Лекция 2. Простейшие типовые элементы вычислительных машин

Вопросы для самопроверки

1) Назовите базовые типовые элементы вычислительных машин. На какие классы делятся элементы по своему назначению?

2) Дайте определение следующим логическим элементам: «И», «ИЛИ», «НЕ», «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ», «Исключающее ИЛИ-НЕ», «Исключающее ИЛИ». Приведите их условные обозначения и законы функционирования.

3) Что представляет собой автомат с памятью? Опишите его основные параметры. Какой цифровой автомат называется элементарным?

4) В чём заключаются различия между автоматами Мили и автоматами Мура? Откуда взялись названия этих автоматов?

5) Дайте определение триггеру. На какие группы делятся триггеры по функциональному назначению и способу записи информации?

6) Приведите условное обозначение RS- триггера. Объясните закон функционирования RS- триггера на базе элементов «ИЛИ-НЕ». Изучите и поясните принципы работы RS- триггера на элементах «И-НЕ».

7) Какие существуют проблемы в развитии элементной базы вычислительных машин? Каковы перспективы полупроводниковой технологии?

8) В чём заключаются особенности оптических, квантовых, молекулярных и ДНК- компьютеров?

Как правило, в структуре вычислительных машин выделяют следующие структурные компоненты: элементы, блоки, узлы и устройства. Такая декомпозиция соответствует операциям преобразования информации. Нижний уровень реализуется элементами, каждый из которых предназначается для обработки единичных электрических сигналов, соответствующих битам информации. В основе работы этих элементов лежит двоичная (булева) логика, когда используются только два значения: «истина» (логическая 1) и «ложь» (логический 0). Узлы обеспечивают одновременную обработку групп сигналов - информационных слов. Блоки реализуют некоторую функционально обособленную часть машинных операций по обработке информационных слов (например, блок выборки команд). Устройства предназначаются для выполнения отдельных машинных операций и их последовательностей.

Базовыми элементами являются инверторы (строятся на основе транзистора), вентили (на базе двух транзисторов), триггеры (состоят из двух вентилей).

По своему назначению элементы делятся на следующие классы: формирующие, логические (комбинационного типа) и запоминающие (последовательного типа) /4/. К формирующим элементам относятся различные формирователи, усилители и т.п., которые служат для выработки определённых электрических сигналов, восстановления их параметров (полярности, мощности, амплитуды и т.д.). Элементы комбинационного типа – это цифровые устройства, выполняющие определённую логическую операцию («И», «ИЛИ», «НЕ» и т.д.). Логические элементы являются основой построения комбинационных схем (цепей). Особенностью логических элементов и построенных на их основе комбинационных схем является то, что их выходные сигналы зависят только от входных сигналов (т.е., они не содержат памяти). Элементы последовательного типа используются для построения более сложных цифровых устройств – автоматов с памятью. В них результат обработки информации зависит не только от входных сигналов, но и от внутреннего состояния автомата.

Рассмотрим элементы последних двух классов более подробно.