Учебная модель ЭВМ

September 4, 2012 by admin Комментировать »

Описываемая учебная модель ЭВМ предназначена для ознакомления учащихся школ и других учебных заведений со структурой ЭВМ, двоичной и шестнадцатиричной системами счисления, основными логическими и арифметическими операциями. Выполненная на цифровых интегральных микросхемах средней степени интеграции, она обеспечивает наглядность и доступность в изучении материала.

Функциональная схема устройства изображена на рис. 82. Учебная модель содержит в упрощенном виде основные блоки ЭВМ: устройства ввода-вывода информации, устройство управления (УУ), арифметическологическое устройство (АПУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), регистр-аккумулятор, накапливающий результат выполнения операций арифметическологическим устройством. Оперативное запоминающее устройство содержит четыре четырехразрядных регистра и ОЗУ 16×4 для записи и хранения промежуточных результатов вычислений. Регистры выполняют следующие функции:

RG А регистр операнда А;

RG В регистр операнда В;

RG S регистр команд;

RS AD регистр адреса ОЗУ.

Передача информации между блоками, входящими в состав ЭВМ, осуществляется по четырехразрядной шине. Информация в шину путем мультиплексирования может подаваться с выхода регистра-аккумулятора или с выхода ОЗУ.

Принципиальная схема модели ЭВМ изображена на рис. 83.

Устройство ввода данных содержит кнопку SB5, формирователь одиночных импульсов DD5.1 и счетчик DD8. При каждом нажатии кнопки SB5 на выходе триггера DD5.1 формируются импульсы положительной полярности, которые поступают на счетный вход счетчика DD8. На выходе счетчика формируется двоичный код числа поданных импульсов. Если пе

реключатель SA3 поставить в положение “RG Акк”, то информация с выхода счетчика DD8 передается на выход мультиплексора DD11 шины данных. Заносимую в устройство информацию индицирует в двоичном коде светодиодный индикатор HL1-HL4, а в 16-ричном коде цифровой дисплей HG1. При этом светящаяся запятая на цифровом дисплее индицирует старший разряд указанного кода. Преобразователь четырехразрядного двоичного кода в семисегментный код реализован на ПЗУ DD10. По четырехразрядной шине информация с выхода мультиплексора DD11 поступает на информационные входы всех оперативных регистров. С помощью кнопок SB1-SB4 можно осуществить запись информации из шины данных в любой из регистров DD1-DD4.

Таким образом, за три цикла последовательных нажатий кнопок SB5 и SB2, SB5 и SB3, SB5 и SB1 можно записать, соответственно, коды операндов А и В в регистры RG A (DD2), RG В (DD3) и код операции, выполняемой АЛУ, в регистр RG S (DD1). В зависимости от кода команды на входах S1-S4 и уровня на входе М (задается тумблером SA1) АПУ может выполнять 16 логических и 16 арифметическо-логических операций, пред* ставленных в табл. 34. При выполнении арифметических операций наличие или отсутствие переноса задается положением тумблера SA2. Двоичный код с выходов F1-F4 АЛУ DD6 подается на информационные входы счетчика DD8, используемого помимо устройства ввода в качестве регистрааккумулятора. Запись информации в RG. Акк. осуществляется нажатием на кнопку SB6, в результате чего на вход предустановки счетчика DD8 подается низкий уровень. После нажатия на кнопку SB6 результат выполнения операции (при нахождении тумблера БАЗ в нижнем положении) отображается на светодиодах HL1-HL5 и цифровом дисплее HG1. При этом светодиод HL5 и запятая цифрового индикатора HG1 индицируют информацию с выхода переноса АЛУ только при выполнении арифметических операций.

Если нужно запомнить промежуточный результат математических вычислений, сформированный на выходе АПУ DD6, то первоначально с помощью кнопки SB5 в счетчик DD8 вводят код ячейки ОЗУ DD9, в которую промежуточный результат должен быть занесен. Затем нажатием кнопки SB4 записывают код ячейки ОЗУ в регистр DD4. После этого нажимают на кнопку SB6 и записывают промежуточный результат вычислений в счетчик DD8. Так как тумблер БАЗ по-прежнему находится в нижнем положении, то этот код окажется поданным на входы D1-D4 ОЗУ DD9. По нажатию кнопки SB7 низкий уровень подается на вход W ОЗУ, и осуществляется запись информации, поданной на входы D1-D4, в ячейку, адрес которой выставлен на входах А1-А4. Подобным образом можно заполнить несколько ячеек ОЗУ DD9.

В последующем можно проиндицировать состояние любой ячейки ОЗУ. Для этого в регистр RG AD следует описанным выше способом занести адрес нужной ячейки, а затем перевести тумблер БАЗ в верхнее положение. На выход мультиплексора DD11 и, соответственно, в шину данных в этом случае передается код с выходов ОЗУ DD9. Этот код индицируется светодиодным индикатором HL1-HL4 и цифровым дисплеем HG1. При необходимости последующих цифровых вычислений код с выхода ОЗУ может быть занесен в любой из оперативных регистров.

Код операции

Вид операции

S4

S3

S2

S1

Логические

функции

М=1

Арифметическо-логические операции Μ=0

Ро=1

о

II

о

CL

0

0

0

0

А

А

А + 1

0

0

0

1

A vB

ΑνΒ

(A vB) + l

0

0

1

0

АлВ

ΑνΒ

(A vB) + l

0

0

1

1

0

-1

0

0

1

0

0

АлВ

А + А л В

А + А л В +1

0

1

0

1

В

(А ν В) + (Ал В)

(A ν В) + (А л~В) +1

0

1

1

0

ΑΘΒ

А-В-1

А-В

0

1

1

1

АлВ

АлВ-1

ХлВ

1

0

0

0

ΑλΒ

А +АлВ

А + АлВ + 1

1

0

0

1

ΑΘΒ

А + В

А + В + 1

1

0

1

0

В

(А ν В) + А л В

(A vB) + АлВ +1

1

0

1

1

ΑλΒ

АлВ-1

А а В

1

1

0

0

1

А ¥ А

А + А + 1

1

1

0

1

ΑνΒ

(A νΒ) +А

(A vB +А + 1

1

1

1

0

ΑνΒ

(A vB) + А

(A"vB)+ А + 1

1

1

1

1

А

А-1

А

В качестве примера рассмотрим выполнение операции (AaB) + (D0C). При проведении указанных вычислений необходимо сначала выполнить действия в левых скобках, промежуточный результат вычислений занести в ячейку ОЗУ DD9, затем выполнить действия в правых скобках и результат занести в регистр операнда A DD2. После этого содержимое ячейки ОЗУ, в которую был занесен промежуточный результат, необходимо переписать в регистр операнда В DD3. В заключение необходимо арифметически сложить операнды, занесенные в регистры RG А и RG В. Для выполнения указанных операций необходимо выполнить следующие действия:

–            установить переключатель SA3 в нижнее положение;

–            нажимая необходимое число раз на кнопку SB5, ввести код числа А в счетчик DD8 (индикация на HG1);

–            нажать на кнопку SB2 и занести код числа А в регистр DD2;

–            ввести в счетчик DD8 код числа В;

–            нажать кнопку SB3 и занести код числа В в регистр DD3;

–            установить тумблер SA1 в верхнее положение (логические операции);

–              ввести в счетчик DD8 код числа”4” (код операции А л В , см табл 34),

–             нажать на кнопку SB1 и записать код числа “4" в регистр кода команд DD1, при этом на выходах F1-F4 АПУ формируется код результата

операции (А л В) ,

–              нажать на кнопку SB6 и переписать результат операции АлВ в счетчик DD8,

–              нажать на кнопку SB7 и записать код с выхода счетчика DD8 в ячейку памяти ОЗУ, адрес которой занесен в регистр DD4 после включения устройства Так как необходимо запомнить только один промежуточный результат, то адрес ячейки, в которую он занесен, безразличен Если бы следовало записать в ОЗУ несколько слов, то перед записью результата с выхода АПУ в счетчик DD8 следовало ввести код адреса ячейки ОЗУ и нажатием кнопки SB4 переписать его в регистр DD4,

–             изложенным выше образом выполнить операцию D@C (код операции из табл 34 равен “6”),

–            нажатием кнопки SB2 записать код из шины данных в регистр DD2,

-тумблер БАЗ поставить в верхнее положение, в шину данных поступит код результата операции А д В , занесенный ранее в ОЗУ,

–            нажатием кнопки SB3 занести код из шины данных в регистр DD3,

–            вновь поставить тумблер БАЗ в нижнее положение,

–             кнопкой SB5 ввести в счетчик DD8 код “9” (код операции А+В в соответствии с табл 34),

–            нажатием кнопки SB1 записать код из шины данных в регистр DD1,

–              установить тумблер SA1 в нижнее положение (арифметическологические операции),

–            нажатием кнопки SB6 переписать код с выхода АЛУ в счетчик DD8,

–              результат операции индицируется на светодиодном индикаторе HL1-HL5 и цифровом дисплее HG1 При этом, если на цифровом дисплее светится запятая, то для получения результата в виде десятичного числа к индицируемому числу следует прибавить 16

Учебная модель ЭВМ может быть выполнена в двух вариантах в виде настольного стенда или демонстрационного планшета На панели стенда наносят функциональную схему ЭВМ, размещают органы управления и индикации Для демонстрации в классе или аудитории модель изготовляют в виде планшета увеличенного размера Вместо светодиодов целесообразно использовать лампы накаливания, а для индикации цифрового кода индикатор КПЦ202

Источник: Фромберг Э. М., Конструкции на элементах цифровой техники. М.: Горячая линия-Телеком, 2002. 264 с.: ил. (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1249).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты