Устройство для обучения основам вычислительнй техники

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеслублик(22) Заявлено 30,11.81 (21) 33 б 3189/18-24 э 1 М Кл з 6 09 В 9/00 с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР по,дедам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 1533,83, Бюллетень Й 9 10 53) УДК б 81.3. .071(088,8) Дата опубликования описания 1503,83-.,.,. Ю. Е. Морозов, Н. Д. Федотов и Г. Е, Агкацевагс Всесоюзное специализированное научнопроизводственное объединение фСоюзвузприбор"С:.аД(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ОСНОВАМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Изобретение относится к учебно- . лабораторному оборудованию, предназначенному для использования в высших .и средних специальных учебных заведениях и служит для изучения студен тами. устройств электронной вычислительной машины, например регистра, счетчика, дешифратора.Известно устройство, содержащее матрицу запбминающих элементов, коммутаторы, распределители, .блоки управления и регистрации 1)Однако это устройство имеет ограниченные дидактические возможности при изучении различных узлов ЭВМ во взаимосвязи и в динамике их работы.Наиболее. близким к изобретению является устройство, предназначенное для изучения работы счетчика и дешифратора и содержащее генератор одиночных мпульсов, генератор непрерывного сигнала, выход которого подкюпочен ко входу счетчика, первый выход которого соединен с индикатором, а второй - соединен со входом дешиФ- ратора 23.Недостатками указанного прибора являются его небольшие возможности при изучении работы устройств электронной вычислительной машины, напри.мер невозможность изучить работу ре гистра, сравнить быстродействие счетчика при различных видах переноса, изучить их временные характеристики, а также низкая частота .синхронизации и т.д.Цельш изобретения является расширение дидактических возможностей устройства эа счет изменения режимов, контроля параметров и различных видов переноса.,Цля достижения указанной цели вустройство, содержащее последователь- но включенные пульт оператора, счетчик и дешиФратор, выход которого соединен с .первым входом пульта оператора, второй вход которого подключен к выходу счетчика, и блок генераторов, введены последовательно включенные распределитель импульсов, коммутатор и сдвигающий регистр, второй и третий входы которого соединены соответственно со вторым и третьим выходами пуль- та оператора, а выход - со вторым 25 входом счетчика, третий вход которогоподключен ко второму выходу коммутагора, третий и четвертый выходы койорых соединены соответственно со вхоцом блокагенераторов, и первнмзходом 30 распределителя импульсов, .второй входкоторого подключен к четвертому выходу пульта оператора, выход блока генераторов соединен со вторым входомкоммутатора, третий и четвертый входы и пятый выход которого подключенысоответственно к выходам счетчика и 5дешифратора и третьему входу пультаоператора, причем распределитель им-.пульсов содержит последовательно включенный первый Формировательимпульсов,1второй 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, второйвход которого является первым входом распределителя, вторые входы первого и второго элементов задержкиявляются вторым входом распределителя, выход второго формирователя импульсов является выходом распределителя.На фиг. 1 представлена функциональная схема прибора; на фиг. 2 - 25временные диаграммы формирователя;на фиг. 3 - принципиальная схема1-го разряда счетчика,Устройство для обучения вычислительной технике содержит генератор 1(генератор одиночных импульсов), генераторы 2-5, формирователи б и 7импульсов, элементы 8 и 9 задержки,переключатели 10 и 11 длительностизадержки, задающий регистр 12 информации,сдвигающий регистр 13, счет-;чик 14 дешифратор 15, индикаторы16-18, переключатель 19 вида переноса, коммутатор 20 (управляющих сигналов), кнопка 21 "Пуск ГОИ", кнопки 22 и 23 "Запись - Сброс", счет- . 40чик 14 содержит триггеры 24, 25,элементы 2 И-НЕ 26, 2-2 И-ИЛИ-НЕ 27,4-2 И-НЕ 28, блок генераторов 29,распределитель 30 импульсов, пультоператоров 31, 45Устройство работает следующимобразом.В устройстве предусмотрены дварежима работы: одиночный и непрерывный, 50При работе в одиночном режиме всеисследуемые узлы синхронизируютсячерез коммутатор 20 одиночными импульсами, вырабатываемыми генератором 1, запускаемым от одного из генераторов 2-5 через коммутатор 20при нажатии кнопки 21 "Пуск ГОИ",При рабОте в непрерывном режимеимпульсы синхронизации вырабатываются, например, четырьмя генераторами2-5 и поступают через коммутатор 20на входы "Сдвиг" регистра 13 и ПСчет"счетчика 14. Импульсы, вырабатыва"емые формирователями 6 и 7, используются при изучении узлов устройства,Формирователь б запускается одним из, 65 генераторов 2-5 с выхода "Вход распределителя" коммутатора 20 (фиг. 2 а), На выходе формирователя б образуются три отрицательных импульса (Фиг. 26, в, г). Формирователь 7 осуществляет задержку импульса, показанного на фиг, 2 г относительно импульса, показанного на Фиг, 2 в, с помощью двух последовательно включенных элементов 8, 9 и переключателей 10, 11 (Фиг. 2 д), выдает сдвоенные импульсы (фиг. 2 а) с переменной длительностью паузы с, между импульсом (фиг, 2 в) и задержанным импульсом (Фиг. 2 г), выдает импульс регулируемой длительности. Длительность импульса Т регулируется с помощью .элементов задержки 8, 9 (фиг, 2 к).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 и-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 регистра 13, и нажимая кнопку 21 "Пуск ГОИ", наблюдать последовательный сдвиг информации в регистре 13 на индикаторе 16, например на светодиодах. Если выход регистра 13 (вых, В 0) 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 (Фиг. 26) подается через коммутатор 20 на вход "Запись" сдвигающего регистра 13, а другой импульс (фиг, 2 в) - на вход "Сброс". На выходе регистра 13 (вых. ВС) наблюдается задержка установки кода в регистре 13 относительнб 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, ВС) нана выходе счетчика 14 (вых. СТ)наблюдать с помощью индикатора 17,например осциллографа, задержку распространения переноса в счетчике 14относительно отрицательного фронтасчетного импульса (фиг. 2 в),Каждыйразряд п-разрядного счетчика 14 содержит триггеры 24, 25 сустановочными входами К, 5,входамисчета С и переноса 1, К, элементы2 И-НЕ 26, 2-2 И-ИЛИ-НЕ 27; 4-2 И-НЕ 28(Фиг. 3).Это дает возможность, во-первых,заносить по установочным входам Ви 5 информацию, которая подается напервый вход элемента 4-2 И-НЕ 28,с первого выхода которого инвертируемая информация подается на первыйвход элемента 2-2 И-ИЛИ-НЕ 27. Такимобразом, разряд информации представлен в парафазном коде, теперь приналичии импульса "Запись", еслиразряд равен "1", то на втором выходе элемента 4-2 И-НЕ 28 возникает импульс, устанавливающий триггер 25в состояние "1", а если разряд равен"0", то импульс Формируется на выходе элемента 2-2 И-ИЛИ-НЕ 27 и сбрасывает триггер 25 в состояние "0",Во-вторых, это дает воэможностьорганизовать на одном счетчике 14два вида переноса: последовательныйи сквозной в зависимости от управляющего сигнала на шине "Вид переноса".При последовательном переносе каждый последующий разряд запускаетсяот прямого выхода триггера 25 предыдущего разряда по входами К. Навход С триггера 24 подается положительный импульс. Для построения схемы счетчика сосквозным переносом использован дополнительный элемент 2 И-НЕ 26 дляФормирования сигналов переноса вследующий разряд, Они возникают присовпадении единичного состояния триг"гера 25 в данном разряде с сигналомпереноса в следующий разряд.В-третьих, это дает возможностьиспользовать выход элемента 2-20-ИЛИНЕ 27 также для сброса триггеров 24и 25 счетчика 14 в состояние "Оф.Дешифратор 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 устанавливаетсясоответствие между двоичным кодомсчетчика 14 и десятичным с тояниемдешифратора 15 по индикатору 18, например по светодиодам.Во втором режиме состояние выходов дешифратора 15 (вых.ДС) наблюда-,ется на индикаторе 18, например наосциллографе,При подаче на вход "Счет" непрерывной последовательности импульсов разных частот с генераторов 2-5 через коммутатор 20 на индикаторе 17, 45например 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 и = 8 код 1111 1111 с задающего регистра 12 импульсом с генератора .1 через коммутатор 20;подать на вход распределителя 30 импульсы одного из генераторов 2-5 через коммутатор 20;импульс формирователя 7 (фиг. 2 б) подать на вход "Запись" счетчика 14 через коммутатор 20; 60импульс формирователя 7 (фиг. 2 в) подать на вход "Счет" счетчика 14 через коммутатор 20;установить переключателем 19 необходимый режим; 65 блюдаем с помощью индикатора 16, на- пример осциллографа, задержку переключения триггеров.Записанная в сдвигающий регистр 13 информация сбрасывается нажатием кнопки 22 "Сброс" или подачей импульса через коммутатор 20 с генератора 1 на вход "Сброс" сдвигаюшего регистра 13.Информационный вход и-разрядного счетчика 14 соединен с. выходом сдвигающего регистра 13, информация с которого по установочным входам заносится в счетчик 14 с помощью кнопки 23 "Запись" или импульсами, подаваемыми с генератора 1 через комму татор 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 рабо тать с тремя видами переноса: последовательным, сквозным и групповым. Вид переноса выбирается переключателем 19 вида переноса. Установка счетчика 14 в "0" производится кнопкой 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 прризводится в двух режимах: одиночном 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.Предлагаемое устройство обеспечивает широкую область применения.при изучении работы исследуемых устройств в двух режимах (одиночном и непрерывном) например универсального сдвигающего 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, про хождение информации по кольцу на кольцевом регистре с помощью индика,тора, например светодиодов, в непрерывном режиме прибор дает возможность наблюдать задержки установки кодов 15 в регистр и переключение триггеров регистра при сдвиге (задержки сдвига) на индикаторе, например осциллографе.Кроме того, расширяется область 20 применения п-разрядного счетчика, который дает возможность исследовать сам принцип двоичного счета с контролем состояния счетчика индикатором, например. светодиодами, наблюдать задержку распространения переноса или максимальную величину времени установки счетчика на индикаторе, например на осциллографе, при различных видах переноса.30Счетчик обеспечивает три вида переноса: последовательный, сквозной и групповой. При последовательном каждый последующий разряд счетчика запускается от информационного прямого выхода предыдущего разряда (по входам .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 и:8-разрядном счетчике) из кода 1111 1111 в код 0000 0000уст тих 45 где С - задержка переключения триггера после окончания импульсаДля построения счетчика со сквоз 50 ным переносом используются дополнительные элементы для Формирования сигналов переноса в каждый разряд. Сигналы переноса в каждый последующий разряд формируются при совпадении единичного состояния триггера вданном разряде с сигналом переноса в следующий разряд. Максимальное время установки счетчика со сквозным переносом определяется временем перехода счетчика (при П=8) иэ кода 60 1111 1111 в код 0000 0000, В отличие от последовательного переноса при сквозном - время установки счетчика определяется не задержкой переключения триггеров ь", а величиной эадерж ки в элементах, например 2 И-НЕ и уст вснх = 7 о+ , которое всегда меньше ь . Счетчик с групповым переносом состоит, например, иэ двух групп (тетрад), каждая из которых представляет собой счетчик с непосредственными связямиСигнал переноса из младшей тетрады 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 одновременноуст гпсв= "Д+ " фгде Т- э адержка Формирования переноса на дополнительном элементеРасширяется также область применения дешифратора, работа которогопроверяется одновременно со счетчиком. Выходы дешифратора контролируются индикатором, например светодиодами - в одиночном режиме или, например, осциллографом - в непрерывномрежиме.Введение в устройство распределителя импульсов, формирующего задержанные, сдвоенные и регулируемые по длительности импульсы, дает возможностьизучать временные характеристики регистра и счетчика; установку кодовв регистр и задержку переключениятриггеров регистра при сдвиге, задержку распРостранения переноса в счетчике, а уменьшением временного интервала между импульсами сдвоенного импульса можно добиться сбоев в работеустройств. Этот временной интервалбудет определять динамический порогсрабатывания триггеров регистра исчетчика и т.д.Использование в устройстве различных генераторов, работающих на высоких частотах (например, 500 кГц,1 мГц, 2 мГц, 4 мГц), дает возможностьизучать работу исследуемых устройствлри высокой частоте синхронизации,что повышает быстродействие срабатывания устройств,Коммутатор связывает все устройства прибора, управляет ими и обеспечивает их синхронную работу.Таким образом, изобретение обеспечивает широкие дидактические возможности устройства при изучении основвычислительной техники.Формула изобретения1, Устройство для обучения основам вычислительной техники, содержащее последовательно включенные пульт оператора, счетчик и дешифратор, вы. ход которого соединен с первым входом пульта оператора, второй входкоторого подключен к выходу счетчика,и блок генераторов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения дидактических. возможностей устройства, в него введены последова 5тельно включенные распределитель ймпульсов, коммутатор и сдвигающий регистр, второй и третий входы которогосоединены соответственно с вторым итретьим. выходами пульта оператора, авыход - с вторым входом счетчика, третий вход которого подключен к второмувыходу коммутатора,. третий и четвертыйвыходы которых соединены соответственно с входом блока генераторов и первым 5входом распределителя импульсов, второй вход которого подключен к четвертому выходу пульта оператора, выходблока генераторов соединен с вторымвходом коммутатора, третий и четвертый входы и пятый выход которого подключены соответственно к выходамсчетчика и дешифратора и третьемувходу пульта оператора,.2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е ес я тем, что в нем распределитель импульсов содержит последовательно включенные первый фор.мирователь импульсов, второй .Формирователь импульсов, первый элементзадержки и второй элемент задержки,выход которого соединен вторым входомвторого формирователя импульсов, второй выход которого подключен к первому входу первого формирователя импульсов, второй вход которого являетсяпервым входом распределителя, вторыевходы первого и второго элементовзадержки являются вторым входом распределителя, выход второго формирователя импульсов является выходом рас- .пределителя,Источйики инФормации,принятые во внимание при экспертизе Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2920675/18-24,кл. О 09 В 9/00, 19802. Учебный прибор для изученияработы счетчика и дешифратора, УМ 2 КТО, М СКБ МИНВУЗа СССР, 1972,с. 3-35 (прототип).1005156 Ухая расп,реУелитеювыходимпульс НИИПИ Заказ 1908/6 ираж 486 Подписное филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул,Проектная,4