позиционные и непозиционные системы счисления.

В непозиционных С.С. значение каждой цифры в числе не зависит от ее позиции в числе.

В непозиционных С.С. применяется неограниченное количество цифр.

Пример – римская С.С.
I V X L C

1 5 10 50 100…
В позиционныхС.С. значение каждой цифры зависит от ее позиции в числе.

В позиционных С.С. применяется конечное число цифр.

Количество различных цифр, применяемых в данной С.С., называется ее основанием – р.

В ЦТ применяются позиционные С.С., т.к. они имеют конечное число цифр и, следовательно, в них проще выполнение арифметических действий.

---

Различают следующие позиционные С.С.:

- десятичная с р = 10, т.к. в ней используется десять цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9;

- восьмеричная с р = 8; (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)

А В C D E F

- шестнадцатеричная с р = 16; (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)

- двоичная с р = 2; (0, 1)
Любое число в позиционной С.С. может быть представлено формулой степенного ряда:






N
Целая часть числа дробная часть числа
= a _np ⁿ + a _n-1p ^n-1 +…+ a ₁p ¹ + a ₀p ⁰ + a _-1p ^-1 + a _-2p ^-2 +…+ a _-mp ^–m (1)
где р = основание С.С.;

a_i = разряды числа;

pⁿ = весовой коэффициент – значение цифры, зависящее от ее положения в числе.
_{2 1 0 -1 -2}

122,11 ₍₁₀₎ = 110 ² + 210 ¹ + 210 ⁰ + 110 ^-1 + 110 ^-2 = 100 + 20 + 2 + 0,1 + 0,01 = 122,11 ₍₁₀₎

При n0 – целая часть числа, при n≤0 – дробная часть числа.
1.1.2 Перевод чисел из одной системы счисления в другую.
1 Перевод из десятичной С.С. в любую другую позиционную С.С. осуществляется по правилам:

а) Целую часть числа делят на основание той С.С., в которую переводят, до получения неделимого остатка;

б) Дробную часть десятичного числа умножают на основание той С.С., в которую переводят, причем умножают столько раз, какова точность вычислений.
Пример: Точность – до 4 знаков после запятой
2
x
3,6₍₁₀₎  (2) 0, 6

2
-
3 2 2

2 2 11 2 1 2

1 10 5 2 2

---