Вычислительная и микропроцессорная техника. Синтез недвоичных счетчиков

Принципы разработки микропроцессорной техники

Разработка микропроцессорной техники основана на следующих принципах:

• Модульность. Данный принцип предполагает построение системы на основе набора модулей функционально, электрически и конструктивно законченных устройств, которые могут самостоятельно или в совокупности с другими модулями решать управленческие и вычислительные задачи. Применение модульного принципа способствует стандартизации составляющих более высоких уровней, а также сокращению затрат на проектирования микропроцессорных систем.
• Магистральность. Данный принцип предполагает обмен информацией между модулями или между элементами модуля, что способствует сокращению количества связей. Такой обмен осуществляется посредством магистралей (шин), которые объединяют выходные и входные линии модулей и их элементов.
• Микропрограммируемость. Данный принцип предполагает возможность смены микропрограмм, матричных структур памяти и т.п., что способствует увеличению гибкости устройств, упрощение функционального контроля и повышение надежности системы.
• Регулярность структуры. Данный принцип предполагает закономерную повторяемость составляющих структуры, а также связей между ними.

Состав вычислительной техники

Вычислительная техника является одним из важнейших компонентов процесса обработки данных и вычислений. Вычислительная техника состоит из:

• Аппаратного обеспечения.
• Программного обеспечения.

К аппаратному обеспечению вычислительной техники относятся приборы и устройства, которые образуют аппаратную конфигурацию. По способу расположения устройств различают внутренние и внешние. К внешним устройствам относится большинство периферийных устройств (устройства ввода и вывода данных), а также некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных.

Согласование между отдельными узлами и блоками осуществляют при помощи аппаратного интерфейса - аппаратно-логических устройств. Данные устройства делятся на две группы: параллельные и последовательные. Через параллельный интерфейс данные передаются группами бит одновременно, а через последовательный один за другим. Количество бит, участвующих в одной посылке определяется разрядностью интерфейса.

Состав программного обеспечения вычислительной системы называется программной конфигурацией. Между программами существует взаимная связь - большое количество программ в своей работе опираются на другие программы более низкого уровня. Существует четыре уровня программного обеспечение - базовое, системное, служебное и прикладное программное обеспечение.

Базовое программное обеспечение отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами и как правило входят в состав базового оборудования (хранятся на постоянных запоминающих устройствах). Системный уровень является переходным. Программы данного уровня обеспечивают взаимодействие программ базового уровня с прочими программами системы, а также с аппаратным обеспечением. Программное обеспечение служебного уровня взаимодействует с программами базового и системного уровней. Основное назначение программ служебного уровня заключается в автоматизации процессов, направленных на настройку, наладку и проверку компьютерной системы. Программы прикладного уровня представляют собой набор комплексных программ, при помощи которых выполняются конкретные задачи. Благодаря программам прикладного уровня вычислительная техника обладает большим диапазоном функций.

Синтез недвоичных счетчиков

Процесс синтеза недвоичного счетчика сводится к определению его оптимальной структуры, а также построению принципиальной схемы. Данный процесс может осуществляться посредством введения обратных связей и построением схемы с дешифратором состояния. Схема, которая была построена вторым способом представлена на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Данная схема построена на четырех триггерах (микросхемы D1 - D4) и является асинхронным счетчиком с параллельным переносом. Для того, чтобы ликвидировать избыточные состояния используется микросхема D5. У такого счетчика должно быть 10 состояния от 0 до 9. Последнее состояние, двоичный код которого 1001 необходимо дешифровать. С этой целью на входы элемента не поданы сигналы с прямых выходов первого и четвертого триггеров. Чтобы коэффициент пересчета был равен 10 на дешифратор заводится счетный сигнал Х. На представленной ниже временной диаграмме видно, что асинхронный счетчик работает также, как двоичный. Однако при наступлении девятого состояния на вход дешифратора начинают поступать прямые сигналы с выходов 1 и 4 триггеров, но дешифратор срабатывает только по фронту 10 сигнала, что способствует сбросу всех триггеров, поэтому следующий счетный сигнал будет 11. Основной недостаток такого способа заключается в необходимости дополнительного элемента - дешифратора.

Рисунок 2. Временная диаграмма. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рассмотрим введение обратных связей. На рисунке ниже изображена схема счетчика с пересчетом 3.

Рисунок 3. Схема счетчика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Для того, чтобы исключить избыточные состояния вводится обратная связь с инверсного 2 триггера на J вход первого. Из временной диаграммы (представленной ниже) видно, что при нулевом состоянии счетчик проходит состояния 1 и 2 последовательно и возвращается к начальному (нулевое), таким образом у него имеется всего три состояния - 0,1,2

Рисунок 4. Временная диаграмма. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ