Zariadenia na digitálne spracovanie informácií sú digitálne zariadenia. Zariadenia na digitálne spracovanie informácií

Počas vývoja digitálnych technológií boli vyvinuté počítače rôznych typov. Na mnohé z nich sa už dávno zabudlo, no iné mali silný vplyv na vývoj moderných výpočtových systémov. Tu uvedieme stručný prehľad niektorých štádií vývoja počítačov, aby sme ukázali, ako ľudské myslenie dospelo k modernému chápaniu počítačovej technológie.

Zariadenia, ktoré uľahčujú počítanie alebo zapamätanie jeho výsledkov, sú už dávno známe, ale nás budú zaujímať iba výpočtové zariadenia, ktoré automaticky vykonávajú programy v nich vložené. Preto tu neuvažujeme o zariadeniach ako sú počítadlá, mechanické aritmometre a elektronické kalkulačky.

Prvý počítací stroj s uloženým programom zostrojil francúzsky vedec Blaise Pascal v roku 1642. Bol mechanický s ručným pohonom.a mohol vykonávať operácie sčítania a odčítania. Nemecký matematik Gottfried Leibniz v roku 1672 zostrojil mechanický stroj, ktorý dokázal vykonávať aj operácie násobenia a delenia. Prvýkrát stroj pracujúci podľa programu vyvinul v roku 1834 anglický vedec Charles Babbage. Obsahoval pamäťové zariadenie, výpočtové zariadenie, vstupné zariadenie pre dierne štítky a tlačiarenské zariadenie. Príkazy sa čítali z dierneho štítku a načítali údaje z pamäte do výpočtového zariadenia a výsledky výpočtov zapisovali do pamäte. Všetky zariadenia Babbageovho stroja vrátane pamäte boli mechanické a obsahovali tisíce ozubených kolies, ktorých výroba si vyžadovala presnosť, ktorá nebola v 19. storočí dostupná. Stroj implementoval ľubovoľné programy napísané na diernom štítku, takže po prvý raz bolo potrebné, aby takéto programy napísal programátor. Prvou programátorkou bola Angličanka Ada Lovelace, po ktorom bol už v našej dobe pomenovaný programovací jazyk Ada.

V XX storočí. elektronika sa začala vyvíjať a jej schopnosti okamžite prevzali vývojári počítačov. Konštrukciou počítačov, ktorých základná sústava prvkov bola postavená na elektronických súčiastkach, sa začína odpočítavanie generácií digitálnych počítačov. Treba si uvedomiť, že rozdelenie obdobia vývoja digitálnej techniky na etapy je spojené najmä s presunom základnej sústavy prvkov na nové technológie výroby elektronických súčiastok.

Prvá generácia -

elektrónky (1945-1955)

Srdcom základného systému prvkov tejto generácie počítačov boli vákuové trubice. Ich použitie predurčilo výhody aj nevýhody digitálnych zariadení Elektrónky poskytovali vysokú rýchlosť spínania logických prvkov, čím sa zvýšila rýchlosť výpočtu v porovnaní s pokusmi o vytvorenie počítača, ktorého základný prvok bol postavený na báze elektromechanického relé. . Vákuové trubice boli pomerne odolné a zabezpečovali spoľahlivú prevádzku počítača. Žiaľ, elektrónkové počítače mali aj dosť nedostatkov. Elektronické elektrónky pracovali s napätiami desiatok voltov a spotrebovali veľa energie, navyše veľkosť elektróniek bola podľa moderných koncepcií mikroelektroniky obrovská – niekoľko desiatok kubických centimetrov. Na zostavenie počítača boli potrebné tisíce logických prvkov, takže veľkosť elektrónkových počítačov v prepočte na obsadenú plochu bola desiatky metrov štvorcových a spotreba energie sa pohybovala v jednotkách až desiatkach a dokonca stovkách kilowattov. Takýto výkon viedol k prehriatiu lámp, ktoré boli umiestnené pomerne kompaktne, a stanovil úlohu efektívneho chladenia elektronických komponentov stroja. Rýchlosť spracovania informácií v rúrkových strojoch sa pohybovala od niekoľkých stoviek až po niekoľko tisíc operácií za sekundu.

Druhá generácia - tranzistory (1955-1965)

Polovodičové súčiastky – tranzistory boli vynájdené v roku 1948. Od elektronických elektrónok sa líšili malými rozmermi, nízkym napájacím napätím a nízkou spotrebou energie. Všetky tieto výhody polovodičových zariadení spôsobili revolúciu v elektronickom priemysle. Začali sa objavovať miniatúrne rozhlasové a televízne vysielače a prijímače, bolo možné integrovať riadiace zariadenia priamo do riadiacich objektov atď. Nová základňa prvkov pre počítače na báze tranzistorov spôsobila revolúciu vo výrobe počítačov. Výrazné zmenšenie veľkosti, znížená spotreba energie a náklady umožnili vytvárať počítačové architektúry s vyššou funkčnosťou, dramaticky zvýšiť rýchlosť počítačov na státisíce a dokonca milióny operácií za sekundu. Zvýšenie produktivity bolo zabezpečené jednak vyššou rýchlosťou tranzistorov v porovnaní s vákuovými elektrónkami, jednak zavedením niekoľkých zariadení na spracovanie do počítača, ktoré pracujú paralelne. Plocha potrebná na umiestnenie počítača klesla na niekoľko metrov štvorcových a uskutočnili sa pokusy o vytvorenie desktopových verzií. Pokles nákladov zvýšil počet potenciálnych používateľov počítačov. Existovali veľké firmy na výrobu univerzálnych počítačov: International Business Machines (IBM), Control Data Corporation (CDC) Digital Equipment Corporation (DEC) a iné.Treba si všimnúť počítač PDP-8 od firmy DEC, prvý minipočítač so spoločnou zbernicou, ktorý mal veľký vplyv na vývoj architektúr osobných počítačov.

Tretia generácia - integrované obvody (1965-1980)

Polovodičové prvky a ďalšie elektronické súčiastky vyrábal elektronický priemysel vo forme jednotlivých prvkov. Takže polovodičový kryštál, na ktorom bol umiestnený tranzistor, bol uzavretý v špeciálnom kovovom alebo plastovom puzdre. Požiadavka na zmenšenie elektroniky

zariadení viedli k tomu, že najskôr sa začali vyrábať polovodičové súčiastky v bezobalovom prevedení a následne v roku 1958 došlo k pokusu umiestniť všetky súčiastky jednej funkčnej jednotky do jedného polovodičového kryštálu. Takto sa objavili integrované obvody (IC), ktoré umožnili drasticky zmenšiť veľkosť polovodičových obvodov a znížiť spotrebu energie. Na základe IS boli postavené minipočítače, ktoré boli vyrobené vo forme jedného racku a periférnych zariadení. Výkon spotrebovaný počítačom IC sa znížil na stovky wattov. Zvýšenie rýchlosti uzlov postavených na integrovaných obvodoch umožnilo zvýšiť rýchlosť počítačov až na desiatky miliónov operácií za sekundu. Elektronický priemysel začal hromadne vyrábať elektronické súčiastky na integrovaných obvodoch, čo umožnilo znížiť ich cenu a drasticky znížiť náklady na hardvérovú súčasť počítačov. Zníženie nákladov viedlo k vývoju a praktickej implementácii výkonných výpočtových systémov, ktoré využívajú paralelné spracovanie: viacprocesorové a zreťazené počítače.

Štvrtá generácia - veľmi veľké integrované obvody (od roku 1980)

Mikrominiaturizácia elektronických zariadení viedla k vzniku nového odvetvia - mikroelektronika, ktorá patrí do oblasti špičkových technológií. Pomocou najnovších vedeckých a technologických výdobytkov fyziky, chémie, kryštalografie, materiálovej vedy a dokonca aj kozmonautiky (v nulovej gravitácii je možné získať polovodičové kryštály veľmi vysokej čistoty) sme dosiahli umiestnenie stoviek, potom tisícov a napokon milióny tranzistorov a iné na jednom kryštáli o veľkosti niekoľkých štvorcových milimetrov.elektronické súčiastky. Teraz už polovodičový obvod neobsahoval súbor niekoľkých logických prvkov, z ktorých sa potom stavali funkčné celky počítača, ale výlučne funkčné celky a v prvom rade tzv. CPU, ktorý sa vzhľadom na jeho veľkosť nazýval mikroprocesor, externé zariadenia na ovládanie zariadení - ovládače externých zariadení. Takéto integrované obvody boli najskôr tzv veľké integrované obvody(BIS) a potom veľmi veľké integrované obvody(VLSI).

Výsledkom takého prudkého rozvoja mikroelektroniky bol vznik jednodoskových počítačov, kde na jednej doske o veľkosti niekoľkých desiatok štvorcových centimetrov bolo niekoľko VLSI obsahujúcich všetky funkčné bloky počítača. Jednodoskové počítače boli zabudované do rôznych priemyselných, medicínskych a domácich zariadení na prevádzkové spracovanie a riadenie informácií. Náklady na jednodoskové počítače klesli natoľko, že si ich mohli kúpiť aj jednotlivci. Túto príležitosť využili anglickí inžinieri. Steve Jobe A Steve Wozniak. Pomocou priemyselne vyrábaných funkčných celkov: mikropočítačová doska s procesorom a pamäťou, klávesnica, displej zostavili lacný stolný počítač - mikropočítač. Jeho príťažlivosť pre neprofesionálnych používateľov spočívala v tom, že išlo o zariadenie pripravené na použitie, ktoré obsahovalo všetok potrebný hardvér a softvér na vykonanie úlohy. Tento mikropočítač je tzv Arr!e a stal sa prvým na svete osobný počítač.

Osobné počítače, ktoré boli široko používané na počítačovom trhu, sa začali zaujímať o veľkú spoločnosť zaoberajúcu sa výrobou výkonných výpočtových systémov - 1VM, a rozhodla sa začať s výrobou vlastného modelu osobného počítača. Spolu s firmou intel, vyvinula súpravu mikroprocesorov a spoločnosťou Microsoft, ktorá vybavila počítač operačným systémom MS DOS, IBM vytvorila osobný počítač IBM RS. Významný potenciál spoločnosti IBM umožnil v krátkom čase vyrobiť obrovské množstvo takýchto počítačov. Ich lákavá cena pre kupujúcich a niektoré inovácie, napríklad väčšie množstvo pamäte RAM v porovnaní s osobnými počítačmi vyrábanými v tom čase inými spoločnosťami, umožnili počítaču IBM PC stať sa najobľúbenejším osobným počítačom na svete.

2.6. Architektúry výpočtových systémov sústredeného spracovania informácií

Moderný počítač pozostáva z niekoľkých funkčných jednotiek: procesor, pamäť, radiče zariadení atď. Každý uzol je zložité elektronické zariadenie, ktoré môže obsahovať milióny logických prvkov. Pre lepšie pochopenie princípu fungovania každého uzla a počítača ako celku je zavedený koncept úrovní počítačovej prezentácie.

Úroveň digitálnej logiky -úroveň logických obvodov základnej sústavy prvkov.

mikroarchitektonickej úrovni- úroveň organizácie spracovania informácií v rámci funkčného celku. Patria sem registre na rôzne účely, zariadenie na spracovanie prichádzajúcich príkazov, zariadenie na konverziu údajov a riadiace zariadenie.

Veliteľská úroveň- súbor funkčných uzlov a spojení medzi nimi, systém príkazov a dát prenášaných medzi zariadeniami.

Volá sa množina blokov, väzieb medzi nimi, dátových typov a operácií každej úrovne architektúra úrovne.

Architektúra na úrovni príkazov sa bežne označuje ako počítačová architektúra alebo počítačová organizácia. V tejto časti sa pozrieme na rôzne počítačové architektúry. O architektúrach iných úrovní sa bude diskutovať v nasledujúcich častiach.

2.6.1. Architektúra pevných zariadení

Počítače s koncentrovaným spracovaním nazývajú sa také výpočtové systémy, v ktorých je jedno alebo viac zariadení na spracovanie (procesorov) umiestnených kompaktne a na výmenu informácií využívajú interné zbernice na prenos údajov. Počítače prvej a druhej generácie mali architektúru uzavretého typu s obmedzenou sadou externého hardvéru. Táto architektúra je typická pre počítače, ktorých základný systém logických prvkov je postavený na diskrétnych elektronických súčiastkach (elektrónky, tranzistory). Zavedenie akéhokoľvek dodatočného funkčného bloku v takýchto architektúrach bolo spojené so zvýšením spotreby energie, obsadenej plochy a dramaticky zvýšilo cenu celého systému. Počítač vyrobený podľa tejto architektúry teda nemal možnosť pripojiť ďalšie zariadenia, ktoré neposkytol vývojár.

Zväčšená schéma takejto počítačovej architektúry je znázornená na obr. 2.9. RAM ukladá príkazy a dáta spustiteľných programov, ALU zabezpečuje nielen numerické spracovanie, ale podieľa sa aj na vstupno-výstupnom procese informácií ich vkladaním do RAM. Vstupný/výstupný kanál je špecializované zariadenie, ktoré funguje na základe príkazov zadaných riadiacim zariadením. Kanál umožňuje pripojenie určitého počtu externých zariadení. Riadiace zariadenie zabezpečuje vykonávanie príkazov programu a riadi všetky uzly systému.

Ryža. 2.9. Architektúra počítača s uzavretým okruhom

Počítače tejto architektúry sú efektívne pri riešení čisto výpočtových problémov. Nie sú vhodné na implementáciu počítačových technológií, ktoré vyžadujú pripojenie ďalších externých zariadení a vysokú rýchlosť výmeny informácií s nimi.

6.2. Výpočtové systémy s otvorenou architektúrou

Začiatkom 70. rokov. podľa DEC (Digital Equipment Corporation) bol navrhnutý počítač úplne inej architektúry. Táto architektúra umožňovala voľne pripájať akékoľvek periférne zariadenia, čo okamžite zaujalo vývojárov riadiacich systémov pre rôzne technické systémy, keďže poskytovalo bezplatné pripojenie ľubovoľného počtu snímačov a akčných členov k počítaču. Hlavnou novinkou bolo pripojenie všetkých zariadení bez ohľadu na ich účel spoločný autobus prenos informácií. Zariadenia boli pripojené k zbernici v súlade s štandard pneumatík.Štandard zbernice bol voľne distribuovaný dokument, ktorý umožňoval výrobcom periférnych zariadení vyvíjať ovládače na pripojenie ich zariadení k zberniciam rôznych štandardov. Architektúra počítača otvoreného typu založená na použití spoločnej zbernice je znázornená na obr. 2.10. Všeobecný manažment všetkých

Počas vývoja digitálnych technológií boli vyvinuté počítače rôznych typov. Na mnohé z nich sa už dávno zabudlo, no niektoré mali silný vplyv na vývoj moderných výpočtových systémov. Tu uvedieme stručný prehľad niektorých štádií vývoja počítačov, aby sme ukázali, ako ľudské myslenie dospelo k modernému chápaniu počítačovej technológie.

Zariadenia, ktoré uľahčujú počítanie alebo zapamätanie jeho výsledkov sú známe už dlho, ale nás budú zaujímať iba výpočtové zariadenia, ktoré automaticky vykonávajú v nich zabudované programy, preto nepovažujeme za zariadenia ako počítadlá, mechanické sčítacie merače a elektronické kalkulačky. .

Prvý počítací stroj s uloženým programom zostrojil francúzsky vedec Blaise Pascal v roku 1642. Bol mechanický s ručným pohonom a mohol vykonávať operácie sčítania a odčítania. Nemecký matematik Gottfried Leibniz v roku 1672 zostrojil mechanický stroj, ktorý dokázal robiť rovnaké operácie násobenia a delenia. Prvýkrát stroj pracujúci podľa programu vyvinul v roku 1834 anglický vedec Charles Babbage. Obsahoval pamäťové zariadenie, výpočtové zariadenie, vstupné zariadenie pre dierne štítky a tlačiarenské zariadenie. Príkazy sa čítali z dierneho štítku a načítali údaje z pamäte do výpočtového zariadenia a výsledky výpočtov zapisovali do pamäte. Všetky zariadenia Babbageovho stroja vrátane pamäte boli mechanické a obsahovali tisíce ozubených kolies, ktorých výroba si vyžadovala presnosť, ktorá nebola v 19. storočí dostupná. Stroj implementoval ľubovoľné programy napísané na diernom štítku, takže po prvý raz bolo potrebné, aby takéto programy napísal programátor. Prvou programátorkou bola Angličanka Ada Lovelace, po ktorom je už v našich časoch pomenovaný programovací jazyk Ada.

V 20. storočí sa začala rozvíjať elektronika a jej schopnosti okamžite prevzali vývojári počítačov. Konštrukciou počítačov, ktorých základná sústava prvkov bola postavená na elektronických súčiastkach, sa začína odpočítavanie generácií digitálnych počítačov. Treba si uvedomiť, že rozdelenie obdobia vývoja digitálnej techniky na etapy je spojené najmä s presunom základnej sústavy prvkov na nové technológie výroby elektronických súčiastok.

Prvá generácia - elektrónky (1945-1955)

Srdcom základného systému prvkov tejto generácie počítačov boli vákuové trubice. Ich použitie určilo výhody aj nevýhody digitálnych zariadení. Vákuové elektrónky poskytovali vysokú rýchlosť spínania logických prvkov, čím sa zvýšila rýchlosť výpočtu v porovnaní s pokusmi o vytvorenie počítača, ktorého základný prvok bol postavený na báze elektromechanického relé. Vákuové trubice boli pomerne odolné a zabezpečovali spoľahlivú prevádzku počítača. Žiaľ, elektrónkové počítače mali aj dosť nedostatkov. Po prvé, vákuové trubice pracovali s napätím desiatok voltov a spotrebovali veľa energie, navyše veľkosť vákuových trubíc bola podľa moderných koncepcií mikroelektroniky obrovská - niekoľko desiatok kubických centimetrov. Na zostavenie počítača boli potrebné tisíce logických prvkov, takže veľkosť elektrónkových počítačov v prepočte na obsadenú plochu bola desiatky metrov štvorcových a spotreba energie sa pohybovala v jednotkách až desiatkach a dokonca stovkách kilowattov. Takýto výkon viedol k prehriatiu lámp, ktoré boli umiestnené pomerne kompaktne, a stanovil úlohu efektívneho chladenia elektronických komponentov stroja. Rýchlosť spracovania informácií v rúrkových strojoch sa pohybovala od niekoľkých stoviek až po niekoľko tisíc operácií za sekundu.

ODDIEL 2. NÁVRH OBVODU DIGITÁLNYCH ELEKTRONICKÝCH ZARIADENÍ

Základné pojmy digitálnej elektroniky

Účelom rádiových elektronických zariadení, ako viete, je príjem, transformácia, prenos a ukladanie informácií prezentovaných vo forme elektrických signálov. Signály fungujúce v elektronických zariadeniach, a teda aj samotné zariadenia, sú rozdelené do dvoch veľkých skupín: analógové a digitálne.

analógový signál je signál, ktorý je v úrovni a čase spojitý, t.j. takýto signál existuje kedykoľvek a môže mať akúkoľvek úroveň zo špecifikovaného rozsahu.

Kvantovaný signál – signál, ktorý môže nadobudnúť iba určité kvantované hodnoty zodpovedajúce kvantizačným úrovniam. Vzdialenosť medzi dvoma susednými úrovňami je krokom kvantovania.

Vzorkovaný signál signál, ktorého hodnoty sú špecifikované iba v časových bodoch, ktoré sa nazývajú odberné miesta. Vzdialenosť medzi susednými vzorkovacími bodmi je krokom vzorkovania
. Pri konštantnej
platí Kotelnikovova veta:
, kde - horná medzná frekvencia spektra signálu.

digitálny signál - signál kvantovaný úrovňou a diskretizovaný v čase. Kvantované hodnoty digitálneho signálu sú zvyčajne kódované nejakým kódom, pričom každá vzorka vybraná počas procesu vzorkovania je nahradená zodpovedajúcim kódovým slovom, ktorého symboly majú dve hodnoty - 0 a 1.

Typickými predstaviteľmi analógových elektronických zariadení sú komunikačné, vysielacie, televízne zariadenia. Všeobecnou požiadavkou pre analógové zariadenia je minimálne skreslenie. Túžba splniť tieto požiadavky vedie ku komplikáciám elektrických obvodov a dizajnu zariadení. Ďalším problémom analógovej elektroniky je dosiahnutie potrebnej odolnosti voči šumu, pretože v analógovom komunikačnom kanáli je šum v podstate neodstrániteľný.

Digitálne signály sú generované elektronickými obvodmi, ktorých tranzistory sú buď uzavreté (prúd je blízko nule) alebo úplne otvorené (napätie je blízko nule), takže rozptyľujú málo energie a spoľahlivosť digitálnych zariadení je vyššia ako analógových.

Digitálne zariadenia sú odolnejšie voči rušeniu ako analógové, pretože malé vonkajšie poruchy nespôsobujú chybnú prevádzku zariadení. Chyby sa objavujú len pri takých poruchách, pri ktorých je nízka úroveň signálu vnímaná ako vysoká, alebo naopak. V digitálnych zariadeniach možno na opravu chýb použiť aj špeciálne kódy. Analógové zariadenia túto schopnosť nemajú.

Digitálne zariadenia sú necitlivé na rozšírenie (v prijateľných medziach) parametrov a charakteristík tranzistorov a iných prvkov obvodu. Presne vyrobené digitálne zariadenia nie je potrebné upravovať a ich vlastnosti sú úplne opakovateľné. To všetko je veľmi dôležité pri hromadnej výrobe zariadení využívajúcich integrovanú technológiu. Nákladová efektívnosť výroby a prevádzky digitálnych integrovaných obvodov viedla k tomu, že v moderných rádioelektronických zariadeniach sa digitálne spracovávajú nielen digitálne, ale aj analógové signály. Bežné sú digitálne filtre, regulátory, násobiče atď.. Pred digitálnym spracovaním sa analógové signály konvertujú na digitálne pomocou analógovo-digitálnych prevodníkov (ADC). Inverzná konverzia - obnovenie analógových signálov z digitálnych - sa vykonáva pomocou digitálno-analógových prevodníkov (DAC).

Pri všetkej rozmanitosti úloh riešených digitálnymi elektronickými zariadeniami sa ich činnosť uskutočňuje v číselných systémoch, ktoré fungujú iba s dvoma číslicami: nula (0) a jedna (1). Podľa typu kódovania binárnych číslic elektrickými signálmi sa prvky digitálnej techniky delia na potenciálne (statické) a impulzné (dynamické).

IN potenciál prvky nula a jedna zodpovedajú dvom výrazne odlišným úrovniam napätia. V tomto prípade môžu byť napätia kladné aj záporné vzhľadom na puzdro, ktorého elektrický potenciál sa považuje za nulový. Existujú prvky, ktoré fungujú v pozitívnej a negatívnej logike. V prvkoch s pozitívnou logikou sa prechod z 0 na 1 uskutočňuje so zvýšením potenciálu. V negatívnej logike sa zápornejšie napätie považuje za logickú 1.

IN impulzívny prvky logickej jednotky zodpovedajú prítomnosti a logickej nule - neprítomnosti impulzu.

Prevádzka digitálnych zariadení je zvyčajne taktovaný dostatočne vysokofrekvenčný generátor hodín. Počas jedného cyklu sa realizuje najjednoduchšia mikrooperácia – čítanie, posun, logický príkaz atď. Informácie sú reprezentované ako digitálne slovo. Existujú dva spôsoby prenosu slov - paralelný a sériový. Sériové kódovanie sa používa pri výmene informácií medzi digitálnymi zariadeniami (napríklad v počítačových sieťach, modemových komunikáciách). Spracovanie informácií v digitálnych zariadeniach sa spravidla realizuje pomocou paralelného kódovania informácií, čo zaisťuje maximálny výkon.

Základňa prvkov pre stavbu digitálnych zariadení je tvorená digitálnymi integrovanými obvodmi (IC), z ktorých každý je implementovaný pomocou určitého počtu logických prvkov (LE) - najjednoduchších digitálnych zariadení, ktoré vykonávajú elementárne logické operácie.

Všetky digitálne zariadenia možno priradiť jednej z dvoch hlavných tried: kombinačné (bez pamäte) a sekvenčné (s pamäťou). kombinačné volajú sa zariadenia, ktorých stav výstupov v ktoromkoľvek časovom okamihu je jednoznačne určený hodnotami vstupných premenných v rovnakom časovom okamihu. Ide o logické prvky, prevodníky kódov (vrátane kódovačov a dekodérov), rozdeľovače kódov (multiplexory a demultiplexory), komparátory kódov, aritmetické logické jednotky (sčítačky, odčítače, multiplikátory, samotná ALU), pamäťové zariadenia len na čítanie (ROM), programovateľná logika matrice (PLM).

výstupný stav sekvenčné číslicového zariadenia (konečného stroja) v danom časovom okamihu je determinovaný nielen logickými premennými na jeho vstupoch, ale závisí aj od poradia (postupnosti) ich príchodu do predchádzajúcich časových bodov. Inými slovami, konečné automaty musia nevyhnutne obsahovať pamäťové prvky, ktoré odrážajú celú históriu príjmu logických signálov a sú vykonávané na klopných obvodoch, zatiaľ čo kombinované digitálne zariadenia môžu byť úplne postavené iba na logických prvkoch. Digitálne zariadenia sekvenčného typu zahŕňajú klopné obvody, registre, počítadlá, pamäť s náhodným prístupom (RAM), mikroprocesorové zariadenia (mikroprocesory a mikrokontroléry).

Pred štúdiom rôznych digitálnych zariadení sa zoznámime s prvkami matematického aparátu, ktorý sa používa pri ich konštrukcii. Jeho súčasťou je myšlienka číselných systémov a metód na popis a prevod logických funkcií.

9. Matematické základy digitálnej elektroniky

9.1. Pozičné číselné sústavy

číselný systém nazývame metódu reprezentácie ľubovoľného čísla obmedzenou množinou znakov nazývaných čísla. Vyvolá sa číslo pozície, ktoré určuje váhu, s ktorou sa daná číslica pridáva do čísla vypúšťanie a číselné sústavy s uvedenou vlastnosťou sú pozičné.

Všeobecne n- bit kladné číslo N v ľubovoľnej číselnej sústave so základom R je reprezentovaný súčtom tvaru

(9.1)

kde a k- samostatné číslice v zázname čísla, ktorého hodnoty sa rovnajú členom prirodzeného radu v rozsahu od 0 do ( R– 1).

Pri vykonávaní výpočtov digitálnymi elektronickými zariadeniami sa používajú prvky s dvoma stabilnými stavmi. Z tohto dôvodu sa v digitálnej technike rozšíril pozičný binárny číselný systém (so základom 2). V každej dvojkovej číslici, tzv trocha, môže byť 1 alebo 0. Rovnaký číselný záznam (binárny kód) je postupnosť jednotiek a núl. Aby sme odlíšili dvojkové číslo od desiatkového, doplníme ho vpravo príponou IN(Binaire), ako je zvykom v špeciálnych strojovo orientovaných programovacích jazykoch nazývaných assemblery.

Váhy susedných číslic binárneho kódu čísla sa líšia dvojnásobne a číslica úplne vpravo (najnižšia) má váhu 1. Preto napr.

101101B = 1. 2 5 + 0 . 2 4 + 1 . 2 3 +1 . 2 2 + 0 . 2 1 + 1 . 20 = 45.

Vyvolajú sa štyri susediace bity tetráda, sa volá skupina 8 bitov byte a od 16 bitov - strojové slovo. Sada 1024 (2 10) bajtov sa nazýva kilobajt, 1024 kilobajtov - megabajt, 1024 megabajtov - gigabajt.

1 GB = 2 10 MB = 2 20 KB = 2 30 bajtov .

Moderné osobné počítače dokážu vo svojej pamäti uložiť desiatky gigabajtov digitálnych informácií na pevné magnetické disky.

Aritmetické operácie v binárnom číselnom systéme sú mimoriadne jednoduché a dajú sa ľahko implementovať v hardvéri. Pri zadávaní a výstupe informácií do digitálneho zariadenia však musia byť prezentované v desiatkovej číselnej sústave, ktorá je ľuďom známejšia. K použitiu viedla túžba zjednodušiť postup prevodu binárnych čísel na desiatkový ekvivalent binárne desiatkové kód. Ak chcete v tomto kóde zapísať jednotlivé číslice číslic desiatkového čísla, tetrády ich binárnych

Aké sú tieto zariadenia na digitálne spracovanie informácií? Digitálne zariadenia sú zariadenia na spracovanie informácií prezentovaných vo forme dostupnej pre počítač. Sú to: dotykové obrazovky skenery fotoaparáty videokamery mobilné telefóny webové kamery fotoaparáty na dokumenty projektory zariadenia na bezdrôtový prenos údajov video monitorovacie systémy

Videokamery Videokamera je elektronické filmovacie zariadenie, zariadenie na získavanie optických obrazov objektov snímaných na svetlocitlivom prvku, prispôsobené na nahrávanie alebo vysielanie pohyblivého obrazu v televízii. Zvyčajne je vybavený mikrofónom pre paralelné nahrávanie zvuku.

Webkamery Webkamera (tiež webkamera) je digitálna videokamera alebo kamera schopná zachytávať obrázky v reálnom čase určené na ďalší prenos cez internet (v programoch ako Instant Messenger alebo v akejkoľvek inej videoaplikácii).

Projektory Projektor je svetelné zariadenie, ktoré prerozdeľuje svetlo lampy s koncentráciou svetelného toku na malý povrch alebo v malom objeme. Projektory sú v podstate opticko-mechanické alebo optodigitálne zariadenia, ktoré umožňujú pomocou svetelného zdroja premietať obrazy predmetov na povrch umiestnený mimo obrazovky zariadenia.

Bluetooth zariadenia na bezdrôtový prenos dát umožňujú výmenu informácií medzi zariadeniami, ako sú vreckové a bežné osobné počítače, mobilné telefóny, notebooky, tlačiarne, digitálne fotoaparáty, myši, klávesnice, joysticky, slúchadlá, náhlavné súpravy, na spoľahlivú, lacnú, všadeprítomnú krátku vzdialenosť rádiofrekvencia.

Zariadenia na bezdrôtový prenos dát GPRS (angl. General Packet Radio Service) je nadstavbová technológia mobilnej komunikácie cez GSM, ktorá vykonáva paketový prenos dát. GPRS umožňuje používateľovi mobilnej siete vymieňať si dáta s inými zariadeniami v sieti GSM a s externými sieťami vrátane internetu. GPRS zahŕňa fakturáciu založenú na množstve prenesených/prijatých informácií a nie na čase strávenom online.

Bezdrôtové komunikačné zariadenia Umožňuje nasadenie siete bez kladenia kábla, môže znížiť náklady na nasadenie a rozšírenie siete. Miesta, kde nie je možné inštalovať kábel, napríklad vonku a v historických budovách, môžu byť obsluhované bezdrôtovými sieťami. Na rozdiel od mobilných telefónov môžu zariadenia Wi-Fi fungovať v rôznych krajinách po celom svete. Wi-Fi (angl. Wireless Fidelity „bezdrôtová presnosť“) je štandardom pre zariadenia Wireless LAN.

Video sledovanie Video sledovanie (Closed Circuit Television, CCTV systém uzavretého televízneho okruhu) je proces realizovaný s využitím optoelektronických zariadení určených na vizuálnu kontrolu alebo automatickú analýzu obrazu (automatické rozpoznávanie tvárí, stavových čísel).

Zariadenia na digitálne spracovanie informácií Autor: Dmitrij Tarasov, 2009

Digitálne zariadenia

Názov parametra	Význam
Predmet článku:	Digitálne zariadenia
Rubrika (tematická kategória)	Počítače

Analógové zariadenia

Analógové zariadenia zahŕňajú funkčné elektronické komponenty určené na vykonávanie rôznych operácií a transformácií na analógových signáloch. Štrukturálne môžu byť analógové zariadenia reprezentované ako:

1. Bipolárny

Uout(t)

Uin(t)

Uin2(t)

Má 2 páry vstupných svoriek, na ktoré sa pripájajú zdroje signálu a na výstupné svorky je pripojená záťaž. Ide o prenosový článok s ovládacími parametrami.

Digitálne zariadenia zahŕňajú funkčné jednotky určené na vykonávanie operácií s informačnými objektmi vo forme digitálnych signálov. Kódové slová sa používajú na reprezentáciu digitálnych signálov. Vlastnosti: na stavbu sa používa najjednoduchšia abeceda - dve písmená, označené symbolmi 0 a 1. Kódové slovo je číslo v 2 SS. Počet písmen v kódovom slove je pevný.

Slovo obsahuje n písmen alebo číslic. V digitálnych zariadeniach sú predmetom informácie binárne čísla, nie funkcie času.

Princípy fungovania digitálnych zariadení:

1) Na vykonanie príkazu je pridelený určitý čas, na tento účel sa používa generátor hodinových impulzov, ktorý vytvára riadiaci signál

2) Po spustení operácie sa všetky vstupné kódové slová skonvertujú na požadovaný výstup

3) Výstupné kódové slová sa odosielajú na uloženie do pamäte digitálneho systému alebo do externých zariadení na vykonávanie akcií.

Spôsoby spracovania kódových slov:

Na implementáciu operácií s kódovými slovami je mimoriadne dôležité mať ich vo forme elektrických signálov. Rozšíril sa potenciálny spôsob reprezentácie. Logická nula zodpovedá nízkej úrovni signálu (napätiu), logická jednotka zodpovedá vysokej úrovni. Operácie s kódovými slovami možno vykonávať dvoma spôsobmi: sekvenčne (bit po bite) a paralelne.

Najjednoduchšie konvertory informácií:

Počítač sa skladá z miliónov prvkov: tranzistorov, diód, registrov, ktoré sú súčasťou integrovaných obvodov. Štúdium fungovania počítača však uľahčuje pravidelnosť jeho štruktúry, čo znamená, že počítač pozostáva z veľkého počtu jednoduchých prvkov, iba niekoľkých typov. Prvky tvoria malý počet typických schém.

Podľa stupňa zložitosti vykonávaných funkcií existujú:

1) Elementy - najjednoduchšia časť, ktorá vykonáva operácie na jednotlivých bitoch. Existujú logické (a, alebo, nie, a-nie, alebo-nie), pamäťové (spúšťače rôznych typov) a pomocné, ktoré slúžia na zosilnenie a formovanie signálov.

2) Uzly – pozostávajú z prvkov a vykonávajú operácie so slovami. Existujú kombinačné a akumulačné (sekvenčné)

Kombinačné sú postavené výlučne na logických prvkoch;

Kumulatívne zahŕňajú logické prvky a pamäťové prvky;

Medzi PC uzly patria: registre, čítače, sčítačky, multiplexory atď.

3) Zariadenia – pozostávajú z niekoľkých uzlov, vykonávajú jednu alebo sériu podobných operácií so strojovými slovami.Zariadenia zahŕňajú ALU, pamäťové zariadenie, riadiace zariadenie, pamäť, vstupné/výstupné zariadenie.

Digitálne zariadenia - koncepcia a typy. Klasifikácia a vlastnosti kategórie „Digitálne zariadenia“ 2017, 2018.

- Téma 4. Kombinované digitálne zariadenia.

4-1. Koncept kombinovaného digitálneho zariadenia, mikroobvod kombinovaného typu s nízkym stupňom integrácie. Kombinované digitálne zariadenie (CCD) sa chápe ako digitálne zariadenie, ktoré zabezpečuje konverziu súboru N vstupných digitálnych signálov na M ... .

- Prednáška 8. Digitálne zariadenia - dekodér, multiplexer.

Kombinované zariadenie (CU) je zariadenie s m vstupmi a n výstupmi. Ak CG vychádza z ideálnych, t.j. bezzotrvačných prvkov, stav výstupov je jednoznačne určený súčasne stavom vstupov. Avšak zotrvačnosť prvkov a prítomnosť ... .

- Analógovo-digitálne zariadenia

OTÁZKA č.1 NÁVRH OBVODU ANALOGO-DIGITÁLNYCH ZARIADENÍ PREDNÁŠKA č.14 Moderné komunikačné systémy, televízne, audio, video zariadenia novej generácie prechádzajú na digitálny štandard kvality, ktorý zabezpečuje príjem, prenos a spracovanie signálov. .