spis treści - helion · osobom pragnącym samodzielnie poszerzyć swoje wiadomości z dziedziny...

1

Spis treściWstęp

Rozdział 1. Systemy operacyjne1.1. Windows

1.1.1. Przygotowanie do instalacji1.1.2. Instalacja systemu Windows 101.1.3. Konfiguracja i zarządzanie1.1.4. Oprogramowanie użytkowe1.1.5. CMD1.1.6. MMC1.1.7. Skrypty

1.2. Linux1.2.1. Przygotowanie do instalacji1.2.2. Instalacja systemu openSUSE1.2.3. Konfiguracja i zarządzanie1.2.4. Oprogramowanie użytkowe1.2.5. Środowisko tekstowe1.2.6. Środowisko graficzne1.2.7. Skrypty oraz strumienie i potoki

1.3. Inne systemy operacyjne1.4. Systemy mobilne

1.4.1. Przygotowanie do pracy1.4.2. Konfiguracja1.4.3. Oprogramowanie użytkowe

1.5. Zabezpieczenia systemów operacyjnych1.5.1. Zagrożenia i zabezpieczenia1.5.2. Oprogramowanie antywirusowe1.5.3. Archiwizacja i kopie bezpieczeństwa

Rozdział 2. Logika komputera2.1. Systemy liczbowe

2.1.1. Decymalny2.1.2. Binarny

2

Spis treści

2.1.3. Oktalny2.1.4. Heksadecymalny

2.2. Działania na binarnym systemie liczbowym2.2.1. Dodawanie2.2.2. Mnożenie2.2.3. Odejmowanie2.2.4. Dzielenie

2.3. Zapisy liczby dwójkowej ujemnej2.3.1. Znak-moduł2.3.2. Uzupełnienie do jednego2.3.3. Uzupełnienie do dwóch

2.4. Programy — kalkulatory2.4.1. Windows2.4.2. Linux2.4.3. Android

2.5. Układy logiczne2.5.1. Wprowadzenie2.5.2. Bramki logiczne

2.6. Układy kombinacyjne2.7. Działania logiczne i arytmetyczne

Rozdział 3. Budowa i kosztorysowanie3.1. Parametry sprzętu komputerowego3.2. Podzespoły komputerowe

3.2.1. Płyta główna3.2.2. Procesor3.2.3. Pamięć operacyjna3.2.4. Pamięć masowa3.2.5. Karty rozszerzeń

3.3. Interfejsy3.4. Modernizacja3.5. Architektura systemów komputerowych3.6. Kosztorysowanie3.7. CE recykling i gospodarka odpadami niebezpiecznymi

3

WstępNiniejszy podręcznik przeznaczony jest dla uczniów (słuchaczy) kształcących się w szko-łach branżowych drugiego stopnia, w technikach na podbudowie szkoły podstawowej oraz w klasach gimnazjalnych o kierunku technik informatyk. Książkę polecamy również osobom pragnącym samodzielnie poszerzyć swoje wiadomości z dziedziny informatyki i obsługi urządzeń komputerowych.

Treści, które zawiera podręcznik, są zgodne z podstawą programową, co oznacza, że każdy uczeń i słuchacz szkoły branżowej musi je znać, rozumieć i potrafić z nich ko-rzystać. Będą mu one niezbędne nie tylko na obecnym etapie nauki przedmiotu, lecz także na kolejnych. Dla ułatwienia teksty uzupełniono konkretnymi zrzutami ekranu oraz czytelnymi grafikami. Teoria jest przeplatana licznymi przykładami praktycznymi. Część z nich rozwiązujemy my, autorzy podręcznika, pozostałe czekają na ucznia (słu-chacza) — dzięki informacjom uzyskanym z tej książki z pewnością sobie z nimi poradzi!

Książka podzielona została na trzy rozdziały. Jej konstrukcja oraz kolejność realizowa-nych treści stanowią jedynie sugestię dla nauczycieli. Prowadzący zajęcia może zreali-zować program w sposób najbardziej odpowiedni dla siebie i osób, które uczy.

Rozdział 1. Systemy operacyjne

Rozdział ten przeprowadzi ucznia (słuchacza) przez cały proces — od przygotowania urządzań komputerowych i ich doboru, przez instalację systemów do administrowania, aż po zarządzanie systemem operacyjnym. Na początek zajmiemy się przygotowaniem zestawu komputerowego — jego konfiguracją i ustawieniami BIOS. W dalszej części rozpoczniemy instalację systemu na przykładzie Windowsa 10 firmy Microsoft. Proces instalacji pokazaliśmy wraz ze szczegółowymi zrzutami ekranu, na których wskazali-śmy i omówiliśmy kolejne czynności związane z prawidłowym przebiegiem procesu. Na koniec tej części podręcznika zwrócimy uwagę na kwestie istotne dla poprawnego działania systemu operacyjnego Windows 10.

W kolejnych etapach nauki uczeń (słuchacz) dowie się, jakie oprogramowanie otrzyma wraz z systemem operacyjnym, a co musi zainstalować dodatkowo i jakie ewentualne koszty pociągnie za sobą taka instalacja. Warto dodać, że dla celów nauczania używa-my w tym podręczniku programów darmowych i tych, z których można nieodpłatnie korzystać przez jakiś czas.

W następnej części rozdziału 1. zajmiemy się interpreterem poleceń CMD. Uczeń (słu-chacz) przekona się, dlaczego choć wielu użytkowników boi się tego interpretera, są i tacy, którzy go uwielbiają. Dowie się także, do czego Windowsowi 10, który jest systemem graficznym, potrzebny jest w ogóle tekstowy interpreter poleceń. Obawy i pytania znikną po analizie treści przykładów i ćwiczeń. Jeżeli nauczyciel zechce wskazać, jak usprawnić wykonywanie powtarzających się zadań w systemie, przydadzą mu się napisane przez

4

Wstęp

uczniów (słuchaczy) skrypty. Do ich stworzenia potrzebna będzie znajomość poleceń systemowych, przybliżonych wcześniej, w części poświęconej konsoli CMD.

Część drugą rozdziału 1. poświęciliśmy w całości systemowi operacyjnemu Linux, który został omówiony na przykładzie Ubuntu i OpenSUSE. Tak jak w systemie Windows, w Linuksie uczeń (słuchacz) rozpocznie pracę od przygotowania komputera i spraw-dzenia go pod kątem wymagań systemu operacyjnego, ewentualnie doboru systemu do wydajności zestawu komputerowego. Uczeń (słuchacz) zostanie przeprowadzony przez cały proces instalacji systemów Ubuntu i OpenSUSE. Ta część podręcznika bogata jest w zrzuty ekranu oraz opisy wskazujące na możliwość wyboru różnych opcji podczas in-stalacji. Po zainstalowaniu system będzie praktycznie gotowy do pracy, wymagać będzie jedynie konfiguracji i doposażenia w odpowiednie oprogramowanie, które ułatwi lub umożliwi dalsze wykorzystanie systemu komputerowego do pracy i rozrywki — czyli codziennego użytkowania. Następnie uczeń (słuchacz) dowie się, czym są KDE, GNOME i LXDE oraz jakie środowisko graficzne jest najodpowiedniejsze dla zainstalowanego systemu. Poświęcimy też trochę miejsca na rozważania o tym, czy przypadkiem nie lepiej do codziennej pracy używać środowiska tekstowego.

W dalszej części rozdziału uczeń (słuchacz) zapozna się z innymi systemami operacyj-nymi z rodzin: Windows, UNIX/Linux i macOS oraz z różnymi metodami podziału tych systemów. W tym miejscu proponujemy pracę w grupach i formę projektu. Ucz-niowie (słuchacze) mają sami znaleźć ciekawy system operacyjny i przedstawić jego zalety i wady. W ramach podsumowania projektu zaplanowana jest dyskusja dotycząca wyboru najlepszego systemu operacyjnego.

Pod koniec rozdziału 1. przybliżone zostanie zagadnienie systemów na urządzenia mobilne. Sięgniemy do historii — od systemu Windows CE, poprzez Symbian, Palm OS, aż do systemów Android, Windows 10 Mobile i iOS Mobile — i szczegółowo omówi-my zalety i wady Androida oraz iOS Mobile. Zaprezentujemy sposoby przygotowania urządzeń mobilnych do konfiguracji systemów i instalacji dodatkowego, ciekawego oprogramowania.

Na zakończenie rozdziału 1. zajmiemy się odpowiedzią na pytania, czy podczas korzy-stania z urządzeń komputerowych jesteśmy bezpieczni i czy nasze dane są bezpieczne. Ta część książki stanowi zarazem podsumowanie. Uczeń (słuchacz) dowie się z niej, jak bezpiecznie użytkować system, jak chronić się przed utratą danych, jak dane ar-chiwizować i zabezpieczać. Poruszone też zostanie zagadnienie dotyczące uzależnień od komputera.

Rozdział 2. Logika komputera

Rozdział ten przybliży cztery główne systemy liczbowe. Pochylimy się w nim nad syste-mami: binarnym, oktalnym, decymalnym oraz heksadecymalnym. W tej części podręcz-nika przedstawiliśmy sposoby przeliczania liczb z jednego systemu na liczby z innego systemu. W ramach praktyki zaproponowaliśmy zadania z zakresu działań arytmetycz-nych na naturalnych liczbach binarnych (dodawanie, odejmowanie, mnożenie i dzie-lenie). Opisaliśmy i zaprezentowaliśmy metody zapisu liczb ujemnych w standardach

5

Wstęp

ZM, ZU1 i ZU2 oraz zapis liczb zmiennoprzecinkowych. Teoria została wzbogacona o przykłady, które w prosty i zrozumiały sposób ukazują metody wykonywania zamian zapisu liczb z jednego systemu na zapis z innego systemu oraz metodykę wykonywania działań arytmetycznych na liczbach binarnych. W dalszej części rozdziału pokazane zostały funktory logiczne (bramki logiczne). Tu również treść opisowa przeplatana jest przykładami do wykonania (obliczenia) z zastosowaniem programów komputerowych lub aplikacji na system Android.

Rozdział 3. Budowa i kosztorysowanie

Ta część podręcznika przybliży i usystematyzuje wiedzę, którą uczniowie (słuchacze) zdobyli na wcześniejszych etapach nauki lub przyswoili na drodze doświadczeń. Prze-de wszystkim ujednolicone zostanie nazewnictwo sprzętu komputerowego. Następnie dokonamy szczegółowej analizy elementów wchodzących w skład zestawu kompu-terowego. Poczynając od płyty głównej i procesora, a kończąc na zaawansowanych kartach rozszerzeń, przyszły technik informatyk pozna budowę tych elementów oraz schematy blokowe, dowie się też, że ich obecność w zestawie komputerowym jest nie-zbędna. Wreszcie przejdziemy do urządzeń peryferyjnych i omówimy gniazda służące do ich podłączania. Posiadając wiedzę na temat sposobów włączania w zestaw urzą-dzeń peryferyjnych, uczeń będzie w stanie prawidłowo je zamontować na podstawie kształtu i rodzaju wtyczki. Ponieważ klienci sklepów i serwisów często zadają pytania dotyczące tego, czy komputer da się zmodernizować tak, by działał lepiej, sprawniej, szybciej, przyszły technik informatyk powinien znać na nie odpowiedzi. Będzie to możliwe dzięki przykładom, które zamieściliśmy w kolejnej części rozdziału 3. Jeśli chodzi o kosztorysowanie, to po części teoretycznej, z której uczeń (słuchacz) dowie się, w jakim celu wykonuje się kosztorys, zostaną mu zaproponowane ćwiczenia. Wykonu-jąc je, nauczy się dobierania elementów zestawu komputerowego zgodnie z wymogami klienta. Ostatnia część rozdziału 3. poświęcona jest zagadnieniom znaków dopuszcze-nia sprzętu komputerowego do obrotu w Unii Europejskiej, recyklingowi sprzętu oraz problemowi elektrośmieci i odpadów niebezpiecznych.

6

Wstęp

2.5. Układy logiczne

7


2.5.1. WprowadzenieJak to się dzieje, że komputer potrafi wykonywać działania matematyczne i że po wciśnięciu przycisku na klawiaturze otrzymujemy wynik w postaci znaku na ekranie? Za te operacje, i wiele innych, odpowiedzialne są układy logiczne, których działanie polega na tym, że interpretują dostarczoną do nich informację (impuls elektryczny), a następnie przedstawiają wynik w postaci logicznej analizy danych wejściowych. Pro-stym przykładem układu logicznego jest przekaźnik, w którym za pomocą zewnętrznego impulsu elektrycznego zamykamy lub otwieramy obwód elektryczny. Zasadę działania przekaźnika obrazuje rysunek 2.13.

Rysunek 2.13. Schemat układu logicznego

Z zastosowaniem tej technologii działał komputer z roku 1941 o nazwie Z3. Potrafił on wykonywać cztery podstawowe działania matematyczne oraz pierwiastkowanie na liczbach binarnych. Był wielkości kilku szaf, czyli zajmował powierzchnię przeciętnego pokoju. Z pomocą przyszedł rozwój nowych technologii. Wynalezienie tranzystorów i układów scalonych, w których zostały umieszczone układy logiczne, spowodowało gwałtowny skok technologiczny w postaci miniaturyzacji maszyn liczących.

Cyfrowy układ scalony to jeden z najpopularniejszych elementów budowy dzisiejszej elektroniki. Należy pamiętać, że podstawowymi elementami w elektronice są: rezystor (opornik), kondensator, dioda, cewka i tranzystor. Wszystkie te elementy znajdziemy w prostym radioodbiorniku oraz w zaawansowanych systemach komputerowych. Ukła-dy scalone zawierają zminiaturyzowany układ elektroniczny, mający w swym wnętrzu od kilku do setek milionów podstawowych elementów elektronicznych.

Elementy logiczne, które zostały umieszczone w układach scalonych, mogą przyjmować więcej wartości na wejściu niż proste przekaźniki i interpretować je jako wynik. Schemat układu logicznego z czterema wartościami na wejściu i jedną wartością na wyjściu jest widoczny na rysunku 2.14.

8

Rozdział 2. t Logika komputera

Rysunek 2.14. Schemat układu logicznego z czterema wartościami na wejściu i jed-ną wartością na wyjściu

Zbiór elementów logicznych zamknięty w jednej obudowie i wyposażony w odpowied-nią liczbę styków to układ cyfrowy, który jest pewnym rodzajem układu scalonego (TTL — logika tranzystorowo-tranzystorowa). Jednym z przykładów cyfrowego układu logicznego jest układ scalony TTL 7400 (rysunek 2.15), zbudowany z czterech bramek logicznych typu NAND. Rodzaje bramek logicznych (m.in. bramka NAND) są opisane w dalszej części rozdziału.

Rysunek 2.15. Schemat układu scalonego TTL 7400

Cyfrowe układy scalone TTL wymagają zasilania napięciem stałym stabilizowanym o wartości 5 V, gdzie wartość napięcia zasilania może mieścić się w zakresie od 4,75 V do 5,25 V. Na rysunku 2.16 przedstawiony jest układ scalony w obudowie DIP (jest to skrót od angielskiej nazwy obudowy dwu-rzędowej, czyli dual in-line package).

Rysunek 2.16. Układ scalony TTL 7400


9

Budowa współczesnych maszyn liczących opiera się na cyfrowych układach scalo-nych z bardzo dużą liczbą układów logicznych (bramek logicznych, bramek cyfrowych — ang. digital gate). Układ taki może zawierać w jednej obudowie wiele elementów logicznych — może wówczas zaistnieć konieczność doprowadzenia wielu wartości wej-ściowych i możemy uzyskać wiele wartości wyjściowych. Przykład takiego rozwiązania prezentuje rysunek 2.17.

Rysunek 2.17. Zasada działania układu scalonego TTL, w którym znajduje się kilka elementów logicznych

Na wejścia bramki podajemy napięcia elektryczne, które mogą przyjmować dwa poziomy logiczne (dla układów TTL).

Układy logiczne działają w dwóch stanach: 1 lub 0, czyli albo coś jest, albo czegoś nie ma.

q poziom 0, L, F — napięcie w przedziale 0…0,8 V;

q poziom 1, H, T — napięcie w przedziale 2…5 V.

A co, jeśli na wejściu układu cyfrowego pojawi się napięcie spoza tych przedziałów? Będzie to tzw. stan nieustalony. Jak zachowa się w takiej sytuacji nasz układ? Dokładnie nie wiadomo, jego zachowanie będzie zupełnie nieprzewidywalne. Taki układ będzie się po prostu nieregularnie włączał i wyłączał. Gdybyśmy na jego wyjściu umieścili diodę świecącą, mogłaby np. migać nieregularnie.

2.5.2. Bramki logiczneBramki logiczne wykonują działania, w których zarówno argumentami, jak i wynikami są jedynie wartości 0 lub 1. Odpowiedź układu na docierające do niego napięcie będzie zgodna z algebrą Boole’a. W dalszej części książki zostaną przedstawione podstawowe bramki, czyli układy realizujące funkcje logiczne, ich symbole graficzne oraz tablice praw-dy, które określą kombinacje wartości logicznych argumentów i wyników tych funkcji.

Bramka OR (lub) — suma logiczna

Suma logiczna jest równa 1, gdy którykolwiek ze składników jest równy 1. Sumę argumentów a i b oznacza się jako a + b.

0 + 0 = 00 + 1 = 11 + 0 = 11 + 1 = 1

10


Wartość 0 w przypadku użycia bramki OR uzyskujemy tylko wtedy, gdy na wejściu wszystkie wartości są równe 0 (istnieją bramki logiczne OR z większą liczbą wartości). W innych przypadkach, czyli kiedy przynajmniej jedna wartość na wejściu jest rów-na 1, wartość na wyjściu również jest równa 1. Zasadę tę przedstawia tablica prawdy pokazana na rysunku 2.18.

Rysunek 2.18. Symbol graficzny dwuwejściowej bramki OR (lub) — tablica prawdy

Bramka AND (i) — iloczyn logiczny

Iloczyn logiczny jest równy 1, gdy wszystkie czynniki są równe 1. Iloczyn argumentów a i b oznacza się przez a ∙ b lub, krócej, ab.

0 ∙ 0 = 00 ∙ 1 = 01 ∙ 0 = 01 ∙ 1 = 1

Iloczyn logiczny AND na wyjściu przyjmuje wartość 1 tylko w przypadku, gdy wszystkie wartości na wejściu przyjmują wartość wysoką, czyli 1. Jak można zauważyć, analizując tablicę prawdy (rysunek 2.19), w przypadku pojawienia się chociaż jednej wartości 0 na wejściu wartość wyjściowa również wynosi 0.

Rysunek 2.19. Symbol graficzny dwuwejściowej bramki AND (i) — tablica prawdy


11

Bramka NOT (nie) — negacja zmiennej wejściowej

Negacja jest działaniem na jednym argumencie i jest równa 1, gdy argument ma wartość 0. Negację oznacza się przez ā.

= 1 = 0

Bramka NOT zamienia wartość na przeciwną: 1 na 0, 0 na 1 — tablica prawdy poka-zana została na rysunku 2.20.

Rysunek 2.20. Symbol graficzny bramki NOT (nie) — tablica prawdy

Bramka NAND (nie i) — negacja iloczynu logicznego

Negacja iloczynu logicznego (funkcja Sheffera) ma wartość 1, jeśli a = 0 lub b = 0. Negację iloczynu argumentów a i b oznacza się przez a Ι b.

0 Ι 0 = 1

0 Ι 1 = 1

1 Ι 0 = 1

1 Ι 1 = 0

Bramka logiczna NAND jest odwrotnością bramki AND. Wartość 1 na wyjściu przyjmuje ona w każdym przypadku — wyjątek stanowi sytuacja, gdy na wejściu są wszystkie wartości 1. Tablica prawdy została pokazana na rysunku 2.21.

Rysunek 2.21. Symbol graficzny dwuwejściowej bramki NAND (nie i) — tablica prawdy

12


Bramka NOR (nie lub) — negacja sumy zmiennych wejściowych

Negacja sumy logicznej (funkcja Pierce’a) ma wartość 1, jeśli a = 0 i b = 0. Funkcja ta jest negacją sumy, dlatego występuje pod nazwą NOR; jest oznaczana przez a ↓ b lub .

0 ↓ 0 = 1

0 ↓ 1 = 0

1 ↓ 0 = 0

1 ↓ 1 = 0

Zgodnie z tablicą prawdy dla bramki NOR (rysunek 2.22) wartość wyjściowa 1 jest uzyskiwana tylko w przypadku, gdy wszystkie wartości na wejściu są równe 0.

Rysunek 2.22. Symbol graficzny dwuwejściowej bramki NOR (nie lub) — tablica prawdy

Bramki logiczne OR, AND, NAND, NOR mogą występować z kilkoma wejściami >2 (więcej niż 2). W takich przypadkach w tablicach prawdy dochodzi jeszcze jeden argument, np. c. Dodatkowa wartość na wejściu nie zmienia logiki bramki przedstawionej w tablicy prawdy (dla bramki NOR wartość wyjściowa 1 jest uzyskiwana tylko w przypadku, gdy wszystkie wartości na wejściu są równe 0).

Bramka Ex-OR (XOR, albo) — suma modulo 2, tj. funkcja f(a,b)= a � b

Suma modulo 2 (różnica symetryczna, nierównoważność) ma wartość 1, gdy tylko jeden argument ma wartość 1. Funkcja ta jest nazywana Ex-OR (Exclusive OR) i oznaczana jako a � b.

0 � 0 = 00 � 1 = 11 � 0 = 11 � 1 = 0

Tablica prawdy bramki XOR (rysunek 2.23) informuje nas, że wartość 1 na wyjściu uzyskamy tylko w przypadku, gdy na wejściu będzie jedna wartość 1, w innych przy-padkach otrzymamy na wyjściu wartość 0.

2.6. Układy kombinacyjne

13

Rysunek 2.23. Symbol graficzny dwuwejściowej bramki XOR (albo) — tablica prawdy

Bramka Ex-NOR (nie albo) — suma modulo 2, tj. funkcja f(a,b) = a � b

Równoważność ma wartość 1, gdy argumenty mają jednakowe wartości. Funkcja ta jest nazywana Ex-NOR (Exclusive Not OR) i oznaczana jako a � b.

0 � 0 = 10 � 1 = 01 � 0 = 01 � 1 = 1

Bramka Ex-NOR to przeciwieństwo bramki XOR. Zgodnie z tablicą prawdy (rysunek 2.24) wartość wyjściowa 1 zostanie uzyskana w przypadku dwóch jednakowych war-tości na wejściu. Jeżeli na wejściu są wartości różne, to na wyjściu uzyskamy wartość 0.

Rysunek 2.24. Symbol graficzny dwuwejściowej bramki Ex-NOR (nie albo) — tablica prawdy

2.6. Układy kombinacyjneZnasz już bramki logiczne i ich funkcje. Z bramek możemy zbudować układy cyfrowe wykonujące operacje arytmetyczne. Aby taki układ stworzyć, musimy mieć środowisko do pracy, w którym odpowiednio połączone bramki będą realizowały nasze cele. Jednym z takich środowisk, bardzo wygodnym (nie wymaga ono instalowania dodatkowego oprogramowania na komputerze), jest strona WWW. W sieci znajdziemy kilka symu-latorów bramek logicznych, jak np. The Logic Lab, dostępny pod adresem http://www.

14


neuroproductions.be/logic-lab/. Interfejs tej aplikacji jest bardzo intuicyjny i przejrzysty, co pokazuje rysunek 2.25.

Rysunek 2.25. Symulator układów logicznych

Po lewej stronie mamy dostępne elementy wejściowe (Input), bramki logiczne (Logic ports), przerzutniki (Flip-flops), elementy dodatkowe (Extras) oraz elementy wyjściowe (Output). Interfejs obsługi jest bardzo intuicyjny.

Przykład 2.31

W symulatorze zbudujmy układ odpowiadający zapisowi: X A B C D= ⋅ ⊕ + i zbadajmy jego tablicę prawdy.

Układ będzie się składał z trzech bramek logicznych.

Krok 1. A B⋅ — bramka NAND.

A B⋅ z negacją — kreseczka pozioma nad oznaczeniem wejścia lub oznaczeniem dzia-łania logicznego w zapisie matematycznym oznacza negację.

Krok 2. C D+ — bramka NOR.

Krok 3. 1 . 2.W zKrok Wynik z Krik okyn ⊕ — bramka EX-NOR.

Krok 4. Wykonanie tablicy prawdy układu dla zbudowanego układu — rysunek 2.26.


15

Rysunek 2.26. Układ logiczny zbudowany na podstawie wzoru X A B C D= ⋅ ⊕ +

A B C D X

0 0 0 0 1

1 0 0 0 ?

1 1 0 0 ?

1 0 1 0 ?

1 0 0 1 ?

1 0 1 1 ?

1 1 1 0 ?

1 1 0 1 ?

1 1 1 1 ?

Przykład 2.32

Kolejnym przykładem do wykonania w symulatorze jest wykorzystanie segmentu wy-świetlacza LED, który będzie nam wyświetlał wartość zadaną w systemie binarnym na wejściu i zamieniał ją na wartość w systemie heksadecymalnym.

Dokonując analizy ustawień przełączników z rysunku 2.27, odpowiedz, jaka wartość powinna pokazać się na segmencie LED przy przełącznikach ustawionych tak, jak pokazano na rysunku 2.28.

Rysunek 2.27. Segment LED — zamiana liczb z systemu binarnego na liczby z syste-mu heksadecymalnego

16


Rysunek 2.28. Segment LED — zamiana liczb z systemu binarnego na liczby z syste-mu heksadecymalnego, przykład

Do projektowania układów logicznych możemy również wykorzystać darmowe opro-gramowanie, takie jak Atanua, Digital Works, Logic Gate Simulator (rysunek 2.29), MultiMedia Logic.

Rysunek 2.29. Interfejs programu Logic Gate Simulator

Przykładowe schematy układów logicznych prezentowanych w dalszej części książki są wykonane w programie Logic Gate Simulator. Program ten można pobrać ze strony https://www.kolls.net/gatesim/.

PółsumatorPółsumatorem nazywamy układ cyfrowy mający dwa wejścia (np.: A i B) oraz dwa wyj-ścia — sumę (S) i przeniesienie (C). Układ ten wykonuje działania dodawania dwóch liczb binarnych. Na wejściu A i B ustalamy wartości liczb binarnych (stan wysoki — war-tość 1, stan niski — wartość 0). Na wyjściu zaś otrzymamy wynik wykonanej operacji


17

sumowania w postaci świecącej diody S oraz diody C (przeniesienie), kiedy wartość będzie wynosić 1, lub — w przypadku braku napięcia — w postaci diody nieświecącej, kiedy wartość będzie wynosić 0.

Aby objaśnić zasadę działania półsumatora, przeanalizujemy jego tablicę prawdy przed-stawioną na rysunku 2.30.

Rysunek 2.30. Tablica prawdy — półsumator

Obliczanie sumy liczb binarnych w pozycji jedności może wykonywać bramka XOR, która przy jednej wartości argumentu 1 zwraca sygnał wysoki (1). W innych przypad-kach zwraca sygnał niski (0) (wyjście S). Jest to zgodne z zasadami sumowania liczb binarnych. Gdy na wejściu pojawią się dwie wartości wysokie (A = 1 i B = 1), wtedy i tylko wtedy powinien pojawić się stan wysoki na wyjściu C — jest to bit przeniesienia. Tę funkcję zapewni nam bramka iloczynu AND. Schemat półsumatora przedstawiony został na rysunku 2.31, a rysunek 2.32 pokazuje ten sam półsumator wykonany w pro-gramie Logic Gate Simulator.

Rysunek 2.31. Schematy blokowy i logiczny półsumatora

Rysunek 2.32. Półsumator wykonany w programie Logic Gate Simulator

18


KomparatoryKomparatorem nazywamy układ logiczny porównujący co najmniej dwie liczby binar-ne. Kryteria porównawcze to: A = B, A > B, A < B. Najprostszy komparator umożliwia jedynie określenie, czy dwie porównywane liczby są równe. W przypadku dwóch liczb jednobitowych A i B komparatorem jest funkcja logiczna EXOR.

Układ przedstawiony na rysunku 2.33 na wyjściu podaje bit o wartości 1, ale tylko wtedy, gdy na wejściu ma dwie identyczne wartości.

Rysunek 2.33. Komparator zbudowany na bramce EXOR

Za pomocą bramek logicznych możemy konstruować jeszcze inne układy, takie jak przerzutniki różnych typów, liczniki, rejestry.

2.7. Działania logiczne i arytmetyczneĆwiczenie 1.

Wykonaj w dowolnym programie układ logiczny przedstawiony na rysunku 2.34 i za-pisz jego tablicę prawdy (rysunek 2.35) w arkuszu kalkulacyjnym. W tym celu dokonaj analizy punktów K, L i Y.

Rysunek 2.34. Układ do ćwiczenia 1.

2.7. Działania logiczne i arytmetyczne

19

Rysunek 2.35. Tablica prawdy do ćwiczenia 1.

Ćwiczenie 2.

Zbuduj półsumator i zapisz go w postaci układu scalonego za pomocą programu Logic Gate Simulator.

Ćwiczenie 3.

Jaką bramką logiczną można zastąpić układ przedstawiony na rysunkach od 2.36 do 2.39? Do wykonania tego ćwiczenia pomocna może być tablica prawdy układu.

a)

Rysunek 2.36. Układ logiczny do punktu a) ćwiczenia 3.

b)

Rysunek 2.37. Układ logiczny do punktu b) ćwiczenia 3.

20


c)

Rysunek 2.38. Układ logiczny do punktu c) ćwiczenia 3.

d)

Rysunek 2.39. Układ logiczny do punktu d) ćwiczenia 3.

Ćwiczenie 4.

Zbuduj układy przedstawione w zapisie matematycznym i opracuj dla nich tablicę prawdy.

( )

a x y y x

b x z x y z x

c x x z x y z x

= ⋅ + +

= + + ⋅ + ⋅

= ⋅ + + ⋅ + ⋅

Ćwiczenie 5.

Jaki układ logiczny jest realizowany za pomocą bramek przedstawionych na rysunku 2.40?

a) dekoder,b) sumator,c) komparator,d) multiplekser.

2.7. Działania logiczne i arytmetyczne

21

Rysunek 2.40. Układ logiczny do ćwiczenia 5.

Ćwiczenie 6.

Jeżeli chcesz połączyć naukę z zabawą, możesz skorzystać z gry napisanej na urządzenia mobilne — Circuit Scramble. Jest to darmowa aplikacja mobilna dostępna w sklepie Google Play. Pozwala w niezwykle ciekawy sposób na naukę bramek logicznych. Polega na śledzeniu przepływu prądu poprzez przechodzenie przez różnego rodzaju bramki przy wykonaniu jak najmniejszej liczby ruchów. Gra uczy logicznego myślenia i pozwala utrwalać wiadomości pozyskane na temat bramek logicznych. (rysunek 2.41). Może rozegracie 10 – 15 minutowy turniej w grupie?

Rysunek 2.41. Widok z gry Circuit Scramble na urządzenia mobilne

22

Notatki

Notatki

23

24

Notatki

spis treści - helion · osobom pragnącym samodzielnie poszerzyć swoje wiadomości z dziedziny...

Documents