Generacje komputerów

• Generacja 0
• Pierwsza generacja 1946
• Druga
• Trzecia generacja 1965-1970 (uklady

scalone)

• Czwarta generacja 1971 – moduły

pamięci vlsi

• Piąta generacja komputery

wektorowe, neurokomputery.

Alfabet i język

• Alfabet definiuje się jako skończony,

niepusty zbiór różnych znaków, np.
A={a,b,c,…,z}, który zazwyczaj jest
uporządkowany tzn. dana jest
kolejność znaków alfabetu.

• Alfabet binarny – dwa znaki
• Językiem nazywa się niepusty,

skończony zbiór różnych słów nad
danym alfabetem.

• Reprezentacja cyfrowa informacji polega na kodowaniu wszystkich

danych za pomocą loiczb, które z kolei są zapisywane w postaci
ciągów cyfrowych.

• Realizacja techniczna układów cyfrowych – wykorzystanie

elementów elektrtonicznych posiadających dwa stany pracy –
wysoki i niski.

• Wektor informacji cyfrowej – wektor, którego elementami są

zmienne binarne.

Technika komputerowa jest oparta na arytmetyce dwójkowej, której

zaletą jest:

prostota,
łatwa realizacja techniczna (dwa stany napięcia, np. w tranzystorze)
 Możliwość interpretowania cyfr 0 i 1 jako wartosści logicznych (np.

prawda i fałsz)

Obecnie powszechnie jest używany kod dziesiętny,

należący do grupy kodów pozycyjnych.

W kodzie pozycyjnym wartość liczby wynosi:
L(10) = a(n-1)P(n-1)^+a(n-2)P(n-2)+a1P(1)+a0P(0)
L(10) – wartość zapisanej liczby w systemie

dziesiętnym,

N – liczba cyfr w zapisanej liczbie
P – podstawa kodu
Przykład. Liczba 236 ma wartość w kodzie

dziesiętnym (P=10):

236 = 2*10(2)+3*10(1)+6*10(0)

Liczby ułamkowe mogą być

zapisywane w komputerze w zapisie
stałopozycyjnym lub
zmiennopozycyjnym.

Format liczby stałopozycyjnej ma

postać:

Część całkowita Część ułamkowa

^ Umowny przecinek

Dużo bardziej elastyczny jest zapis

zmiennopozycyjny. Tak zapisana
liczba składa się z dwóch części:

- Części ułamkowej zwanej mantysą

(m),

- - części całkowitej zwanej cechą ©
Mantysa liczby (m) cecha liczby©.

• Metoda ilorazowa, która polega na

sukcesywnym dzieleniu przez 2 i
zapisywaniu reszty, dopóki nie
otrzyma się ilorazu zerowego. Ciąg
reszt z dzielenia ustawiony jest od
LSB do MSB jest kodem dwójkowym
wyjściowej liczby dziesiętnej.

Metoda konwersji liczb dwójkowych na

dziesiętne: metoda Hornera. Polega
ona na kolejnym podwajaniu i
dodawaniu poszczególnych cyfr
przeliczanej liczby dwójkowej.
Przykład

Lic

bin

bie

rzą

1111 0010 1001 1111 -> F29F
F 2 9 F
ASCII (American Standard Cod for

Information Interchange).

Cechy i budowa układów cyfrowych
Cechy układu cyfrowego:
- Sygnały na wejściach i na wyjściach mogą przyjmować jedną z

dwóch wartości – sygnał niski lub wysoki,

- Zadaniem układu jest przetwarzanie informacji według

określonych zasad (z godnie z zadanym algorytmem)

- Układ kombinowany: wyjścia układu zależą wyłącznie od stanu

sygnałów na wejściu układu.

- Układ sekwencyjny: wyjścia układu zależą od aktualnego i

przeszłych stanów na wejściu układu.

- Układ asynchroniczny: wejścia i wyjścia układu są czytane

obserowane w sposób ciągły.

- Układ synchroniczny: wejścia i wyjścia układu są czytane

obserowane w określonych chwilach czasowych.

• Dyskretyzacja – sygnał ciągły

zapisywany jest w postaci sygnału
cyfrowego.

Metody opisu układu cyfrowego

Modele behawioralne:
-opis słowny: sposób przedstawiania funkcji

pełnionych przez układ,

-przebiegi czasowe: przedstawiają działanie układu

w kolejnych chwilacz czasowych.

Modele strukturalne:
-algebra Boole’a: matematycznie sformalizowany

opis układu, przepis na fizyczną realizację układu
(funkcja logiczna, tablice prawdy, bramki)

-schemat elektroniczny: opis fizyczny realizacji

układu.

Binarny zapis informacji jest łatwy do przetwarzania według

zasady dwuelementowej algebry Boole’a.

Algebrę tę definiują dwuelementowy zbiór {0,1} oraz trzy

operacje: alternatywa(OR) koniunkcja (AND) i negacja (NOT)
oraz zbiór aksjomatów i twierdzeń.

Układy realizujące operacje logiczne są nazywane bramkami

logicznymi lub funktorami logicznymi. Mają one jedno lub
więcej wejść, a jedno wyjście, dzięki czemu na sygnałach
wejściowych dokonują od razu działania logicznego(np.
sumy, iloczynu, czy negacji iloczynu).

Funkcją logiczną n zmiennych nazywamy funkcję, która

każdemu n- elementowi wektorowi elementów zbioru {0,1}
przyporządkowuje pojedynczy element zbioru {1,0} lub jest
nieokreślona.

XOR – wartość 0 gdy na obydwu

wejściach są te same wartości, w
pozostałych przypadkach wartość 1.

Układy logiczne
Za pomocą bramek logicznych i przerzutników można

budować bardziej złożone układy logiczne, które łączy
się w większe układy – bloki funkcjinalne. Przez bloki
funkcjonalne rozumie się układy wykonujące jedną,
lub kilka elementarnych operacji informacji.

Można w nich wyróżnić następujące grupy:
-bloki komutacyjne\
-rejestry i pamięci
-liczniki
-bloki arytmetyczne (sumatory, komparatory)

Dekoder element logiczny służący do

zmiany jednego kodu na inny.

Podstawowe układy cyfrowe stosowane są w technice

komputerowej.

Układy cyfrowe są w praktyce realizowane różnymi

technikami:

- Układy elektryczne, wykorzystujące przekaźniki jako

podstawowe elementy przełączające

- Układy pneumatyczne i hydrauliczne – złożoność logiczna i

szybkość działania takich układów jest jednak relatywnie
niewielka, natomiast ich rozmiary, ciężar, pobór mocy i
koszt są duże

- Układy scalone wytwarzane technologią

mikroeletroniczną.

Układ scalony (ang. Integrated circuit – IC)

Elementarna struktura tranzystora

bipolarnego BJT (ang, Bipolar Junction
Transistor), składa się z 3 warstw,
wytworzonych w płytce
półprzewodnika, tworzących
strukturę o dwóch złączach p-n: n-p-n