Arvutid I eksamiküsimuste vastused

Eero Ringmäe
mai 2002
õj = Teet Evartson

I Digitaalloogika

1._Mikroskeemide valmistamise tehnoloogiad :
Bipolaarsed tehnoloogiad:
dioodloogika: kokku ühendatud n-p pooljuhid lüliti avatud, kui vool kulgeb noole suunas. Väljundvoolu hergnevustegur – dioodide arv loogikaskeemis piiratud, kuna vastasel juhul võib ühte dioodi hakata läbima liiga suur vool ... summa eelnenud dioodidest * I ... vana, ei kasutata
TTL – Transistor -Transistor Loogika : bipolaarne transistor ... npn = emitter-base- collector ja pnp = emitter-base-collector ... viimane on negatiivse loogika näide (invertor)
kolme olekuga väljund: Enabled+x1+x2. Kui E=0, f=?
väiksema energitarbega & kiirem kui eelmine
STTL – Shotky TTL ... lisatud Shotky diood , kiire lülitumisega
IIL – Integrated Injection Logics ... suhteliselt madalam töökiirus, suurim elemenditihedus.. TTL modifikatsioon , milles kahe transistori pnpnp osad kokku ühendet
ECL – Emitter-Coupled Logic ... väga kiire bipolaartransistoritel põhinev loogika
Pooljuhtide tehnoloogia : MOS – Metal Oxide Semiconductor
n(channel)MOS transistor: pnp poljuhid, p-p pooljuhtide vahele tekib voolu juhtiv kanal , mis suleb transistori, kui pinge n-pooljuhi kohal = +V = H
p(channel)MOS transistor: npn pooljuhid, sama lugu, ainult nüüd asub gate p- pooljuhi kohal
CMOS – Complementary MOS ... kiire, voolutarve vaid lülitumishetkel
MOS on unipolaarne , energiatarve väike, suhteliselt aeglasem , kuid võimaldab suurt pakkimistihedust
2. Baaselemendid:
Loogikaelement e gate – teatud Boole 'i funktsiooni realiseeriv mikolülitus.
AND järjestikku asetsevad lülitid
OR – paralleelselt asetsevad lülitid
NOT – elektromagnet, mis ühendab lahti, kui vool on ... kokku ühendatud nMOS ja pMOS transistorid , pnp TTL tranistor
NAND – and+inversoon
NOR – or+ inversioon
summa-mod-2
Täielik loogikafunktsioonide süsteem on selline, milles saab kirjeldada iga eksisteerivat Boole'i funktsiooni. Näiteks: and-or-not või and-not süsteem. Loogikaf.-ni superpositsioon on f.-n, milles mingi(d) argument(id) on asendatud nende väärtust arvutavate funktsioonidega.
3. Kombinatsioonskeem: digitaalskeem, milles, teades sisendite väärtusi, võime väljundid välja arvutada üheselt, väljundid on määratud üks-üheselt sisendite väärtustega.

Järjestikskeem: digitaalskeem, milles väljundi väärtus sõltub eelmistest, eelnevatel diskreetse aja hetkedel I/O-s olnud väärtustest – skeemil on mäluolek.

Positiivne vs negatiivne loogika. Täielikult vs mittetäielikult määratud Boole'i funktsioonid
{ LAB1 }
Enamkasutatavaid järjestikskeeme
4. Trigerid :
Triger on mäluelement mis säilitab 1bit informatsiooni. Qt = S + -R * Qt-1
Trigeril on 2 stabiilset olekut 1 ja 0. Olekuks nimetatakse trigeri väljundi väärtust antud ajakhetkel. Sõltuvalt sisendsignaalist muudab triger oleku vastupidiseks või säilitab endise oleku.
Sünkroniseerimine – kui trigeriga on ühendatud lubav sisend , mille kõrgel väärtusel loetakse sisse uued sisendid , toimuvad üleminekud, madalal olekul aga on triger passiivne, säilitades oma endise oleku. Vastasel juhul võiksid erinevate elementide ja kombinatsioonide erinevad viited väjundit mõjutada. Esifront vs tagafront.
Ühe- vs kahetaktiline triger (MS-triger) – master ja slave pool ... kahetaktilisse on kokku ühendatud 2 trigerit, et sünkroniseerimisel nulli haaramist elimineerida... slave lülitub esimesel taktil, master järgneval
SR – Set- Reset Triger ... seadesisendiga triger
T-triger – Toggle triger .. sisendisse impulsi andmisel muudab oleku vastupidiseks
D – delay triger ... säilitab niikaua eelmise väärtuse, kuni sisendisse antakse uus väärtus
JK – triger –universaalsisenditega triger ... nagu SRt, ainult sisendi 11 korral, mis enne oli keelatud, muudab JK oleku vastupidiseks.
5. Registrid :
... hulk kokku ühendatud trigereid . Registrite tüübid = trigerite tüübid.
Võimaldab säilitada infot ühe sõna kaupa. Enamasti 8-, 16-, 24- ja 32-bitised registrid (säilitamaks sõnu 1, 2, 3, 4 Bytes ).
Nihkeregister võimaldab infosõnu nihutada vasakule ja paremale, teisendades nii andmeid järjestik- ja paralleelkuju vahel. Registrit juhitakse vastavate trigerite Set Reset käskudega. Nihkeregister RS trigeritel Clock on kõigil ühtne. Sisend järjestikkujul = Set , selle inversioon = Reset, i trigeri otseväjund = i+1 Set, inversioonväljund = i+1 Reset. Paralleellaadimisega nihkeregistrid.
6. Loendurid:
Loendur on loogikalülitus, mis loendab sisendimpulsse. Kasutatakse automaatikaseadmetes ja arvutitehnikas.
Realiseeritud trigeritel, mille otseväljundist läheb läbi Enabled signaaliga konjuktsiooni väärtus järgmise järgu sisendisse. Kui kõik eelmised järgud = 1, peab antud järk ümber lülituma.
Sünkroonne – mistahes kombinatsioonide vahel ülemineku viide = const .. arvutitehnikas kasutusel
Asünkroonne – ülemineku viide sõltub kombinatsioonidest
Loenduri moodul – erinevate väljundkombinatsioonide arv ... väljundi väärtus, mille korral alustab uuesti nullist.
Suvalise mooduliga loendur = ntx Grey koodi loendur, milles iga järgnev kood on eelmise naaberkood. Igasse sisendisse tuleb anda eelmise järgu moodul kaks summa iseendaga .
Reversiivne loendur loendab nii pos. kui neg. suunas.
{LAB2}
Enamkasutatavaid kombinatsioonskeeme
7. Summaatorid:
Summaator on kombinatsioonskem, mis liidab arvkoode. Iga järk summeeritakse eraldi. Lisaks sisendite väärtustele arvestatakse ka noorematest järkudest tulevaid ülekandeid.
A ® B ® C = summa
A&B+A&C+B&C = ülekanne
Täissummaator arvestab ka ülekandega vanemasse järku.
Poolsummaator ei arvesta ülekandega vanemasse järku.
Lahutaja : lahutamine = täiendkoodi liitmine . Täiendkood ... pöördkood, mille viimasesse järku liidetakse 1.
Liitja-lahutaja – kui teatud lisasisendiga määratakse teostatav operatsioon & vastavalt sellele valitakse lahutatava operandi kood või täiendkood.
Kiire ülekanne: paralleelülekanne, et vältida pikka viiteaega, kuni ülekanne levib mööda järke.
generation – ülekande tekitamine
propagation – ülekande edasiandmine
8. Dekooder :
Dekooder on loogikalülitus, mis teeb kindlaks, milline kood sisendis on, milline sisend on aktiivne. Dekooder tunneb ära vastava kahendkoodi & aktiveerib sellele vastava väljundi.
Sisendis n-järguline kood, väljundis 2 astmel n-järguline kood.
Dekoodriga saab kahendkoodi muundada koodiks, millega aktiveerida mälupesa, juhtida segmentindikaatorit, konverteerida bindec, jne.
Koosneb AND elementidest. Kaskaadlülitus... kõrgema taseme dekooder aktiveerib madalama taseme dekoodrid, need omakorda väljundid, etc.
9. Multipleksor :
Multipleksor on andmeselektor. Mitmest andmesisendist (2n) valitakse n juhtsisenditega välja üks, ning edastatakse see väljundisse.
Multipleksorite süsteemil saab piisava arvu sisendite korral realiseerida mistahes Boole'i funktsiooni.
Laiendamiseks nimetatakse multipleksorite hierarhia tekitamist, milles iga järk multipleksoreid (2x vähem, kui nooremas) realiseerib juhtsisendite teatavat järku.
10. Komparaator :
... on võrdlusskeem, mis sisendisse tulevaid operande võrdleb ning teeb kindlaks, kas esimeses sisendis olev operand on suurem (Great), võrdne (Equal) või väiksem (Less) kui teises olev, aktiveerides vastava väljundi.
11. Koodimuundur:
On loogikaskeem , mis teisendab sisendkoodi mingisse teise loogikasse. Näiteks positiivsest loogikast negatiivsesse loogikasse inversiooni läbi. Binary -Decimal.
Igale sisendjärgule vastab loogikaskeem, mis toimetab teisenduse.
12. ALU:
Aritmeetika-Loogikaseadme ülesandeks on mitmekohaliste kahendarvudega erinevate aritmeetiliste ja loogiliste tehete tegemine. Tehe , mida teha, määratakse juhtsisenditega, operandid andmesisenditega. Iga järgu jaoks arvutatakse väljundi väärtus iseseisvalt.

Protsessor

13. Üldstruktuur:
Protsessor teostab mitmesuguseid operatsioone mälus paiknevate käskude järgi. Protsessori koosseisu kuulub ALU, juhtautomaat -mikroprogrammautomaat, mitu registrit ning vahemälu.
Käsuloenduri ülesandeks on järjestikuste käskude lugemine PC aadressi järgi. Käsuloendur saab järgneva käsu aadressi ???-st (juhtautomaadist arvatavasti