Устройство для обучения основам вычислительной техники

 

Изобретение относится к учебно-лабораторному оборудованию и может быть использовано в учебном про^цессе, ^также при моделировании и отладке дискретных устройств, построенных на интегральных микросхемах. Целью изобретения является расширение дидактических возможностей устройства и сокращение затрат времени на анализ дискретного автомата. Устройство для обучения основам вычислительной техники содержит пульт 1 оператора, блок 2 предъявления информации (внешних вход-сос:^..!!:^Ji9 L^.J fj4>&^ О О О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (я)з 6 09 В 23/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О»

3»

Ъ (21) 4800996 24 . (22) 11.03.90 (46) 23.02 92. Бюл. М 7 (72) В.А.Йесмелов. В,И.Назин, С;Ф.Тюрин и B.A.Áóëàòoâ (53) 681;3.071 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

fk 1005156, кл. 6 09 В 9/00, 1983.

Устройство обработки дискретной .информации. Руководство клабораторным.работам./Под рад. А.Е.Амбросова. — Харьков, И77.

Авторское свидетельство СССР

М 1394222, кл. 6 09 8 23/18, 1988.

„„SU „„1714660 А1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ОСН0ВАМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

{57) Изобретение относится к учебно-лабораторному оборудованию и может быть использовано в учебном процессе, а также при моделировании и отладке..дискретных устройств, построенных на интегральных микросхемах. Целью изобретения является расширение дидактических возможностей устройства и сокращение затрат времени на . анализ дискретного автомата.. Устройство для обучения основам вычислительной техники содержит пульт 1 оператора, блок 2 предьявления информации (внешних вход1714660 мата. ных сигналов), коммутатор 3, наборное поле

4, логические элементы 5 и блоки 6 памяти.

Пульт 1 содержит генератор одиночных импульсов, генератор 8 (непрерывной последовательности импульсов), гейератор 9 (нуля), переключатель 10 рода работ, управляющую клавиатуру 11 и рвгистр 12. Логический элемент 5 содержит коммутаторы 13, 14, логический.узел 15 и индикатор 16. Блок

Изобретение относится к учебно-лабораторному оборуддванию и может быть использовано в учебном процессе, а также при моделировании и отладке дискретных устройств, построенных йа. интегральных 5 микросхемах.

Известно устройство для Обучения основам. вычислительной техники, содержащее пульт оператора, счетчик, дешифратор„ распределитель . импульсов, коммутатор:и 10 сдвигающий регистр.

Недостатком такого устройстм являются низкйе дидактическйе возможности. так как оно не позаоляет наглядно исследовать нерегулярные дискретные устройства. пол- 15

- учаемые в результате логического синтеза, Известна также: ..модулйруащая установка, сОстрящая из генератора одиночных импульсов и гейератора непрерывной по-. следовательности импульсов пульта опера- 20 тора. входного регистра, наборного поля, модулей логических элементов и элементов памяти, а также индикаторов, Недостатком такого устройства являют ся низкие дидактические возможности за 25 счет. отсутствия индикаций последующих и предыдущих состоянйй элементов памяти, Наиболее блйзким к изобретению является устройство для обучения основам вычислительной техники, содержащее пульт 30 оператора. блок предъявления информации . (внеаних входных сигналов),. коммутатор, наборное пале, логические элементы и блоки памяти. Пулът оператора, содержит генератор-одиночных импульсов, генератор 35 непрерывной последовательности импульсов. генератор нуля, переключатель. управляющую клавиатуру и региотр. Логический .элемент содержит два коммутатора, логический узел и индикатор, блок памяти содер- 40 жит два коммутатора, элемент памяти, два индикатора и узел прогнозирования, который содержит инвертор. два элемента И и элемент ИЛИ.

Недостатком такого устройства являют- 45 ся низкие дидактические возможности, а

6 содержит коммутаторы 17, 18, элемент 19 памяти, индикаторы 20...23, элемент 2ИИЛИ 24 и блок 25 сравнения. Элемент 24 содержит инвестор 26, элементы И 27, 28 и элемент ИЛИ 29. Блок 25 содержит элемен- . ты НЕ 30, 31 и элементы И-НЕ 32...37. Индикаторы 20...23 конструктивно объединены в узел 38 йндикации. коммутаторы 3, 13, 14, 17, 18 объединены в наборном поле 4, 2 ил, также большие затраты времени на анализ синтезйрованного дискретного автомата.

Цель: изобретения — расширение дидактических возможностей и повышение быстродействия устройства с сокращением затрат времени на анализ дискретного автоПоставленная цель достигается тем, что в устройство для обучения основам вычислительной техники, содержащее пульт оператора, первый выход которого соединен с соответствующими входами блока предъявления информации и наборного поля, второй выход с соответствующим входом наборного поля, а выходы группы с соответствующими входами группы блока предъявпения информации и с соответствующими входами первой группы наборного поля, входы второй группы и выходы первой группы которого являются соответствующими входами и выходами устройства, элемент памяти. узел индикации и элемент 2И-ИЛИ, причем выходы второй группы наборного поля соединены с соответствующими входами элемента памяти. единичный выход котореге .соединен с первым входом узла индикации и с первым входом наборного поля, а инверсный выход подключен к второму входу наборного поля, выход элемента

2И-ИЛИ соединен с вторым входом узла индйкации и третьим входом наборного поля, ". первый, второй, третий и четвертый входы соответственно с единичным и нулевым выходами и с 1- и К-.входами элемента памяти, введены два элемента НЕ и шесть элементов И-НЕ, причем входы первого и второго элементов НЕ соединены с I- и Квходами. элемента памяти соответственно, первые входы первого и четвертого элементов И-НЕ соединены с t- u K-входами элемента памяти соответственно. первые входы второго и третьего элемен гов И-НЕ соединены с единичным выходом элемента памяти, нулевой выход-которого подключен, к вторым входам второго и четвертого элементов И-НЕ. выходы первого и второго

1714660

20

35

45

55 элементов И-НЕ соединены с первым и вторым входами пятого элемента И-МЕ соответственно, а выходы третьего и четвертого элементов И-HE подключены к первому и второму входам шестого элемента И-HE соответственно, выходы пятого и шестого элементов И-НЕ соединены с третьим и четвертым входами узла индикации соответственно.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства для обучения основам вычислительной техники; на фиг. 2 — граф автомата, по условиям задания которого описывается дискретное устройство, синтезированное обучаемым.

Устройство для обучения основам вычислительной техники содержит пульт 1 оператора, блок 2 предъявления информации (внешних входных сигналов), коммутатор 3, наборное поле 4„логические элементы 5 и блоки 6 памяти, Пульт 1 содержит генератор 7 одиночных импульсов, генератор 8 непрерывной последовательности импульсов, генератор

9 нуля, переключатель 10 рода работ,.управляющую клавиатуру 11 и регистр 12. Логический элемент 5 содержит коммутаторы 13 и 14, логический узел 15 и индикатор 16.

Блок 6 содержит коммутаторы 17 и 18, элемент 19 памяти, индикаторы 20-23; элемент 2И-.ИЛИ 24 и блок 25 сравнения. Элемент 24 содержит инвертор 26, элементы И

27 и 28 и элемент ИЛИ 29. Блок 25 содержит элементы НЕ 30 и 31 и элементы И-НЕ 3237, Индикаторы 20 — 23 конструктивно объединены в узел 38 индикации. Коммутаторы

3, 13, 14, 17 и 18 объединены в наборном поле 4.

Пульт 1 оператора предназначен для управления работой устройства и конструктивно выполнен в виде пластикового корпуса.

Блок 2 предъявления информации предназначен для отображения только входных сигналов и сигналов синхронизации; т..е, внешних входных сигналов моделируемых .конечных автоматов, и мажет быть выполнен, например, на светодиодах АЛС102.

Коммутатор 3 предназначен для коммутации входных сигналов и сигналов синхронизации и может быть выполнен, например, на контактах штепсельных разъемов.

Наборное поле 4 предназначено для размещения и подачи питания на элементы

5 и блоки 6 и может быть реализовано на контактах штепсельных разъемов, к которым подключаются вилки блоков 5 и 6.

Логические элементы 5 предназначены для размещения коммутаторов, логических узлов и индикаторов и конструктивно выполнены в виде пластикового корпуса, снабженного, кроме контактов входного и выходного полей, клеммами подачи питания, с помощью которых и производится установка их на наборное поле 4, имеющее специальные гнезда. На верхней крышке модуля изображено условно-графическое изображение микросхемы.

Блоки 6 предназначены для размещения коммутаторов 17 и 18, элементов 19 памяти, элемента 24, блока 25 и узла 38 индикации и конструктивно выполнены аналогично логическим элементам 5.

Генератор 7 предназначен для формирования одиночных импульсов и их подачи на элементы 19 и может быть реализован, например в виде кнопки без фиксации, подключенной к шине "-", а выходным контактом,— к входному контакту переключателя

10.

Генератор 8 предназначен для формирования прямоугольных импульСов, амплитудой, равной напряжению логической "1" и может быть реализован, например, на микросхеме 155ЛАЗ.

Генератор 9 предназначен для установки элементов 19 по.входам в состояние. соответствующее коду первой строки таблицы переходов-выходов и может быть реализо-.: ван на ограничительном резисторе, подсоединенном одним концом к шине "-", а другим к выходу пульта 1 оператора.

Переключатель 10 предназначен для переключения режима проверки выполнения заданных условий работы синтезированного автомата с ручного на автоматический и обратно и может быть реализован, например, на микротумблере MT 1.

Управляющая клавиатура 11 предназначена для задания входного сигнала и представляет собой регистр кнопок с фиксацией.

Регистр 12 предназначен для устранения дребезга контактов управляющей клавиатуры 11 и содержит:триггеры по числу разрядов управляющей клавиатуры 11.

Коммутатор 13 предназначен для коммутации логических элементов при решении задачи логического синтеза дискретных устройств и может быть реализован, например, на гнездах штепсельных разъемов.

Коммутатор 14 предназначен для коммутации выходов лоп4ческих узлов 15 при наборе функциональной схемы и может быть реализован, например, на гнездах штепсельных разъемов.

Логический узел 15 предназначен для набора логического преобразователя

1714660 исследуемого дискретного устройства, представляющего собой совокупндсть комбинационных бесконтактных дискретных элементов. Собранный логический преобразователь служит для управления элементами. памяти дискретного устройства .и формирования внешних выходных сигналов, Логический узел может быть реализован, например, на интегральных микросхемах 165ЛА1, 155ЛА2, 165ЛАЗ, 155ЛР1, 155ЛР2 и др, Индикатор 16-предназначен для отображения выходного состояния каждого из узлов 15 и может быть реализован, например, на светодиодах АЛС102.

Коммутатор 17 предназначен для коммутации входов элементов 19 памяти при наборе разработанной функциональной схемы и может быть реализован, например, на гнездах штепсельных разъемов.

Коммутатор 18 предназначен для коммутации выходов текущего и прогнозируе- ° мого состояний элементов 19 памяти и может быть реализован, например, на гнез- 25 дах штепсельных разъемов, Крммутаторы 3, 13, 14, 17 и 18 конструктивно могут быть выполнены в виде гнезд и втырей штепсельных разъемов, например,, типа 12РБ60-А,В и проводов линии связи, к 30 концам которых припаяны штыри.

Элемент 19 предназначен для реализации разработанной функциональной схемы.

В качестве элемента 19 можно испольэовать, например, IK-триггер 155ТВ1. 35

Индикатор 20 предназначен для отображения единичного состояния элементов

19 памяти в текущем такте и может быть реализован, например, на светодиоде

АЛС102. 40

Индикатор 21 предназначен для отображения единичного состояния элементов

19 памяти в прогнозируемом (следующем) такте и может быть реализован,.например, на светодиоде АЛ С102. 45

Индикатор 22 предназначен для отображения единичного состояния элементов

19 памятлив предыдущем такте и.может быть реализован, например, на светодиоде

АЛС102, 60

Индикатор 23 предназначен для отображения нулевого состояния элементов 19 памяти в предыдущем такте и может быть реализован, например, на светодиоде, АЛС102. 55

Элемент 2И-ИЛИ 24 предназначен для прогнозирования состояния элементов 19.

Блок 25 сравнения предназначен для определения состояния элементов 19 памяти в предыдущем такте.

Узел 38 индикации конструктивно объединяет индикаторы 20-23. отображающие состоянйя элемента 19 памяти в текущем, следующем и предыдущем тактах, .

Соединения осуществляются соединительными проводами, которые на фиг. 1 не показаны, Устройство для обучения основам вычислительной техники работает следующим образом, Обычный режим работы.

Обучаемый, решив задачу логического синтеза функциональной схемы по заданным условиям работы, набирает ее на наборном поле 4 с помощью соединительных проводов (не показаны), соединяющих коммутаторы 3, 13, 14, 17 и 18 в соответствии с полученной функциональной схемой, Для построения математической модели синтезированного автомата обучаемый при помощи генератора 9 нуля устанавливает элементы 19 по входам в состояние, соответствующее коду первой строки таблицы переходов-выходов. Это состояние в двоичном коде отображается на индикаторах 20.

Затем обучаемый подает входные сигналы при помощи управляющей клавиатуры

11, при этом регистр 12 устраняет дребезг контактов клавиатуры и воздействует через блок 2, который отображает двоичный код входного сигнала на внешние входы автомата, подключенные к коммутатору 3, При этом элементы 2И-ИЛИ 24 воспринимают входные и выходные сигналы элементов 19, Инвертор 26 инвертирует сигнал с входа элемента 19, элемент 27 производит операцию логического умножения над сигналами, поступающими с выхода инвертора 26 и выхода элемента 19. Элемент 28 производит операцию логического умножения над сигналами элемента 19. Элемент 29 производит операцию логического саожеийя сигналов, поступающих с выходов элементов 27 и 28.

Реализованная функция принимает значение логического нуля в том случае, если элемент 19 в последующем такте установится в нулевое состояние, при этом, индикатор 21 не горит. а значение логической единицы в противном случае, при этом индикатор 21 горит. Поэтому, считывая информацию по индикаторам 21, обучаемый получает двоичиую информацию, отмечаемую в каждой клетке таблицы переходов-выходов. без дополнительных операций, только путем изменения комбинации входных сигналов. Это позволяет получить математическую модель синтезированного автомата, во speMa построения которой обучаемый производит отладку автомата, ис1714660 10 пользуя дополнительно индикаторы 16, отображающие выходные состояния каждого из узлов 15. Затем производится проверка выполнения заданных условий работы синтезированного автомата в синхронном ручном и автоматическом режимах, используя генератор 7 одиночных импульсов, генератор 8 и переключатель 10, подавая сигналы синхронизации на входы синхронизации эле; ментов 19 памяти с коммутатора 3

Таким образом, работа предлагаемого устройства происходит аналогично работе известного.

Режим определения предыдущего состояния элементов памяти.

Обучаемый, набрав на наборном поле 4 функциональную схему разработанного дискретного устройства и построив его математическую модель в соответствии с обычным режимом работы, подает входные- 20 сигналы при помощи управляющей клавиатуры 11, при этом регистр 12 устраняет дребезг контактов клавиатуры и воздействует через блок 2, который отображает двоичный код входного сигнала на внешние входы as- 25 томата, подключенные к коммутатору 3; При этом блоки 25 воспринимают их входные и выходные сигналы. Инверторы И-HE 32 и 35 производят операцию логического умножения и инвертирования над.сигнзламй, по.- 30 ступающими с 1-входа и прямого вцхода, а также К-входа и инверсного выхода элемента 19 памяти соответственно,- элементы ИНЕ 33 и 34 производят операцию логического умножения и инвертирования над сигналами, поступающими с выхода элемента HE 30 и инверсного выхода элемента 19 памяти, а также с выхода элемента.

HE 31 и прямого выхода элемента 19 памяти

Г олученнзя функция принимает значение логического нуля а том случае, если в текущем такте элемент 19 памяти находится в нулевом состоянии и нз l- и К-входы подан сигнал логического нуля или же элемент 19 памяти находится в единичном состоянии.и на )- и К-входы подан сигнал логической единицы, при этом индикатор 22 не высвечивается. В то же время индикатор 23 горит. поскольку функция принимает значение логической единицы.

Функция принимает. значение логической единицы, если в текущем такте элемент

19 памяти находится в нулевом состоянии и на 1- и К-входы подан.с гнал логической единицы или же элемент 19 памяти н8хо@им соответственно. Злементы И-HE 36 и 37 40 производят операцию логического умножения и инвертирования нэд сигналами, поступающими с выходов элементов И-НЕ 32 и 33 и И-НЕ 34 и 35 соответственно; ся в единичном состоянии и на 1- и К-входы подан сигнал логического нуля, при этом индикатор 22 высвечивается. В то,же время индикатор 23 не горит, поскольку функция принимает значение логического нуля, Одновременное высвечивайие индикаторов 22 и 23 свидетельствует о том, что в предыдущем такте элемент 19 памяти мог находиться как в нулевом, так и единичном состояниях.

И наоборот, одновременное погасание индикаторов 22 и 23 соответствует выходу из строя элемента 19 памяти, Считывая информацию по индикаторам.

22 и 23 обучаемый получает двоичную информацию, отмечаемую в каждой клетке таблицы переходов-выходов без дополнительных операций, а только путем изменения комбинации входных сигналов. Это позволяет получить математическую модель синтезированноого автомата, во время построения которой обучаемый производит его отладку, используя дополнительно индикаторы 20 и 21, а также индикаторы 16, отображающие- вйходн ые состояния каждого из узлов 15. Затем производится. проверка выполнения заданных условий работы синтезированного автомата в синхронном ручном и автоматическом режимах, йспользуя генератор 8 и переключатель 10, подавая сигналы синхронизации на входы синхронизации элементов 19 памяти с коммутатора 3.

Формула изобретения

Чстройство для обучения основам вычислительной техники, содержащее пульт оператора, первый выход которого соединен с соответствующими входами блока. предъявления информации и наборного поля, второй выход — с соответствующим входом наборного поля, а выходы группы - с соответствующими входами группы блока предъявлении информации и с соответству- .:. ющими входами первой группы наборного поля, входы второй группы и выходЫ первой группы которого являются соответствующими входами и выходами устройства; элемент памяти, узел индикациии элемент 2И-ИЛИ, причем выходы второй группы наборного поля соединены с соответствующими входами элемента памяти, единичный выход кото. рого соединен с первым входом узла индикации и с первым входом наборного попя, а нулевой выход подключен к второму входу наборного поля, выход элемента 2ИИЛИ соединен с вторым входом узла индикации и третьим входом наборного поля, а первый, второй, третий и четвертый входы . соответственно с единичным и нулевым выходами и I- и К-входами элемента памяти. о т1714660

15

Фиа 2

Корректор O,Êðaâöîâå

Составитель A.Карлов

Техред ММоргентэл

Редактор Е.Папп

Заказ 697 .. Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCP

113035, Москве, Ж-35. Раушскея наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 л и че ющее с я тем, что, с целью расширения дидактических воэможностей и повышения быстродействия устройства, в него введены две элементе HE и шесть, элементов И-НЕ, причем входы первого и второго элементов НЕ соединены с 1- и К-входами элемента пемяти соответственно, первые входы первого и четвертого элементов ИНЕ соединены e I- и К-входайи элемента памяти соответственно, первые входы второго и третьего элементов И-HE соединены с выходами первого и второго элементов HE соответственно, вторые входы первого и третьего элементов И-НЕ соединены с единичным выходом элемента памяти, нулевой выход кОторого подключен к вторым входам второго и четвертого элементов И-НЕ, вы5 коды первого и второго элементов И-НЕ соединены с первым и вторым входами пятого элементе И-НЕ соответственно, а выходы третьего и четвертого элементов И-HE подключены к первому и второму. входам

10 шестого элементе И-НЕ соответственно, выходы пятого и шестого элементов И-HE соединены с третьим и четвертым входами узла индикации соответственно.