PÓŁPRZEWODNIKI W BUDOWIE SYSTEMU KOMPUTEROWEGO
Podstawowe układy realizujące operacje na sygnałach 0-1. Określa się je mianem dwustanowych, Są podstawowymi elementami podzespołów komputera. Ich główne zalety to niezawodność, łatwość produkcji i mnogość zastosowań. Wygenerowują na wyjściu odpowiedni sygnał uzależniony od sygnałów wejściowych.
Elementarnym układem kombinacyjnym mającym stałą liczbę wejść i wyjść, na którym mogą się pojawiać tylko wartości ze zbioru dwuelementowego {0,1} jest bramka logiczna. Jest ich aż sześć:
NOT - nietypowa bramka, która ma tylko jedno wyjście. Jej działanie polega na podaniu na wyjście zanegowanego sygnału wejściowego.
AND - na wyjściu tej bramki otrzymujemy wartość PRAWDA.
OR – na wyjściu tej bramki również pojawia się wartość PRAWDA, jeżeli na dowolne z wejść zostanie podany sygnał PRAWDA.
XOR – bramka ta realizuje dysjunkcje, czyli niezgodność.
NAND – sygnały w tej bramce są zaprzeczonymi sygnałami koniunkcji.
NOR – realizuje zdarzenie NOT OR. Jest połączeniem dwóch bramek logicznych. Sygnały na wyjściu są zaprzeczonymi sygnałami alternatywy.
Kolejnym przykładem wykorzystywanym przy budowie komputera są przerzutniki. Ich sygnał otrzymany na wyjściu układu zależy od wcześniejszych i bieżących sygnałów wejściowych. Jest wiele typów przerzutników stosowanych w technice komputerowej. Przykładem może być przerzutnik asynchroniczny RS. Ma on dwa wejścia - R i S – oraz dwa wyjścia Q i zanegowane Q.
SCHEMAT BLOKOWY KOMPUTERA
Praca komputera polega na przetwarzaniu informacji, odbywa się ona zgodnie z podanymi instrukcjami. Graficzny schemat takiego urządzenia:
Wśród bloków funkcjonalnych można wyróżnić bloki zajmujące się między innymi sterowaniem przepływu informacji między układami komputera oraz realizujące proste operacje arytmetyczne lub logiczne.
Pierwszymi z nich są rejestry, które służą do przechowywania informacji w postaci liczb binarnych. Są budowane z przerzutników. Dzięki nim mamy możliwość przesyłania różnego rodzaju informacji między układami komputera. Może być ona wprowadzona szeregowo bądź równolegle. Dzięki tej właściwości rejestry mogą być zastosowane do zmiany informacji z szeregową na równoległą i odwrotnie, w zależności od potrzeb układu, do którego informacja jest przekazywana.
Kolejnym elementem zbudowanym z przerzutników są liczniki. Idealnie nadają się do zliczania impulsów. Pojedyncze układy mają zawsze ograniczenia. Rozwiązaniem tego problemu jest możliwość łączenia kaskadowego układów.
Elementem wykorzystywanym przy dodawaniu liczb biernych są sumatory. Ich działanie sprowadza się do wykorzystywania operacji na trzech bitach. Ponadto jak przy licznikach wykorzystuje się możliwość kaskadowego łączenia układów. Dzięki temu można wykonać sumator realizujący działania na dużych liczbach.
Na schemat budowy komputera składa się również pamięć operacyjna i procesor. Pierwsza z nich to pamięć komputera służąca do chwilowego (tylko gdy komputer jest włączony) przechowywania danych i programów. Natomiast procesor. Stanowi główny element komputera, ponieważ jest odpowiedzialny za przetwarzanie informacji. Składa się on z układów sterujących, arytmometru oraz rejestrów . Układy sterujące odpowiadają za: dostarczenie arytmometrowi danych do obliczeń z pamięci operacyjnej, przekazywanie wyników obliczeń z powrotem do pamięci oraz właściwą kolejność przetwarzania. W arytmometrze odbywają się wszystkie obliczenia realizowane przez komputer. W rejestrach procesora przechowuje się adresy wybranych miejsc pamięci operacyjnej oraz dane i wyniki obliczeń. W wyróżnionym rejestrze nazywanym licznikiem rozkazów jest umieszczany adres miejsca w pamięci wewnętrznej zawierającego bieżący rozkaz dla procesora. Praca procesora odbywa się w tzw. cyklach rozkazowych.
Przebieg jednego cyklu rozkazowego można opisać za pomocą następującego algorytmu:
1. Zawartość miejsca pamięci wewnętrznej wskazywanego przez licznik rozkazów LR zostaje przesłana do układów sterujących procesora,
2. W układach sterujących następuje rozdzielenie otrzymanej informacji na dwa pola: pole operacji i pole argumentów. Pole operacji zawiera adres rozkazu, który należy wykonać. Pole argumentów zawiera adresy, pod którymi są przechowywane dane oraz adres przeznaczenia wyniku.
3. Na podstawie wyznaczonych adresów następuje przesłanie z pamięci wewnętrznej argumentów do odpowiednich rejestrów, a na podstawie adresu rozkazu arytmometr wykonuje odpowiednie działanie (operację arytmetyczną lub logiczną) na zawartościach rejestru.
4. Wynik przetwarzania (wynik wykonanej operacji) jest wysyłany do pamięci wewnętrznej pod adres przeznaczenia wyniku.
5. Następuje zmiana wartości licznika rozkazów LR tak, aby wskazywał on kolejny rozkaz dla procesora.
Uproszczony algorytm cyklu rozkazowego
Kolejnym elementem bez którego nie jest możliwe wykonanie konstrukcji umożliwiającej połączenie układów na zasadzie każdy z każdym jest magistrala. Umożliwia przesyłanie danych, adresów i sygnałów sterujących pomiędzy procesorem, pamięcią wewnętrzną i urządzeniami peryferyjnymi komputera. Magistrala składa się z szyny sygnałów sterujących, szyny danych i szyny adresowej. Cykl pracy magistrali odbywa się w taktach czasowych (podobnie jak w przypadku procesora), z tym, że zwykle częstotliwość pracy magistrali jest kilka razy mniejsza od częstotliwości pracy procesora. Powoduje to zmniejszenie efektywności pracy całego systemu komputerowego.
Praca komputera polega na przetwarzaniu informacji. Praca ta odbywa się zgodnie z podanymi instrukcjamiJ
6
kamil_19881