Логические возможности

Логические выражения, записанные в соответствии с рассмотренными законами, и сравнение их с соответствующими алгебраическими выражениями приведены в табл. 3.

Логические выражения

Любое логическое выражение может быть изображено в виде схемы, построенной из логических элементов. Преобразование логического выражения отражает преобразование логических схем в эквивалентные им схемы. В связи с этим понятно значение алгебры логики как математического аппарата при проектировании логических схем. Вначале на основании анализа функций, которые должна выполнять схема, составляются логические выражения, описывающие работу схемы. При выборе наиболее приемлемого логического выражения необходимо учитывать ряд факторов: число элементов, необходимых для реализации данного логического выражения, унификацию и взаимозаменяемость элементов и устройств, их надежность, габаритные размеры, стоимость и др. Полученные логические выражения преобразуются и упрощаются для выбора наименьшего числа элементов схемы. Все эти вопросы рассматриваются во взаимосвязи с конкретными условиями и представляют собой задачу анализа логических схем.

Влияние ЭВМ на развитие теории электрических цепей. Возможность выполнения огромного числа арифметических операций за короткое время с помощью ЭВМ позволяет рассчитывать электромагнитные процессы в сложных электрических цепях. Для оптимальной реализации этих возможностей потребовалось по-новому рассмотреть и процедуру формирования уравнений относительно искомых, подлежащих определению токов и напряжений, а также методы решения этих уравнений. Для решения задач ТЭЦ с помощью ЭВМ необходимо прежде всего записать всю исходную информацию, а также и порядок и способы решения в «понятной» для ЭВМ форме в виде машинных программ. С этой целью приходится осваивать специфические «языки» и переводить с их помощью привычные в инженерном обиходе математические и логические выражения на понятную для ЭВМ совокупность команд, составляющую программу ввода и решения задачи. По мере технического усовершенствования ЭВМ, расширения блока памяти, повышения быстродействия развивались и эти языки, все больше приближаясь по своим возможностям и особенностям к обычному

В алгебре логике различные логические выражения могут иметь только два значения: «истинно» или «ложно». Для обозначения истинности или ложности пользуются символами 1 и 0.

Логические элементы прежде всего классифицируют по выполняемым ими логическим функциям. Логические функции изучаются в алгебре логики, или булевой алгебре. Они представляют •собой операции над логическими переменными, которые обозначим А, В, С и т. д. В алгебре логики различные логические выражения (высказывания) могут принимать только два значения: «истинно» или •«ложно». Для обозначения истинности или ложности высказываний

НЬ и приведены соответствующие логические выражения для выходного сигнала схемы для двух вариантов представления сигналов 0 и 1. Условимся считать, что прямая

НЕ и приведены соответствующие логические выражения для выходного сигнала схемы для двух вариантов представления сигналов 0 и 1. Условимся считать, что прямая

Приведенные логические выражения реализует схема счетчика на 21.12,а с четырьмя разрядами. Информационные входы J и К триггеров разрядов объединены с образованием счетного входа, на который подаются поступающие в разряды переносы. Подлежащие счету импульсы подаются на входы синхронизации триггеров. Если на вход счетного триггера поступает перенос, равный логической 1, входной импульс переводит триггер в новое состояние. В противном случае в триггере сохраняется прежнее состояние. Для формирования переносов использованы логические элементы И. Цепь установки «нуля» используется для начальной установки в состояние 0 триггеров всех разрядов счетчика.

Для рассматриваемого комбинационного узла получаем следующие логические выражения:

Полученные логические выражения приводят к минимальной форме:

Под производительностью ЭВМ можно было бы понимать количество «вычислительной работы», или, другими словами, количество задач, выполняемых машиной в единицу времени. Однако на производительность ЭВМ, оцениваемую по числу решенных в единицу времени задач, влияет слишком много факторов, в том числе тип задач, стиль программирования и другие особенности программ, логические возможности системы команд, особенности операционной системы, структура процессора, характеристики и организация оперативной и. внешней памяти, системы ввода-вывода, состав и характеристики периферийных устройств и др.

Стремление удовлетворить требования разнообразных областей и форм применения электронной вычислительной техники, повысить производительность и расширить логические возможности ЭВМ, повысить надежность их функционирования, облегчить контакты человека с ЭВМ при подготовке программ

Микропроцессорные средства производятся в виде микропроцессорных комплектов интегральных микросхем, имеющих единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначенных для совместного применения. Микропроцессорный комплект помимо самого микропроцессора содержит микросхемы, поддерживающие функционирование микропроцессора и расширяющие его логические возможности.

Важным признаком классификации ВСт является их топология, определяющая геометрическое 'расположение основных ресурсов вычислительной сети и связей между ними. Топологическая структура ВСт оказывает значительное влияние на ее пропускную способность, устойчивость сети к отказам ее оборудования, на логические возможности и стоимость сети. В настоящее время наблюдается большое разнообразие в топологических структурах вычислительных сетей.

5. Нагрузочная способность характеризуется коэффициентом разветвления по выходу. Дело в том, что нагрузкой, подключаемой к выходу микросхемы, в большинстве случаев являются входные цепи других логических микросхем, причем, к одному выходу может быть подключено несколько таких входов. Коэффициент разветвления по выходу указывает наибольшее число микросхем, аналогичных рассматриваемой, которые могут быть одновременно подключены к ее выходу без нарушения установленных уровней выходных напряжений и быстродействия. Чем выше коэффициент разветвления, тем шире логические возможности микросхемы и тем меньшее число микросхем понадобится для осуществления сложного логического узла. Однако с ростом числа нагрузок обычно ухудшаются другие параметры — статическая помехоустойчивость, быстродействие микросхемы.

6. Коэффициент объединения по входу характеризует максимальное количество входов логических элементов микросхемы, т. е. максимальное количество источников сигналов, которые могут быть подведены к логическому элементу. Увеличение коэффициента объединения по входу также расширяет логические возможности микросхемы и уменьшает их общее количество, необходимое для построения аппаратуры. Однако чрезмерное увеличение числа входов, как правило, ухудшает другие параметры микросхемы, поэтому в существующих сериях ИМС большая часть логических элементов выполняется с небольшим-числом входов.

Как указывалось ранее, широко внедряемые в инженерную практику аналоговые машины обладают рядом достоинств, в особенности при расчете и исследовании различных неустановившихся явлений. Стремление совместить в одном устройстве преимущества обоих классов машин привело к созданию аналого-цифровых (гибридных) вычислительных систем (АЦВМ). Машины этого класса представляют собой единый комплекс АВМ общего назначения и универсальную ЦВМ с аналоговой и цифровой формами представления машинных переменных. Вычислительные системы этого класса позволяют, в частности, без ухудшения таких преимуществ АВМ, как быстродействие, простота программирования и наглядность результатов, значительно повысить точность получаемых результатов и расширить логические возможности машин.

К таким вопросам относятся расчеты магнитных систем электромагнитных механизмов, тепловых и электромагнитных полей в аппаратах, дугогасительных узлов, механических усилий, возникающих в элементах аппаратов защиты при отключении аварийных токов. Большие логические возможности ЦВМ оказываются решающим фактором при проведении оптимизационных расчетов электрических аппаратов. И наконец, без использованияи ЦВМ невозможна автоматизация проектирования аппаратов, предусматривающая проведение всех этапов проектирования, начиная с разработки технического задания (ТЗ) на создание аппарата или серии аппаратов, выбора конструктивной схемы, оптимизации параметров, расчета всех рабочих режимов, изготовления рабочих чертежей и кончая изготовлением опытной партии аппаратов на станках с-числовым программным управлением. В настоящее время интенсивно ведутся работы по созданию систем автоматизированного проектирования (САПР), характерная особенность которых — возможность корректировки результатов на отдельных этапах за счет связи конструктора с машиной с помощью дисплеев. Таким образом, возможности ЦВМ чрезвычайно велики и для их применения требуется разработка строгого MaTeM3TH4eqKoro описания процессов, происходящих в электрических аппаратах.

торые собраны на транзисторах Т5 и Т6. Логический элемент ТПТЛ можно построить на большее число входов. Для этого* применяют специальные схемы — расширители (транзисторные сборки), которые своими выходными точками К.\ и Kz подключаются к соответствующим точкам элемента ( 107, б). Элементы ТПТЛ имеют высокое быстродействие и нагрузочную способность т>10. Кроме того, схема имеет два выхода: прямой у2-и инверсный г/i = г/2, что расширяет логические возможности элемента. К недостаткам схемы следует отнести малый перепад сигнала на выходе схемы, который составляет 0,7—0,8 В, а также низкий уровень допустимых помех.

Если х=1, то транзисторы 77, ТЗ и Т6 открыты, а Т4 и Т5 закрыты. Поэтому на выходе у2 будет низкий уровень напряжения (г/2=0), а на выходе у\—высокий (у\ = \). Последняя схема кроме увеличения нагрузочной способности и быстродействия расширяет также и логические возможности элементов.

Нагрузочная способность характеризует максимальное число микросхем, аналогичных рассматриваемой, которые можно одновременно подключить к ее выходу без искажения передачи информации. Часто нагрузочную способность называют коэффициентом разветвления по выходу и выражают целым положительным числом п. Чем выше коэффициент п, тем шире логические возможности микросхемы и тем меньшее число микросхем необходимо для построения сложного вычислительного устройства. Однако увеличение коэффициента п ограничено, поскольку с ростом числа нагрузок ухудшаются другие основные параметры микросхем, главным образом статическая помехоустойчивость и среднее время задержки сигнала. По этой причине в состав одной серии ИМС часто входят логические элементы с различной нагрузочной способностью, которая в зависимости от типа схемы и параметров ее элементов колеблется в пределах от 4 до 25.