Методика преподавания раздела "Основы логики" в профильных курсах информатики

Тема. Основные структурные единицы ЭВМ (сумматор, триггер, шифратор, дешифратор).

Цель урока. Получить представление об основных структурных единицах ЭВМ.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания

Задача.  Разработать схему сравнения,  которая вырабатывает единичный сигнал на выходе, если входные сигналы не равны между собой и нулевой сигнал в обратном случае.

Решение.

Составим таблицу истинности:

Таблица истинности определяется логическим выражением

Y=¬X1&X2+X1&¬X2

Построим схему:

Схема,  которую мы получили , выполнив домашнее задание, часто используется  и имеет свое обозначение:

II Объяснение нового материала

Сумматор

Заметим, что эта схема сравнения дает на выходе младший разряд суммы двоичных чисел, поданных на входы:

0 +0 =0
0 + 1 = !
1 + 1 = 1
1 + 1 = 10

Используя элемент сравнения, можно построить схему,. определяющую сумму двух двоичных одноразрядных чисел. Такая схема позволяет складывать два бита. Она называется полусумматором.

Обозначение полусумматора:

Полный сумматор должен складывать три  отдельных бита, поэтому в его состав войдут два полусумматора:

Таблица истинности для сумматора:

Для построения схемы, складывающей многоразрядные числа, потребуется каскад, составленный из полных сумматоров:

Сумматор служит, прежде всего, центральным узлом арифметико-логического устройства компьютера, однако он находит применение также и в других устройствах машины.

Триггер

Важнейшей структурой единицей оперативной памяти компьютера , а также внутренних регистров процессора является триггер.

Триггер - это электронная схема, запоминающая один бит информации. она имеет два устойчивых состояния, одно из которых соответствует двоичной единице, а другое - двоичному нулю.

Триггер был изобретен в 1918 г.  М.А. Бонч-Бруевичем, руководителем Нижегородской лаборатории связи

Термин триггер происходит от английского слова trigger - защелка, спусковой крючок. Для обозначения этой схемы в английском языке чаще употребляется термин  flip-flop, что в переводе значит "хлопанье". Это звукоподражательное название электронной схемы указывает на ее способность почти мгновенно переходить ("перебрасываться") из одного электрического состояния в другой и наоборот.

Самый распространенный тип триггера - так называемый RS - триггер ( S и R , соответственно от английских слов set - установка, и reset - сброс). Условное обозначение триггера:

Он имеет два симметричных входа S и R и два симметричных выхода Q и ¬Q, причем выходной сигнал Q является логическим отрицанием сигнала ¬Q.

На каждый из двух входов S и R могут подаваться входные сигналы в виде кратковременных импульсов.

Наличие импульса на входе будем считать единицей, а его отсутствие - нулем.

В обычном состоянии на входы триггера подан сигнал "0", и триггер хранит "0". Для записи "1" на вход S (установочный) подается сигнал "1". Из прохождения сигнала по схеме видно, что триггер переходит в это состояние и будет устойчиво находиться в нем и после того, как сигнал на входе S исчезнет. Триггер запомнил "1". Для того, чтобы сбросить информацию и подготовиться к приему новой, подается сигнал "1" на вход R (сброс), и триггер возвратится к исходному "нулевому" состоянию.

Для того, чтобы связать процессор с другими устройствами потребуются различные преобразователи. Рассмотрим некоторые из них.

Шифратор.

Шифратор преобразует входной сигнал, обозначающий десятичное число от 0 до 7 (например, нажата соответствующая кнопка, а одновременное нажатие двух кнопок запрещено) в трехразрядное двоичное число.

Дешифратор.

Дешифратор преобразует трехзначное двоичное число в сигнал, соответствующий десятичному числу от 0 до 7:

III. Закрепление материала

1. Для чего необходим сумматор?

2. Чем отличается полный сумматор от сумматора?

3. Для чего необходим триггер?

4. Сколько триггеров содержит оперативная память емкостью 32 Мб?

Решение:

Представим 32 Мб в виде 2^N:

32 Мб = 2⁵ · 2¹⁰ Кб = 2⁵ ·2¹⁰ ·2¹⁰ байт = 2⁵ · 2¹⁰ · 2¹⁰ · 2⁸ бит = 2³²

Следовательно, требуется 2³² триггеров.

IV. Домашнее задание

1. Конспект.

2. Подготовиться к контрольной работе.

На главную  Уроки