Элементная база ЭВМ
advertisement
Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Основные термины вычислительных сетей Вычислительная сеть (ВС) — это сеть обмена и распределенной обработки информации, образуемая множеством взаимосвязанных компьютеров и средств связи; средства передачи и обработки информации ориентированы в ней на коллективное использование общесетевых ресурсов — аппаратных, информационных, программных © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Основные термины вычислительных сетей Абонент (узел, хост, станция) — это устройство, подключенное к сети и активно участвующее в информационном обмене Сервер — абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы Выделенный (dedicated) сервер — это сервер, занимающийся только сетевыми задачами Невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Принципы организации вычислительных сетей • ЭВМ, находящиеся в составе разных абонентских систем одной и той же сети или различных взаимодействующих сетей, связываются между собой автоматически (в этом заключается сущность протекающих в сети процессов) • каждая ЭВМ сети должна быть приспособлена как для работы в автономном режиме под управлением своей операционной системы (ОС), так и для работы в качестве составного звена сети © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Назначение компьютерных сетей • обеспечение совместного использования аппаратных, информационных и программных ресурсов сети • обеспечение совместного доступа к ресурсам данных © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Назначение компьютерных сетей Интерактивная связь внутри фирмы и за ее пределами Повышение оперативности принятия решений данных (в т. ч. БД и БЗ) Совместное использование ресурсов программ (в т.ч. различных сетевых приложений) периферийных устройств (диск, принтер, модем и т. д.) Использование программ: • электронной почты • планирования и др. Сокращение затрат за счет совместного использования дорогостоящих программ и периферийных устройств 1) Эффективность взаимодействия между собой и партнерами по бизнесу 2) Упрощение планирования и корректировки деятельности всей компании © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Эволюция компьютерных сетей © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Эволюция компьютерных сетей. Этапы развития • переход от пакетной обработки к многотерминальному режиму работы ЭВМ • связь удаленный терминал-компьютер • связь суперкомпьютеров или мэйнфреймов (1969 год - сеть APRANET, 1974 год – IBM, сеть SNA-системная сетевая архитектура) • переход от аналоговых к цифровым телефонным сетям • мини-компьютеры — предвестники локальных сетей • персональные компьютеры — основные элементы компьютерных сетей • эволюция операционных систем, многоплатформенность, сетевые операционные системы © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Эволюция компьютерных сетей. «Точка-точка» Связь двух компьютеров © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Эволюция компьютерных сетей. «Точка-точка» Протокол взаимодействия приложений 1.Приложение А формирует очередное сообщение (содержащее, например, строку, которую необходимо вывести на принтер) приложению В, помещает его в буфер оперативной памяти и обращается к ОС с запросом на передачу содержимого буфера на компьютер В 2.ОС компьютера А обращается к драйверу COM-порта, который инициирует работу контроллера 3.Действующие с обеих сторон пары драйверов и контроллеров COM-порта последовательно, байт за байтом, передают сообщение на компьютер В © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Эволюция компьютерных сетей. «Точка-точка» Протокол взаимодействия приложений 4.Драйвер компьютера В периодически выполняет проверку на наличие признака завершения приема, устанавливаемого контроллером при правильно выполненной передаче данных, и при его появлении считывает принятый байт из буфера контроллера в оперативную память, тем самым делая его доступным для программ компьютера В. В некоторых случаях драйвер вызывается асинхронно, по прерываниям от контроллера. Аналогично реализуется и передача байта в другую сторону — от компьютера B к компьютеру A © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Эволюция компьютерных сетей. «Точка-точка» Протокол взаимодействия приложений 5.Приложение В принимает сообщение, интерпретирует его, и в зависимости от того, что в нем содержится, формирует запрос к своей ОС на выполнение тех или иных действий с принтером. В нашем примере сообщение содержит указание на печать текста, поэтому ОС передает драйверу принтера запрос на печать строки © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Эволюция компьютерных сетей. «Точка-точка» Протокол взаимодействия приложений 6.Далее выполняются все действия 1-6, описывающие выполнение запроса приложения к ПУ в соответствии со схемой «локальная ОС — драйвер ПУ — контроллер ПУ — устройство управления ПУ» (см. предыдущий раздел). В результате строка будет напечатана © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Эволюция компьютерных сетей. Клиент, редиректор, сервер Специальный программный модуль, который (вместо приложения А) будет выполнять формирование сообщенийзапросов к удаленной машине и прием результатов для всех приложений называется клиентом © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Эволюция компьютерных сетей. Клиент, редиректор, сервер На стороне компьютера В (на месте приложения В) должна работать другая специализированная программа — сервер, постоянно ожидающий прихода запросов на удаленный доступ к принтеру (или файлам, расположенным на диске) этого компьютера Сервер, приняв запрос из сети, обращается к локальному ПУ, возможно, с участием локальной ОС © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Эволюция компьютерных сетей. Клиент, редиректор, сервер Очень удобной и полезной функцией клиентской программы является способность отличить запрос к удаленному файлу от запроса к локальному файлу Если клиентская программа умеет это делать, она сама распознает и перенаправляет (redirect) запрос к удаленной машине. Отсюда и название, часто используемое для клиентской части — редиректор © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Эволюция компьютерных сетей Схема взаимодействия клиента и сервера с приложениями и локальной операционной системой © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Вычислительные сети. Основные компоненты ВС Серверы — это аппаратно-программные комплексы, которые исполняют функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа Рабочие станции — это компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером Физическая среда передачи данных (сетевой кабель) — это коаксиальные и оптоволоконные кабели, витые пары проводов, а также беспроводные каналы связи (инфракрасное излучение, лазеры, радиопередача) Средства связи — приемопередатчики (трансиверы), повторители (репитеры), мосты, концентраторы (хабы), маршрутизаторы и коммутаторы, модемы (модуляторы — демодуляторы) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Аппаратное обеспечение ВС. Способы передачи сигналов Симплексная передача (однонаправленная) Дуплексная (полнодуплексная) (одновременная передача в двух направлениях, не менее двух витых пар или оптоволокон) Полудуплексная (в разное время передача ведется в разном направлении, может быть только один канал передачи) Tx Rx Tx Rx Rx Tx Tx, Rx Rx, Tx Tx - передатчик Rx - приемник Передача данных между компьютерами и прочими устройствами происходит параллельно или последовательно © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Аппаратное обеспечение ВС. Типы последовательной передачи сигналов Асинхронная передача — посимвольная: старт бит, данные, бит четности, стоп бит(ы), невозможность отследить множественные ошибки, простая, отработанная, недорогая, треть пропускной способности канала теряется на передачу служебных битов Синхронная передача — передача блоками, последовательность синхронизующих битов и закрывающих битов, высокая скорость передачи информации (до неск. Гб/с), надежный механизм обнаружения ошибок (протокольный), более дорогая аппаратура © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Аппаратное обеспечение ВС. Физическая среда передачи данных Проводные • коаксиальный кабель • витая пара (экранированная, неэкранированная) (Shielded (Unshielded) Twisted Pair, STP, UTP) • оптоволокно (Fiber) Беспроводные • инфракрасное излучение (прямое, рассеянное, отраженное) • лазер (прямая видимость) • радиопередача в узком спектре • радиопередача в рассеянном спектре © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Аппаратное обеспечение ВС. Физическая среда передачи данных Витая пара (экранированная, неэкранированная) (Shielded (Unshielded) Twisted Pair, STP, UTP) Категории UTP: • • • • 1 - телефонный кабель 3 - 10Мбит/с 5 - 100 Мбит/с 6-7 - 1 Гбит/с Витая пара – это изолированные проводники, попарно свитые между собой некоторое число раз на определенном отрезке длины, что требуется для уменьшения перекрестных наводок между проводниками Параметры: диаметр жилы, шаг скрутки, диаметр изоляции, материал изоляции © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Аппаратное обеспечение ВС. Физическая среда передачи данных Оптоволокно. Физические особенности • Широкополосность оптических сигналов, несущая f=1014-1015Гц. Следовательно в такой среде можно передавать полезный сигнал с частотой 1012Гц, или Тбит/с • Скорость передачи может быть увеличена вдвое за счет того, что по одному волокну можно передавать одновременно в двух направлениях • Скорость можно поднять еще в два раза благодаря использованию волн перпендикулярных друг другу поляризаций • Частотное уплотнение по оптоволоконным линиям связи передача разных сигналов на разных длинах волн • Очень малое затухание светового сигнала в среде передачи (до 0.15 dB/км, теоретический предел для фторцирконатных волокон 0.02 dB/км) • Неподверженность электромагнитным помехам • Химическая стойкость © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Аппаратное обеспечение ВС. Физическая среда передачи данных Оптоволокно. Технические особенности • Основа оптоволокна - кварц (SiO2), самый распространенный в природе материал, недорогой в отличие от меди • Оптические волокна имеют диаметр менее 100 микрон, имеют малый вес, могут применяться в авиации, приборостроении, кабельной технике • Оптоволокно - гальваническая развязка между контурами, существует возможность встраивать оптоволоконные кабеля в высоковольтные линии (человеку сложно навредить, и для волокна не надо делать подвесов - висит на силовом кабеле) • Долговечность (более 25 лет) • Возможность наращивать пропускную способность постоянно благодаря смене оконечного оборудования • Сложно «подслушать» передачу неразрушающим среду способом, т.к целостность оптоволокна постоянно контролируется © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Аппаратное обеспечение ВС. Физическая среда передачи данных Оптоволокно. Технические особенности Лучи, входящие под разными углами в оптоволокно называются модами, а волокно, поддерживающее несколько мод - многомодовым По одномодовому волокну распространяется только один луч Одномодовое оптоволокно Многомодовое оптоволокно © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Аппаратное обеспечение ВС. Физическая среда передачи данных Бескабельные каналы связи. Радиоканал • WLAN (Wireless LAN) – подключения по радиоканалу • В настоящее время на небольших расстояния (обычно до 100 метров) и в пределах прямой видимости • Два частотных диапазона – 2,4 ГГц и 5 ГГц • Скорость передачи – до 54 Мбит/с. Распространен вариант со скоростью 11 Мбит/с • Популярная технология Wi-Fi (Wireless Fidelity) позволяет организовать связь между компьютерами числом от 2 до 15 с помощью концентратора (называемого точка доступа, Access Point, AP) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Аппаратное обеспечение ВС. Физическая среда передачи данных Бескабельные каналы связи Объединение компьютеров с помощью технологии Wi-Fi © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Информационное обеспечение сети представляет собой единый информационный фонд, ориентированный на решаемые в сети задачи и содержащий массивы данных общего применения, доступные для всех пользователей (абонентов) сети, и массивы индивидуального пользования, предназначенные для отдельных абонентов; базы знаний, автоматизированные базы данных — локальные и распределенные, общего и индивидуального назначения © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Программное обеспечение (ПО) вычислительных сетей автоматизирует процессы программирования задач обработки информации, осуществляет планирование и организацию коллективного доступа к телекоммуникационным, вычислительным и информационным ресурсам сети, динамическое распределение и перераспределение этих ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей и т.д. © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Группы программного обеспечения сетей Общесетевое ПО, образуемое распределенной операционной системой (РОС) сети и программными средствами, входящими в состав комплекта программ технического обслуживания сети (это контролирующие тестпрограммы для контроля работоспособности элементов и звеньев сети и ее ТКС и диагностические тест-программы для локализации неисправностей в сети); Специальное ПО, представленное прикладными программными средствами: функциональными и интегрированными пакетами прикладных программ и прикладными программами сети, библиотеками стандартных программ, а также прикладными программами, отражающими специфику предметной области пользователей при реализации своих задач Базовое программное обеспечение ЭВМ абонентских систем, включающее операционные системы ЭВМ, системы автоматизации программирования, контролирующие и диагностические тестпрограммы © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. По степени территориальной рассредоточенности • глобальные вычислительные сети • региональные вычислительные сети • локальные вычислительные сети • корпоративные вычислительные сети © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. По степени территориальной рассредоточенности Глобальная вычислительная сеть (ГВС) (WAN — Wide Area Network) — объединяет абонентские системы, рассредоточенные на большой территории, охватывающей различные страны и континенты. ГВС решают проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к ним. Взаимодействие АС осуществляется на базе различных территориальных сетей связи, в которых используются телефонные линии связи, радиосвязь, системы спутниковой связи © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. По степени территориальной рассредоточенности Региональная вычислительная сеть (РВС) — объединяет абонентские системы, расположенные друг от друга на значительном расстоянии: в пределах отдельной страны, региона, большого города © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. По степени территориальной рассредоточенности Локальная вычислительная сеть (ЛВС) (LAN — Local Area Network) — связывает абонентские системы, расположенные в пределах небольшой территории К классу ЛВС относятся сети предприятий, фирм, банков, офисов, учебных заведений и т.д. Протяженность ЛВС ограничивается несколькими километрами © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. По степени территориальной рассредоточенности Корпоративная вычислительная сеть — техническая база корпорации © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. По способу управления • с централизованным управлением (в сети имеется один или несколько управляющих органов) • с децентрализованным управлением (каждая АС имеет средства для управления сетью) • со смешанным управлением © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. По организации передачи информации • с селекцией информации • с маршрутизацией информации © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. По типу организации передачи данных • с коммутацией цепей (каналов) • коммутацией сообщений • коммутацией пакетов © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. Вычислительные сети с коммутацией цепей (каналов) При коммутации каналов коммутационная сеть образует между конечными узлами непрерывный составной физический канал из последовательно соединенных коммутаторами промежуточных канальных участков © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. Вычислительные сети с коммутацией цепей (каналов) Достоинства коммутации каналов • Постоянная и известная скорость передачи данных по установленному между конечными узлами каналу • Низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. Вычислительные сети с коммутацией цепей (каналов) Недостатки коммутации каналов • Отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения • Нерациональное использование пропускной способности физических каналов • Обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. Вычислительные сети с коммутацией сообщений Под коммутацией сообщений понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера. Сообщение имеет произвольную длину © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. Вычислительные сети с коммутацией пакетов Под коммутацией пакетов понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера Пакет имеет стандартную длину © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. Вычислительные сети с коммутацией пакетов Достоинства коммутации пакетов • Высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика • Возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с реальными потребностями их трафика © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. Вычислительные сети с коммутацией пакетов Недостатки коммутации пакетов • неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети, обусловленная тем, что задержки в очередях буферов коммутаторов сети зависят от общей загрузки сети • переменная величина задержки пакетов данных, которая может быть достаточно продолжительной в моменты мгновенных перегрузок сети • возможные потери данных из-за переполнения буферов © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Вычислительные сети. Понятие топологии сети и базовые топологии «Топология» характеризует физическое расположение компьютеров, сетевых сред передачи данных и других компонентов сети Топология – это стандартный термин, который используется при описании основной компоновки сети; дает способ сравнивать и классифицировать различные сети Топология сети обуславливает ее технические характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет на: • состав необходимого сетевого оборудования и его характеристики • возможность расширения сети и ее надежность • способ управления сетью © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. По топологии • широковещательные • последовательные © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Вычислительные сети. Базовые топологии сети Топология типа «шина» используется один сетевой кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все РС сети Топология типа «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту – концентратору (Hub) или коммутатору (Switch) Топология типа «кольцо» сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо, данные в кольце движутся всегда в одном направлении Комбинированные топологии © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Вычислительные сети. Топология типа «шина» 1. При передаче пакетов данных каждый компьютер адресует его конкретному компьютеру ЛВС, передавая его по сетевому кабелю в виде электрических сигналов 2. Пакет в виде электрических сигналов передается по шине в обоих направлениях всем компьютерам сети 3. Однако, информацию принимает только тот адрес, который соответствует адресу получателя, указанному в заголовке пакета 4. Данные в виде электрических сигналов распространяются по всей сети от одного конца кабеля к другому, и, достигая конца кабеля, будут отражаться и занимать шину, что не позволит другим компьютерам осуществлять передачу 5. Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливаются терминаторы (Т), поглощающие сигналы, прошедшие по шине 6. При значительном расстоянии между РС (например, 180 м для тонкого коаксиального кабеля) в сегменте шины может наблюдаться ослабление электрического сигнала, что может привести к искажению или потере передаваемого пакета данных © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. По топологии Широковещательная конфигурация: общая шина © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Вычислительные сети. Топология типа «шина» коакс. кабель 1 репитер (усилительповторитель) компьютеры BNC коннектор терминатор © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. По топологии Широковещательная конфигурация: дерево © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Вычислительные сети. Топология типа «звезда» 1. Пакеты данных от каждого компьютера направляются к центральному концентратору, который перенаправляет пакеты к месту назначения 2. Управление конфигурацией сети централизовано, а также просто конфигурировать сеть при добавлении новых РС 3. Так как все РС подключены к центральной точке, то для больших ЛВС значительно увеличивается расход кабеля 4. Если поврежденным оказался сам концентратор, то нарушится и работа всей сети, хотя РС останутся работоспособными © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. По топологии Широковещательная конфигурация: звезда с пассивным центром © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Вычислительные сети. Топология типа «звезда» витая пара витая пара каскадное включение репитеров (хабов) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Классификация ВС. По топологии Последовательная конфигурация: звезда с «интелектуальным» центром © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Вычислительные сети. Топология типа «кольцо» 1. Каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру 2. «Кольцу» необходим неразрывный путь между всеми сетевыми РС, при выходе из стоя какой-либо одной РС сеть прекращает функционировать. 3. Данные проходят через каждый сетевой компьютер, давая возможность "не очень хорошим" людям заниматься перехватом информации, не предназначенной посторонним. 4. Изменение конфигурации сети или подключение новой РС требует остановки всей сети © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Два способа физического представления сигналов: импульсный и потенциальный Представление информации в ЭВМ: а – импульсные сигналы, б – потенциальные сигналы © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Коды передачи и представления информации в ЭВМ: последовательный (а) и параллельный (б) а б © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ По своему назначению элементы делятся на: • формирующие • логические • запоминающие © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ К формирующим элементам относятся различные формирователи, усилители, усилители-формирователи и т.п. Логические элементы преобразуют входные сигналы в соответствии с логическими функциями Запоминающим элементом называется элемент, который способен принимать и хранить код двоичной цифры (1 или 0) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Комбинационные схемы (КС) — это схемы, у которых выходные сигналы Y = (у1, у2, …,уm) в любой момент дискретного времени однозначно определяются совокупностью входных сигналов X = (x1, x2, …,xn), поступающих в тот же момент времени t Комбинационные схемы подразделяют на регулярные и нерегулярные структуры © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Дешифраторы (ДШ) — это комбинационные схемы с n входами и m n =2 выходами. Единичный сигнал, формирующийся на одном из m выходов, однозначно соответствует комбинации входных сигналов © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Таблица истинности дешифратора Входы Выходы x1 x2 x3 y0 y1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 ... y5 ... 0 0 0 0 0 1 0 0 ... y7 ... 0 0 0 0 0 0 0 1 © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Логические зависимости дешифратора y0 x1 x2 x3 y4 x1 x2 x3 y1 x1 x2 x3 y5 x1 x2 x3 y2 x1 x2 x3 y6 x1 x2 x3 y3 x1 x2 x3 y7 x1 x2 x3 © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Структурная схема дешифратора (а) и обозначение дешифратора на принципиальных электрических схемах (б) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Шифратор (ШР) — решает задачу, обратную схемам ДШ, т. е. по номеру входного сигнала формирует однозначную комбинацию выходных сигналов © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Таблица истинности шифратора Выходы Входы x0 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 Y0 y1 y2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Логические зависимости шифратора y2 x1 x3 x5 x7 y1 x2 x3 x6 x7 y0 x4 x5 x6 x7 © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Структурная схема шифратора (а) и обозначение шифратора на принципиальных электрических схемах (б) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы сравнения или компаратор Таблица истинности компаратора Выходы Входы ai bi Yi 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы сравнения или компаратор Логическая зависимость компаратора Yi ai bi ai bi ai bi ai bi ai bi © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы сравнения или компаратор Структурная схема компаратора (а) и обозначение компаратора на принципиальных электрических схемах (б) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Комбинационный сумматор Комбинационный полусумматор обеспечивает сложение двух двоичных цифр a1 и b1 , считая, что переносы из предыдущего разряда не поступают © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Таблица истинности комбинационного полусумматора Выходы Входы ai bi Si Pi 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 где Si — функция одноразрядной суммы Pi — функция формирования переноса © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Логические зависимости комбинационного полусумматора Si ai bi ai bi ai bi Pi ai bi © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Структурная схема полусумматора (а) и обозначение полусумматора на принципиальных электрических схемах (б) © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Таблица истинности сумматора Входы Выходы ai bi pi Si Pi 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 где Si — функция одноразрядной суммы Pi — функция формирования переноса © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Логические зависимости сумматора S i ab p ab p ab p abp Pi abp ab p ab p abp p a b ba p a b p S i p ab ab b ap ap a b p bp Pi ab ap bp © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Структурная схема одного разряда комбинационного сумматора: а — структурная схема одного разряда, b — условное обозначение © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ Структурная схема многоразрядного комбинационного сумматора © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Выходные сигналы Y=(y1 , y2, … ,ym ) формируются: • по совокупности входных сигналов X=(x1, x2, … ,xn ) • по совокупности состояний схем памяти Q=(q1 ,q2, … ,qk) Текущий дискретный момент времени t и последующий (t+1) момент времени © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Обобщенная структура схемы с памятью © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Триггер — простейший запоминающий элемент Триггер — автомат памяти , имеющий входы R (Reset — сброс), для установки элемента в «нулевое состояние» S (Set — установка) — для установки элемента в «единичное» состояние. При отсутствии сигналов R=S=0 элемент должен сохранять свое состояние до тех пор, пока не будут получены новые сигналы на входе R или S. © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Таблица переходов триггера Состояние qt+1 Входы R S qt qt Режим 0 0 0 1 Хранение 1 0 0 0 Установка 0 0 1 1 1 Установка 1 1 1 ? ? Запрещенное состояние © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Диаграмма Вейча для таблицы переходов триггера R R q q S * * S * S - запрещенное состояние, * - значение функции 1 © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Диаграмма Вейча для таблицы переходов триггера qt 1 Rt St qt Rt St qt Rt St qt Rt St qt Rt С использованием запрещенных ситуаций, т.е. Rt St qt Rt St qt Rt St получаем qt 1 Rt St qt Rt Rt St St Rt Rt qt Rt St qt Rt В базисе И-НЕ qt 1 St qt Rt St qt Rt © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Схема асинхронного RS-триггера: a – схема б – обозначение на принципиальных электрических схемах в – временная диаграмма © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. Синхронные RS-триггеры Схема синхронного однотактного RS-триггера © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. Т-триггер Таблица переходов T-триггера Входные сигналы Состояние qt Режим Xt 0 1 0 0 1 Хранение 1 1 0 Инверсия Логическая функция, реализуемая Т-триггером: qt 1 qt xt qt xt qt xt © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. Т-триггер Схема триггера со счетным входом: a – функциональная схема б – условное обозначение в – временная диаграмма © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. JK-триггер Таблица переходов JK-триггера Входные сигналы Состояние qt Режим J K 0 1 0 0 0 1 Хранение 0 1 0 0 Установка 0 1 0 1 1 Установка 1 1 1 1 0 Инверсия © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. JK-триггер JK-триггер: a – функциональная схема б – условное обозначение б © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. D-триггер Таблица переходов D-триггера Входные сигналы Состояние qt Режим D 0 1 0 0 0 Установка 0 1 1 1 Установка 1 © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. D-триггер D-триггер: a – функциональная схема на основе RS-триггера б – функциональная схема на основе JK-триггера в – условное обозначение © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Типовые узлы ЭВМ: • регистры • счетчики • сумматоры © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Регистром называется узел, предназначенный для приема, временного хранения и выдачи машинного слова Регистры могут также использоваться для некоторых операций преобразования данных: для сдвига кода числа (слова) на определенное число разрядов влево или вправо, для преобразования последовательного кода числа в параллельный и наоборот и т.д. © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ a – функциональная схема n-разрядного регистра, построенного на RS-триггерах б – условное обозначение регистра а б © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Функциональная схема регистра с выходными сигналами в «прямом» и «обратном» кодах. Схема выдачи информации из регистра © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Счетчик — это узел ЭВМ, позволяющий осуществлять подсчет поступающих на его вход сигналов и фиксацию результата в виде многоразрядного двоичного числа © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Таблица переходов трехразрядного счетчика Вход Состояния Режим x 000 001 010 011 100 101 110 111 0 1 000 001 010 011 100 101 110 111 001 010 011 100 101 110 111 000 Хранение Счет © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Организация счетчика на Т-триггерах: a – функциональная схема б – временная диаграмма © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Сумматор — это узел ЭВМ, в котором суммируются коды чисел Сумматоры: • накапливающего типа • комбинационного типа © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Упрощенная схема сумматора ЭВМ © МЦИТ ГУАП 2008
