Аналоговые и цифровые сигналы. Разновидности и характеристики

Электронные и логические основы ЭВМ.

Выбор системы счисления.

От того, какая система счисления будет использована в ЭВМ, зависят скорость вычислений, емкость памяти, сложность алгоритмов выполнения арифметических операций. При выборе системы счисления учитывается зависимость длины числа и количества ус­тойчивых состояний функциональных элементов (для изображения цифр) от основания системы счисления. Например, при десятичной системе счисления функциональный элемент должен иметь десять устойчивых состояний, а при двоичной системе счисления — два. Кроме того, система счисления должна обладать простотой выпол­нения арифметических и логических операций.

Десятичная система счисления, привычная для нас в повседнев­ной жизни, не является наилучшей для использования в ЭВМ. Это объясняется тем, что известные в настоящее время функциональные элементы с десятью устойчивыми состояниями (элементы на основе сегнетокерамики, декатроны и др.) имеют низкую скорость переключения и, таким образом, не могут удовлетворять требованиям, предъявляемым к ЭВМ по быстродействию. Поэтому в большинстве случаев в ЭВМ используют двоичные или двоично-кодированные системы счисления. Широкое распространение этих систем обуслов­лено тем, что элементы ЭВМ способны находиться лишь в одном из двух устойчивых состояний. Например, полупроводниковый тран­зистор в режиме переключения может быть в открытом или закры­том состоянии, а следовательно, иметь на выходе высокое или низ­кое напряжение. Ферритовый сердечник в устойчивом состоянии может иметь положительную или отрицательную остаточную маг­нитную индукцию. Такие элементы принято называть двухпозицион­ными. Если одно из устойчивых положений элемента принять за 0, а другое — за 1, то достаточно просто изображаются разряды двоич­ного числа.

Двоичное число или закодированное управляющее слово в ЭВМ представляется набором цифр (1 и 0). В цифровых устройствах коды представляются в виде двух различных уровней напряжения или тока или в виде импульсов. Один уровень или наличие импульса обозначает 1; другой уровень или отсутствие импульса — 0.

0 и 1 могут отличаться также направлением или импульсами противоположного знака. В схе­мах ЭВМ переменные и соответст­вующие им сигналы изменяются не непрерывно, а лишь в дискретные моменты времени t=0,1,2,... t,... Временной интервал между дву­мя соседними моментами дискрет­ного времени называется тактом или периодом представления ин­формации. Дискретное время можно представить совокупностью пронумерованных точек на оси времени, соответствующих последо­вательным тактовым моментам. Временные интервалы между перио­дами представления информации могут быть произвольными.

Практически во всех случаях ЭВМ содержат специальный блок, вырабатывающий тактовые синхронизирующие импульсы (СИ), от­мечающие моменты дискретного времени.

В цифровых вычислительных устройствах применяют потенци­альный и импульсный способы представления информации.

При потенциальном способе представления информации (рис. 1, а) 0 и 1 соответствуют низкое Us и высокое Ui напряжения в определенной точке схемы машины (потенциальный код).

При импульсном способе представления информации (рис. 1, б) 1 и 0 соответствуют наличие и отсутствие электрическо­го импульса в определенной точке схемы (импульсный код).

Схемы ЭВМ в соответствии с типом используемых сигналов для представления информации принято делить на импульсные, потен­циальные, импульсно-потенциальные. В первых схемах используются только импульсные сигналы, во вторых, — только потенциаль­ные, а в третьих, — и те и другие.

Для представления и передачи двоичных машинных слов, код которых содержит несколько двоичных разрядов, применяют после­довательный и параллельный способы (последовательный и парал­лельный коды).

Рисунок 2Последовательные импульсный (а) и потенциальный (б) коды

При последовательном способе каждый временной такт исполь­зуется для отображения одного разряда слова, все разряды которо­го передаются по каналу последовательно, и фиксируются одним и тем же элементом. Номер разряда определяется номером такта, который отсчитывается от некоторого нулевого положения, совпа­дающего с началом слова. Таким образом, двоичный код слова пред­ставляется в виде некоторой временной последовательности потенциальных или импульсных сигналов, соответствующих зна­чениям цифр в разрядах слов. На рис. 2 показаны приме­ры последовательного импульс­ного (рис. 2, а) и последова­тельного потенциального кодов (рис. 2, б), появляющихся в дискретные моменты времени одновременно с синхроимпуль­сами (СИ).

При параллельном способе все разряды двоичного кода сло­ва передаются в одном временном такте, фиксируются отдельными элементами и проходят через отдельные каналы, каждый из которых служит для представления и передачи только одного разряда сло­ва. При этом код слова развертывается не во времени, а в простран­стве, так как значения цифр всех разрядов слова передаются по нескольким электрическим цепям одновременно (количество цепей равно числу разрядов). В один и тот же дискретный момент времени во всех цепях возникают сигналы в соответствии со значениями цифр разрядов передаваемого слова.

Устройства вычислительной техники в зависимости от применяе­мого кода называются устройствами последовательного или парал­лельного действия.

Для достижения высокого быстродействия основные устройства современных ЭВМ строятся параллельными. Однако они требуют большего количества аппаратуры, чем устройства последователь­ного действия, так как при параллельном коде надо иметь столько шин, а также запоминающих и преобразующих элементов, сколько разрядов в слове. Поэтому в некоторых устройствах применяют пос­ледовательно-параллельный код, при котором слова разбиваются на «слоги». «Слоги» передаются, а иногда и обрабатываются последо­вательно. При этом каждый «слог» представляется параллель­ным кодом.

Дата добавления: 2014-01-07