Организация цифровых систем передачи. Введение

1 2 3 4 5 6 7

Информации

Курс лекций

Иркутск

Издательство БГУЭП

УДК 519.713 (075.8) + 004.2 (075.8)

ББК 22.18 я 7

К 96

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Байкальского государственного университета экономики и права

Рецензенты: канд. техн. наук А.В. Сорокин

Кушнаренко Г.А.

Организация цифровых систем передачи информации: Курс лекций – Иркутск: Изд-во БГУЭП, 2006. – 70 с.

ISBN 5-7253-1140-6

В курсе лекций изложены сведения о принципах построения основных функциональных узлов цифровых систем передачи информации, структурной организации этих систем, способы кодирования данных. Рассмотрены принципы организации цифровых сетей. Предназначено для студентов специальности 06081 Экономика и управление на предприятиях связи.

ББК 22.18 я 7

ISBN 5-7253-1140-6

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………… 5

1.ОСНОВЫ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ ………………………………………6

Тема 1. Функции алгебры логики…………………………………….6

Тема 2. Минимизация функций алгебры логики…………………… 13

Тема 3. Карта Карно (диаграмма Вейча)…………………………… 15

Тема 4. Минимизация частичных функций………………………… 16

2. ОРГАНИЗАЦИЯ КОМБИНАЦИОННЫХ СХЕМ………………… 17

Тема 5. Функциональные узлы на логических элементах………… 17

3. ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ С ПАМЯТЬЮ……………………..…… 24

Тема 6. Понятие конечных автоматов………………………………… 24

4.ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЦИФРОВЫЕ УЗЛЫ С ПАМЯТЬЮ………… 28

Тема 7. Триггеры……………………………………………………….. 28

5. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ С ПАМЯТЬЮ…………………… 36

Тема 8. Регистры………………………………………………………. 36

Тема 9. Счетчики………………………………………………………..38

6. ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ…………… 49

Тема 10. Классификация типов памяти……………………………….. 49

Тема 11. Организация адресной памяти…………………………….. 50

Тема 12. Организация стековой памяти……………………………… 53

Тема 13. Организация ассоциативной памяти……………………… 54

Тема 14. Управляющие автоматы цифровых систем………………….57

7. СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И КОРРЕКЦИИ ОШИБОК…………….. 58

Тема 14. Принципы построения систем контроля и коррекции

ошибок………………………………………………………………….. 58

Тема 15. Контроль одиночных ошибок……………………………… 59

Тема 16. Коррекция одиночных ошибок……………………………….60

8. ОРГАНИЗАЦИЯ ИНТЕРФЕЙСОВ………………………………… 64

Тема 17.Принципы стандартизации интерфейсов…………………… 64

Тема 18. Современные интерфейсы цифровых систем………… 67

Литература……………………………………………………………… 70

ВВЕДЕНИЕ

Развитие цивилизации на Земле привело к увеличению количества передаваемой информации. По данным ЮНЕСКО в сфере информационных технологий в развитых странах занято половина населения.

Широко используемые аналоговые способы передачи информации, такие как телефон, телеграф, обычная радиосвязь на длинных, средних и коротких волнах не справляются с возрастающим потоком информации. Кроме этого, прогресс в области промышленности, транспорта, науки, военной техники повысило уровень электромагнитных помех, сильно влияющие на сигналы аналоговых систем передачи информации.

В середине 20 столетия появились цифровые системы обработки и передачи информации. Они имеют несомненные преимущества перед аналоговыми системами: высокую скорость передачи, хорошую помехоустойчивость, возможность долговременного хранения данных, низкую стоимость и энергопотребление.

Изобретение транзисторов и микросхем привело к развитию технологий на больших интегральных схемах. Появилась компактная цифровая аппаратура для обработки и передачи информации.

Настольные и переносные персональные компьютеры с высоким быстродействием произвели революцию в информационных технологиях передачи информации. Появились глобальные телекоммутационные сети, в которых компьютер стал устройством связи, а телефон – микрокомпьютером.

Современные телекоммутационные технологии могут создаваться и эксплуатироваться людьми, обученные этим технологиям. Государственный образовательный стандарт для специальностей в области телекоммуникаций предусматривает соответствующую подготовку специалистов.

Настоящий курс лекций посвящен основам организации цифровых систем передачи информации.

В курсе лекций весь материал излагается на языке алгебры логики, не касаясь физической реализации цифровых систем.

Первая часть курса лекций начинается с основ алгебры логики, методов построения оптимальных элементарных цифровых устройств. Подробно рассмотрены способы анализа и синтеза логических схем без памяти. Во второй части излагаются методы анализа и синтеза логических схем с памятью. В конце первой и второй части рассматриваются конкретные цифровые узлы, являющиеся неотъемлемой частью любой цифровой системы: сумматоры, дешифраторы, шифраторы, мультиплексоры, триггеры, регистры, счетчики и т. д.

Последующие разделы курса лекций рассматривают структуру больших функциональных узлов цифровых систем.

Отдельный раздел изучает способы организации памяти цифровых устройств: оперативной, постоянной, стековой, ассоциативной, внешней и регистровой памяти. В этой области цифровых систем в последнее время наблюдается прогресс технологий, а также многочисленных применений (CD ROM, DVD, Флэш-память и т. д.). При передаче информации по линиям связи из-за помех возникают ошибки в передаваемых данных. Для повышения достоверности данных применяют системы контроля и коррекции ошибок. В следующем разделе пособия рассмотрены современные способы контроля и коррекции ошибок и области их применения.

Совместная работа различных устройств в системе возможна только при наличии систем согласования их параметров, называемых интерфейсами.

Последующий раздел пособия рассматривает понятие интерфейса, стандарты на интерфейсы, а также примеры интерфейсов, применяемых в системах передачи информации.

Последняя часть курса лекций является переходной к другим учебным курсам. В ней рассмотрены вопросы организации систем передачи данных в цифровых сетях. Подробное описание принципов организации локальных и глобальных сетей будет сделано в следующем учебном пособии.

Цель данного курса лекций– это дать студентам, аспирантам, преподавателям знания в области организации цифровых систем передачи информации, научить разбираться в пользовательских характеристиках цифровых устройств, оценивать перспективы их применения

1. Основы алгебры логики

Тема 1. Функции алгебры логики

Логической или Булевой переменной называется переменная, принимающая значения 0 и 1. Пусть имеется n логических переменных .

Произвольная совокупность значений этих переменных

называется двоичным набором .

Все возможные наборы значений этих переменных нумеруются числами

двоичная запись которых соответствует нумеруемым двоичным наборам, поэтому n логическим переменным соответствует различных наборов их значений.

Функция, задающая однозначное отображение множества всевозможных наборов , значений логических переменных в множество называется функцией алгебры логики (Булевой функцией).

Каждому набору может быть сопоставлено два значения 0 или 1, поэтому число различных функций алгебры логики, зависящих от n аргументов, равно 2ⁿ.

В дальнейшем будем функции алгебры логики называть просто функциями, кроме особо оговоренных случаев.

Две функции () и () называются равными, если принимают одинаковые значения на всех возможных наборах значений своих аргументов.

Функция () существенно зависит от аргумента , если

Функция, определенная не для всех наборов значений своих аргументов, называется не полностью определенной или частичной. Поэтому, если функция не определена на наборах аргументов, то путем ее произвольного определения можно получить различных полностью определенных функций.