Устройство для обучения основам вычислительнй техники Советский патент 1983 года по МПК G09B9/00 

Изобретение относится к учебнолабораторному оборудованию, предназначенному для использования в высших и средних специальных учебных заведениях и слуткит лля изучения студентами, устройств электронной вычислительной машины, например регистра., счетчика, дешифратора.

Известно устройство, содержащее матрицу запоминающих элементов, коммутаторы, распределители, блоки управления и регистрации ti Однако это устройство имеет ограниченные дидактические возможности при изучении различных узлов ЭВМ во взаимосвязи и.в динамике их работы.

Наиболее близким к изобретению являетсяустройство, предназначенное для изучения работы счетчика и дешифратора и содержащее генератор одиночных 1.мпульсов, генератор непрерывного сигнала, выход которого подключен ко входу счетчика, первый выход которого соединен с индикатором, а второй - соединен со входом дешифратора t2l.Недостатками указанного прибора, являются его небольшие возможности при изучении работы устройств электронной вычислительной машины, напри.мер невозможность изучить работу регистра, сравнить быстрод ействие счетчика при различных видах переноса, изучить их временные характеристики, а также низкая частота синхронизации и т.д. ...

Целью изобретения является расширение дидактических возможностей устройства эа счет изменения режи10мов, контроля параметров и различных видов переноса.

Для достижения указанной цели в устройство, с рдержащее последовательно включенные пульт оператора, счет15чик и дешифратор, ыхоя которого соединен с первым входом пульта оператора, второй вход которого подключен к выходу счетчика, и блок генераторов, введены последовательно вклю хенные

20 распределитель импульсов, коммутатор и сдвигаквдий регистр, второй и третий входы которого соединены соответственно со вторым и третьим выходами пульта оператора, а выход - со вторым

25 входом счетчика, третий вход которого подключен ко второму выходу коммутатора, третий и четвертый выходы которых соединены соответственно со вхоцом блока генераторов, и первым входом

30 распределителя импульсов, второй вхол

- которого подключен к четвертому выходу пульта оператора, выход блока генераторов соединен со вторым входом коммутатораj третий и четвертый входы и -пятый выход которого подключены соответственно к выходам счетчика и дешифратору и третьему входу пульта оператора, причем распределитель импульсов содержит последовательно вклченный первый формировательимпульсо второй формирователь импульсов, первый элемент задержки и второй элемент задержки, выход которого соединен со вторым входом второго формирователя импульсов, второй выход которого подключен к первому входу первого формирователя импульсов, второй вход которого является первым входом распределителя, вторые -входы первого и второго элементов задержки являются вторым входом распределителя, выход второго формирователя импульсов является выходом распределителя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема прибора; на фиг. 2 временные диаграммы формирователя; на фиг. 3 - принципиальная схема i-ro разряда счетчика.

Устройство для обучения вычислительной технике содержит генератор 1 (генератор одиночных импульсов), генераторы 2-5, формирователи б и 7 импульсов, элементы 8 и 9 задержки, переключатели 10 и 11 длительности задержки, задающий регистр 12 информадии,сдвигающий регистр 13, счеттчик 14, дешифратор 15, индикаторы 16-18, переключатель 19 вида переноса, коммутатор 20 (управляющих сигналов), кнопка 21 Пуск ТОЙ, кнопки 22 и 23 Запись - Сброс, счет- . чик 14 содержит триггеры 24, 25, элементы 2И-НЕ 26, 2-2Р1-ИЛИ-НЕ 27, 4-2И-НЕ 28, блок генераторов 29, распределитель 30 импульсов, пульт операторов 31.

Устройство работает следующим образом,

В устройстве предусмотрены два режима работы: одиночный и непрерывный.

При работе в одиночном режиме все исследуемые узлы синхронизируются через коммутатор 20 одиночными импульсами, вцрабатываемыми генератором.1, запускаемым от одного из генераторов 2-5 через коммутатор 20 при нажатии кнопки 21 Пуск ГОИ.

При работе в непрерывном режиме импульсы синхронизации вырабатываются, нд.пример, четырьмя генераторами 2-5 и поступают через коммутатор 20 на входы Сдвиг регистра 13 и Счет счетчика,14. Импульсы, вырабатываемые форьшрователями 6 и 7, используются при изучении узлов устройства Формирователь б запускается одним из

генераторов 2-5 с выхода Вход распределителя коммутатора 20 (фиг, 2а На выходе формирователя 6 образуются три отрицательных импульса (фиг. 2б, в, г). Формирователь 7 осуществляет задержку импульса, показанного на фиг, .2г относительно импульса, показанного на фиг. 2в, с помощью двух последовательно включенных элементов 8, 9 и переключателей 10, 11 (фиг, 2д), выдает сдвоенные импульсы ,(фиг, 2а) с переменной длительностью паузы t между импульсом (фиг, 2в) и задержанным импульсом (фиг, 2г), выдает импульс регулируемой длительности. Длительность импульса Т регулируется с помощью .элементов задержки 8, 9 (фиг, 2к),

Изучение работы регистра 13 проводится в двух режимах: одиночном и непрерывном, В одиночном режиме изучается принцип работы регистра при параллельном занесении информации и последовательном ее сдвиге. Информация заносится в п-разрядный сдвигающий регистр 13 с задающего регистра 12 при нажатии кнопки 22 Запись или импульсом с генератора 1 через коммутатор 20, При этом состояние каждого разряда регистра 13 индицируется индикатором 16, например светодиодами, Для исследования операции сдвига необходимо импульс с генератора 1 через коммутатор 20 подать на вход Сдвиг регистра 13, занести 1 с регистра 12 в первый разряд регистра13, и нажимая кнопку 21 Пуск ГОИ, наблюдать последовательный сдвиг информации в регистре 13 на индикаторе 16, например на светодиодах. Если выход регистра 13 (вых. RG) через коммутатор 20 соединить со входом Вход информации сдвигающего регистра 13 (первый разряд), то он превращается в кольцевой и дает возможность наблюдать последовательный сдвиг информации по кольцу, .

в непрерывном режиме исследуются времена установки кодов в регистре 13 и переключение его триггеров при сдвиге, В первом случае используются импульсы формирователя 7. Импульс распределителя 30 (фит, 2б) подается через коммутатор 20 на вход Запись

сдвигающего регистра 13, а другой импульс (фиг.. 2в) - на вход Сброс, На выходе регистра 13 (вых, RG) наблюдается задержка установки кода в регистре 13 относительно переднего фронта записи с помощью индикатора 16, например осциллографа. При наблюдении задержки сдвига регистр 13 необходимо закольцевать (см. одиночный режим) и на вход Сдвиг регистра 13 через коммутатор 20 подать импульсы одного из генераторов 2-5. На выходе регистра 13 (вых. RG) наблюдаем с помощью индикатора 16, например осциллографа, задержку переключения триггеров. Записанная в сдвигающий {эегистр 13 информация сбрасывается нажатием кнопки 22 Сброс или подачей импульса через коммутатор 20 с генератора 1 на .вход Сброс сдвигающего регист ра 13. Информационный вход п-разрядного счетчика 14 соединен с. выходом сдвигающего регистра 13, информация с которого по установочным входам зано сится в счетчик 14 с помощью -кнопки 23 Запись или импульсами, подаваемыми с генератора 1 через коммутатор 20. на вход Запись счетчика 14. Запускается счетчик 14 импульсами одного из генераторов 2-5, подаваемыми через коммутатор 20 на вход Счет. Счетчик 14 может работать с тремя видами переноса: после довательным, сквозным и групповым. Вид переноса выбирается переключателем 19 вида переноса. Установка счетчика 14 в О производится кноп кой 23 Сброс или импульсом, подаваемым на вход Сброс с генератора 1 через коммутатор 20. Состояние отдельных разрядов счетчика 14 можно наблюдать на его выходе (вых.СТ) с помощью индикатора 17. Исследование -работы счетчика 14 производится в двух режимах; одиноч ном и непрерывном. В одиночном режиме исследуется сам принцип двоичного счета. С генератора 1 подается импульс на вход Счет через коммутатор 20, На индикаторе 17, например светодиодах, наблюдается изменение разрядов счетчика 14.. При подаче на вход Счет непрерывной последовательности импульсов разных частот с генераторов 2-5 через коммутатор 20 на индикаторе 17, например осциллографе, можно наблюдать состояние разрядов счетчика 14 в непрерывном режиме. Для сравнения времен установки кодов при различных видах переноса необходимо произвести следующее: установить в регистре 13, например, при п 8 код 1111 1111 с зада ющего регистра 12 импульсом с генер тора ,.1 через коммутатор 20; подать на вход распределителя 30 импульсы одного из генераторов 2-г5 через коммутатор 20; импульс формирователя 7 (фиг. 2б подать на вход Запись счетчика 14 через коммутатор 20; импульс формирователя 7 (фиг. 2в подать на вход Счет счетчика 14 ч рез коммутатор 20; установить переключателем 19 нео ходимый режим; на выходе счетчика 14 (вых. СТ) наблюдать -с помощью индикаторг 17, например осциллографа, задержку распространения Переноса в счетчике 14 относительно отрицательного фронта счетного импульса (фиг. 2в). Каждый i разряд п-разрядного счетчика 14 содержит триггеры 24, 25 с установочными входами R, S,входами счета С и переноса I, К, элементы 2И-НЕ 26, 2-2И-ИЛИ-НЕ 27; 4-2И-НЕ 28 (фиг. 3). Это дает возможность, во-первых, заносить по установочным входам R и S информацию, которая подается на первый вход элемента 4-2И-НЕ 28, с первого выхода которого инвертируемая информация подается на первый вход элемента 2-2И-ИЛИ-НЕ 27. Таким образом, разряд информации п)эедставлен в парафазном коде, теперь при наличии импульса Запись, если i разряд равен 1, то на втором выходе элемента 4-2И-НЕ 28 возникает импульс, устанавливающий триггер 25 в состояние 1, а если разряд равен О, то импульс фop шpyeтcя на выходе элемента 2-2И-ИЛИ-НЕ 27 и сбрасывает триггер 25 в состояние О. Во-вторых, это дает возможность организовать на одном счетчике 14 два вида переноса: последовательный и сквозной в. зависимости от управляющего сигнала на шине Вид переноса. При последовательном переносе каждьлй последующий разряд запускается от прямого выхода триггера 2 5 предыдущего разряда по входам.и К. На вход С триггера 24 подается положительный импульс. Для построения схемы счетчика со сквозным переносом использован дополнительный элемент 2И-НЕ 26 для формирования сигналов переноса в следующий разряд. Они возникают при совпадении единичного состояния триггера 25 в данном разряде с сигналом переноса в следующий разряд. В-третьих, это дает возможность использовать выход элемента 2-20-ИЛИНЕ 27 также для сброса триггеров 24 и 25 счетчика 14 в состояние О. Деигафратор 15 (фиг. 1) декодирует состояние разрядов счетчика 14. Изучение работы дешифратора 15 проводится совместно с изучением работы счетчика 14 в двух режимах: одиночном и непрерывном.. В первом режиме устанавливается соответствие между двоичным кодом счетчика 14 и десятичным состоянием дешифратора 15 по индикатору 18, например по .светодиодам. Во втором режиме состояние выходов дешифратора 15 (вых.ДС) наблюдается на индикаторе 18, например на осциллографе. Предлагаемое устройство обеспечи вает широкую область применения.при изучении работы исследуемых устройс в двух режимах (одиночном и непреры ном) ,- например универсального сдвиг ющего регистра, информация в который может записываться параллельно и по следовательно с задающего регистра информации, т.е. можно проверять занесение информации, последовательный сдвиг ее по разрядам регистра, прохождение информации по кольцу на кольцевом регистре с помощью индикадора, например светодиодов, в непрерывном прибор дает возможност наблюдать задержки установки кодов в регистр и переключение триггеров регистра при сдвиге (задержки на индикаторе, например осциллографе. Кроме того, расширяется область применения п-разрядного счетчика, ко торый дает возможность исследовать сам принцип двоичного счета с контро лем состояния счетчика индикатором, например, светодиодами, наблюдать задержку распространения переноса или максимальную величину времени устано .ки счетчика на индикаторе, например на осциллографе, при различных видах переноса. Счетчик обеспечивает три вида переноса: последовательный, сквозной и групповой. При последовательном каждый последующий разряд счетчика запускается от информационного прямого выхода предыдущего разряда (по входам I.и К), а счетный импульс поступает на счетный вход первого разряда счетчика. Максимальная величина времени установки счетчика при последовательном счете определяется временем перехода счетчика (например, при п 8-разрядном счетчике) из кода 1111 1111 в код 0000 0000 t VOT m«x SC, где . f - задержка переключения триггера после окончания импуль са.. . . Для построения счетчика со сквозным переносом используются дополнительные элементы для формирования сигналов переноса в каждый разряд. Сигналы переноса в каждый последующий разряд формируются при совпадении -единичного состояния триггера в данном разряде с сигналом переноса в следующий разряд. Максимальное вре мя установки счетчика со сквозным переносом определяется временем перехода счетчика (при ) из кода 1111 1111 в код 0000 0000. В отличие от последовательного переноса при сквозном - время установки счетчика определяется не задержкой переключения триггеров t, а величиной задержки в элементах, например 2И-НЕ ТГ и Чет глох 7Т,1+С, которое всегда меньше t . Счетчик с групповым переносом состоит, например, из двух групп (тетрад), каждая из которых представляет собой счетчик с непосредственными связями. Сигнал переноса из младшей тетрада в старшую Формируется на дополнительном элементе (не показан), объединяющем прямые выходы четырех триггеров в тетрады. Данный тип счетчика является наиболее быстродействующим, так как срабатывание всех разрядов происходит одновременно усг тах.А где Тд - задержка Формирования переноса на дополнительном элементе . Расширяется также область применения дешифратора, работа которого проверяется одновременно со счетчиком. Выходы дешифратора контролируются индикатором, например светодиодами - в одиночном режиме или, например, осциллографом --в непрерывном режиме. Введение в устройство распределителя импульсов,формирующего задержанные, сдвоенные и регулируемые по длительности импульсы, дает возможность изучать временные характеристики регистра и счетчика: установку кодов в регистр и задержку переключения триггеров регистра при сдвиге, задержку распространения переноса в счетчике , а уменьшением временного интервала между импульсами сдвоенного импульса можно добиться сбоев в работе устройств. Этот временной интервал будет определять динамический порог срабатывания триггеров регистра и счетчика и т.д. Использование в устройстве различных генераторов, работающих на высоких частотах (например, 500 кГц, 1 МГц, 2 МГц, 4 МГц), дает возможность изучать работу исследуемых устройств лри высокой частоте синхронизации, что повышает быстродействие срабатывания устройств. Коммутатор связывает все устройст.ва прибора, управляет ими и обеспечивает их синхронную работу. Таким образом, изобретение обеспечивает широкие дидактические возможности устройства при изучении основ вычислительной техники. Формула изобретения 1, Устройство для обучения осноам вычислительной техники, содержаее последовательно включенные пульт ператора, счетчик и дешифратор, выод которого соединен с первым входом пульта оператора, второй вход которого подключен к выходу счетчика, и блок генераторов, отличающ а е с я тем, что, с целью расширения дидактических возможностей устр.ойства, в него введены пьследовательно включенные распределитель ййпульсов, коммутатор и сдвигающий регистр, второй и третий входы которого соединены соответственно с вторым и тре,тьим выходами пульта оператора,,а выход - с вторым входом счетчика, третий вход которого подключен к второму выходу коммутатора,. третий и четвертый выходы которых соединены соответственно с входом блока генераторов и первым входом распределителя импульсов, второй вход которого подключен к четвертому выходу пульта оператора, выход блока генераторов соединен с вторым входом коммутатора, третий и четвертый входы и пятый выход которого подключены соответственно к выходам счетчика и дешифратора и третьему входу пульта оператора,

.2. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что в нем распределитель импульсов содержит последовательно включенные первый формирователь импульсов, второй .формирователь импульсов, первый элемент задержки и BTopoiR элемент задержки, выход которого соединен вторым входом второго формирователя импульсов, второй выход которого подключен к первому входу первого формирователя импульсов , второй рход которого является

0 первым входом распределителя, вторые входы первого и второго элементов задержки являются втррым входом распределителя, ВЫХОДвторого формирователя импульсов является выходом расS пределителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0 Авторское свидетельство СССР

по заявке 2920675/18-24,

кл. G 09 В 9/00, 1980.

2. Учебный прибор для изучения

работы счетчика и дешифратора. УМ2К 5 Т.О, М., СКВ Минвуза СССР, 1972,

с. 3-35 (прототип).

з1 u

f2

Bx.

ГОИ lacnp.

J

t1

Pui.l

„ gte, лл п п п п п п п r1

Выход 1 г--.-

S

Bii/xo

о UHnyflbC

Вы}(од импульс

Шоенные. g импульсы

За8еЬжанны& Я (Mnij/itctf

Инпульсч peii//iuf yeMou

f/c iy/iuytj паи

длительности

л/1/1 я J.

щ. hod ь разряда

ТТ

-S

Г

С 1-2разр

ffj

21

1005156

П

:1С

1

1

tj

TU

на i-i-ipasp.

25

. -|к