Первое поколение

Развитие элементной базы

Пример

У мальчика Коли есть мама, папа, дедушка и бабушка. Коля пойдёт гулять на улицу, если ему разрешат хотя бы двое родственников.

Для краткости обозначим родственников Коли через буквы:

мама — х1

папа — х2

дедушка — х3

бабушка — х4

Условимся обозначать согласие родственников единицей, несогласие - нулём. Возможность пойти погулять обозначим буквой f, Коля идёт гулять — f = 1, Коля гулять не идёт — f = 0.

Составим таблицу истинности:

Перерисуем таблицу истинности в 2-х мерный вид:

Таблица 4 – Карта Карно

Переставим в ней строки и столбцы в соответствии с кодом Грея. Получили Карту Карно:

Таблица 5 – Карта Карно

Заполним её значениями из таблицы истинности:

Таблица 6 - Карта Карно

Минимизируем в соответствии с правилами:

Таблица 7 – Минимизация с помощью Карты Карно

1. Все области содержат 2^n клеток;

2. Так как Карта Карно на четыре переменные, оси располагаются на границах Карты и их не видно (подробнее смотри пример Карты на 5 переменных);

3. Так как Карта Карно на четыре переменные, все области симметрично осей — смежные между собой (подробнее смотри пример Карты на 5 переменных);

4. Области S3, S4, S5, S6 максимально большие;

5. Все области пересекаются (необязательное условие);

6. В данном случае рациональный вариант только один.

Теперь по полученной минимальной ДНФ можно построить логическую схему:

Рисунок 24 – Логическая схема

Из-за отсутствия в наличии шести-входового элемента ИЛИ, реализующего функцию дизъюнкции, пришлось каскадировать пяти- и двух-входовые элементы(D7, D8).

Составим мин. КНФ:

Таблица 8 - КНФ

Рисунок 25 – Логическая схема

5.Вопросы:

1. Что называется логическими элементами?

2. Формы представления логических функций.

3. Что определяют в таблице истинности?

4. Определение карты Карно.

5. Описать принцип минимизации.

6. Принцип склейки карты Карно.

7. Правила, по которым производится минимизации.

Тема 6:

"Элементы ЭВМ"

Содержание:

1. Развитие элементной базы:

1.1 Первое поколение

1.2 Второе поколение

1.3 Третье поколение

1.4 Четвёртое поколение

1. Вопросы

Не учитывая элементную базу вычислительных машин можно было бы сказать, что первый компьютер был разработан Аланом Тьюрингом «Колос» разработанный еще в 1943 г. Эта машина предназначалась для дешифровки немецких секретных сообщений времен второй мировой войны. Это была одна из первых попыток создания универсальной программируемой машины. Однако сегодняшнему определению компьютер она не соответствовала.

Компонентная база компьютеров первого поколения это электронные лампы. Они предназначались для решения научно-технических задач. Такими машинами обладали военные ведомства и государственные институты. Их стоимость была на столько велика, что даже крупные корпорации не могли приобрести их. Эти машины были огромных размеров и весили порядка 5 – 30 тонн, занимали площадь в несколько сотен квадратных метров. Так что зачастую для них нужны были отдельные помещения, а иногда и целые здания. Потребительская мощность таких машин измерялась сотнями киловатт энергии. К примеру машина ЭНИАК потребляла 150 кВт. Некоторые из них оперировали десятичными числами, такие как Марк-1, а не двоичными как существующие машины.

Вычислительная мощность составляла всего несколько тысяч операций в секунду. К примеру на такие операции как сложение, вычитание требовалось несколько секунд. На деления и умножение уходило до нескольких десятков секунд. А на вычисление логарифма или тригонометрической функции понадобилось больше минуты.

Элементной базой компьютеров этого поколения были: электромеханические реле, которые быстро ломались и создавали сильный шум как в производственном цехе, электронно-вакуумные лампы срок службы которых не превышал несколько месяцев. Их в машине было десятки тысяч. Таким образом каждый день, что-то ломалось.

Рисунок 26 - Морис Уилкс рядом с блоком оперативной памяти EDSAC
ЭВМ первого поколения были полностью программируемые машины. Что их и отличало от арифмометров и калькуляторов. Но программировать на таких компьютерах было довольно сложно. Т.к. языков высокого уровня не было и языков низкого уровня (ассемблер) тоже не было. Все инструкции компьютеру давались в машинном коде. Мало понятному, не посвященному человеку. Чтобы работать на таком компьютере, нужно было быть не только профессиональным программистом, но и опытным инженером- электронщиком. Программировалась машина путем изменения положения переключателей и тумблеров на ее лицевых панелях которые были почти на всем корпусе машины. Модификация программы была равносильна десяти минутной физкультурной зарядке.

Объем оперативной памяти составлял от 512 до 2048 байт. Память представляла из себя трубки заполненные ртутью, кристаллы распространялись по трубке и сохраняли информацию. Под конец первого поколения и на начало второго стали выпускать память на магнитных сердечниках.

В ЭВМ первого поколения реализовали фундаментальные принципы построения вычислительных машин. Один из больших недостатков этих компьютеров это не согласованность быстродействия арифметического - логического устройства, управляющего устройства и оперативной памяти из-за различной элементной базы.

Рисунок 27 - Память на ферритовых сердечниках применялась в первом поколении машин

Все быстродействие определялось самым медленным элементом это внутренняя память которая снижала общую эффективность. Во время первого поколения пытались убрать этот недостаток за счет асинхронной работы компонентов. Введения понятие буффера, когда передаваемые данные копировались в буфер, освобождая устройство для следующих операций. Уже тогда для работы устройства ввода-вывода использовалась собственная память.

Большим недостатком первого поколения являлось то, что изначально данные машины разрабатывались для выполнения арифметических задач. И решение на них каких либо аналитических задач было весьма трудоемко.

Компьютеры первого поколения в России появились с опозданием. К ним можно отнести МЭСМ – Малая Электронная Счетная Машина разработанная в институте электротехники АН УССР под руководством С.А. Лебедева 1950 г. К первому поколению относятся и такие машины как БЭСМ, Урал, М-2, Стрела.

Рисунок 28 - Отечественный компьютер первого поколения БЭСМ-2.

В нем было около 4 000 электронных ламп. Он был собрана на трех стойках одна из них была стойка магнитного оперативного запоминающего устройства и пульт управления