Podstawy – uklady cyfrowe

POJĘCIA I DEFINICJE – UKŁADY CYFROWE (PODSTAWY UTK)
1. Kodowanie – przyporządkowanie poszczególnym obiektom zbioru kodowanego
elementu ze zbioru słów kodowych.
2. Kody liczbowe – kod który liczbom dowolnego systemu przyporządkowuje słowa
kodowe w postaci zero – jedynkowej. Kodowanie znaków i wielkości ciągłej.
a. NKB (naturalny kod binarny)
b. BCD (kod prosty) kaŜdej cyfrze przyporządkowujemy czterocyfrową liczbę
dwójkową. Liczby zapisujemy łącząc czwórki kaŜdej cyfry.
np.
Liczba kodowana
7
0
15
255
Kod NKB
0111
0000
1111
11111111
Kod BCD
0111
0000
0001 0101
0010 0101 0101
c. Kod ASCII (7 lub 8 bitowa 128 znaków + znaki semigraficzne) – tablica
kodowania znaków. Obecnie kodowanie Unikode (16 bitów – 65 536 znaków
– zawiera znaki narodowościowe np. diakrytyczne ś, ć). Jest kilka metod
kodowania, oznaczanych skrótowcami: UCS (Universal Character Set) i UTF
(Unicode Transformation Format). Polskie znaki są dostępne w kodowaniach:
Środkowoeuropejski Windows 1250, Środkowoeuropejski ISO-8859-2 obecnie
UTF-8.
d. Kodowanie informacji ciągłej:
- próbkowanie – cykliczne sprawdzanie wartości przebiegu analogowego
(pomiar i zapamiętanie wartości przebiegu analogowego w danej chwili),
- kwantyzacja – podzielenie całego obszaru zmienności wielkości analogowej
na skończoną liczbę przedziałów. KaŜdemu takiemu przedziałowi moŜemy
przypisać pewną określoną liczbę. Im większa liczba przedziałów, tym
uzyskana postać cyfrowa dokładniej odzwierciedla wielkość analogową.
- kodowanie – polega na przyporządkowaniu, kaŜdemu przedziałowi
zmienności wielkości analogowej określonej kombinacji zerojedynkowej i
podanie kodu tego przedziału, w którym znajduje się próbka.
próbka
kwantowanie
kodowanie
e. Kodowanie liczb całkowitych ze znakiem:
- kod znak moduł -najstarszy bit słowa reprezentuje znak liczby 0 – „+”, 1 –„-”
np., 010111ZM = +23D, a liczba 110111ZM=-23D
- kod uzupełnień do dwóch (U2) - najstarszy bit słowa reprezentuje znak liczby
0 – „+”, 1 –„-” oraz w zaleŜności od pozycji wartość ujemną.
np. 0111u2=+7D, a liczba 1111u2=-1D, bo -1⋅23+1⋅22+1⋅21+1⋅20=-8+4+2+1=-1
f. Zapis części całkowitej i ułamkowej:
1
1
np. 1011,101=1⋅23+1⋅22+1⋅21+1⋅20+1⋅2-1+1⋅2-2+1⋅2-3= 8 + 2 + 1 + + = 8 + 2 + 1 + 0,5 + 0,125 =
2 8
=11+0,625=11,625
opr. Mr’Osa
-1-
g. Zapis stało- i zmiennoprzecinkowy:
- stałoprzecinkowy:
- zmiennoprzecinkowy:
liczby zmiennoprzecinkowe np. liczba 31,75 to 0,3175⋅102, 31,75⋅100, 3175⋅10-2
ogólna postać to: L=M⋅BE , gdzie L- zapisana liczba, M-mantysa, B-podstawa,
E-wykładnik (L=0,3175⋅102)
bit znaku mantysy
zapisany w kodzie U2
zapisana w kodzie ZM
w jęz. C/C++
3. Zmienna logiczna – zmienna która moŜe przyjmować jedną z dwóch wartości
logicznych (prawdę lub fałsz)
4. Układ kombinacyjny – stan wejścia określa jednoznacznie stan wyjścia.
5. Układ sekwencyjny – stan wyjścia zaleŜy od stanu wejścia i poprzednich stanów
układu (np. licznik).
6. Układ synchroniczny- układ w którym stan wejścia oddziałuje na stan wyjścia
wyłącznie w określonych chwilach które wyznacza sygnał zegarowy.
7. Układ asynchroniczny – zmiana wejść automatycznie powoduje zmianę wyjścia.
(jednoczesna zmiana kilku sygnałów jest niemoŜliwa ze względu na moŜliwe błędy)
8. Jednostka arytmetyczno logiczna (ALU) – układ cyfrowy przeznaczony do
wykonywania operacji logicznych i arytmetycznych.
9. Przerzutnik – układ cyfrowy umoŜliwiający przechowywanie najmniejszej porcji
informacji, czyli 1 bitu.
10. Rejestry – układ cyfrowy przeznaczony do przechowywania informacji lub jej
zamiany na postać równoległą z szeregowej lub odwrotnie (podział rejestrów: PIPO,
SISO, SIPO, PISO).
11. Wejście cyfrowe równoległe – wejście umoŜliwiające wprowadzenie do układu
cyfrowego wszystkich bitów słowa w jednym takcie zegarowym
12. Wejście cyfrowe szeregowe - wejście umoŜliwiające wprowadzenie do układu
cyfrowego słowa bit po bicie. Do wprowadzenia słowa n-bitowego potrzeba n-taktów.
UWAGA! Na podstawie wejść moŜna określić nazwę informacji (szeregowa lub równoległa).
13. Licznik – układ cyfrowy na którego wyjściu pojawia się zliczona przez układ liczba impulsów
podanych na wejściu.
14. Dekoder – układ mający n-wejść i k-wyjść. Na wejściu podajemy zakodowany numer wyjścia
na którym pojawia się inna wartość(np. 0) niŜ na pozostałych wyjściach
(np. 1).
opr. Mr’Osa
-2-
15. Koder – układ mający n-wyjść i k-wejść w którym na wyjściu pojawia się zakodowany numer
wejścia na którym występuje wyróŜniony sygnał.
16. Multiplekser – urządzenie przekazujące sygnał z wielu wejść na jedno wyjście.
17. MAGISTRALA- zestaw linii oraz układów przełączających łączących ze sobą dwa lub więcej
układów mogących być nadajnikami lub odbiornikami informacji. Przesyłanie informacji
moŜliwe jest tylko między jednym odbiornikiem i jednym nadajnikiem.
18. Bramki logiczne:
Bramkami logicznymi nazywamy układy elektroniczne
realizujące funkcje logiczne jednej lub wielu zmiennych.
Sygnały wejściowe i wyjściowe bramek przyjmują
wartość 0 lub 1. Podstawowe bramki logiczne to: AND,
OR, NOT (inwerter), NAND, NOR, XOR. Wszystkie
bramki logiczne, z wyjątkiem NOT mogą mieć większą
liczbę wejść. Bramki logiczne naleŜą do grupy cyfrowych
układów kombinacyjnych, tzn. układów w których stan
wyjść jednoznacznie zaleŜy od aktualnego stanu wejść.
Bramka scharakteryzowana jest poprzez nazwę, symbol
graficzny, funkcje logiczne oraz tablicę prawdy.
Bramka OR czyli funkcja logiczna „lub” - jest to
układ sumy logicznej, który daje na wyjściu sygnał jeden,
jeŜeli tę wartość ma conajmniej jeden z sygnałów.
Oznacza to, Ŝe zero pojawia się wtedy i tylko wtedy,
kiedy oba sygnały są wartości zero.
Bramka AND czyli funkcja logiczna „i”, jest to układ
logiczny, który spełnia następujące funkcje: na wyjściu
pojawia się sygnał 1 wtedy i tylko wtedy, kiedy oba
sygnały wejściowe posiadają wartość logiczną jeden.
opr. Mr’Osa
-3-