Введение
Рассказы об ЭВМ и микропроцессорах нередко сопровождаются восторженными восклицаниями и пышными эпитетами: «разумные», «интеллектуальные» и т. п. Однако при этом упускается из вида, что сами по себе эти машины способны выполнять лишь очень примитивное действие вида
1 + 1.
При этом получается либо 1, если операция логическая, либо 0, арифметическая. Всё же остальное, весь машинный «разум» достигается благодаря приготовленной человеком и заложенной в ЭВМ программе.
Программа микропроцессора состоит из последовательности инструкций, выполняемых шаг за шагом. Отдельный шаг такой последовательности называется командой. Команды хранятся в памяти и выбираются для использования по мере надобности. Хранение программы в памяти, точно так же, как и хранение данных, позволяет «исчислять» саму программу т.е. трансформировать её в ходе выполнения. Иными словами, появляется возможность изменять алгоритм в ходе управления технологическим процессом и обработки данных. Это свойство микропроцессоров и позволяет называть их системами с гибким управлением. Именно принцип гибкого программного управления превратил современные системы в инструмент, увеличивающий во много раз интеллектуальную мощь человека.
Рассмотрим прежде всего логические операции и особенности представления бинарной информации в микропроцессоре.
Логика составляет основу всякого управления. Управление отдельными технологическими операциями и сложными производственными процессами происходит по принципу «ЕСЛИ…, ТО…». Например: «ЕСЛИ температура ниже заданной, ТО включить нагрев», либо «ЕСЛИ выдал сигнал датчик А ИЛИ нажата кнопка В, ТО включить устройство Х И сигнальную лампу Y». Когда операции простые, а следствия из них и управляющие воздействия достаточно очевидны, то надобности в какой – либо логической обработке информации и преобразовании логических функций не возникает. Но когда производственные процессы характеризуются большим числом параметров и для управления создаётся автоматическая система, то необходима логическая обработка поступающей информации.
Ещё в античные времена была известна формальная логика, позволяющая судить об истинности (правильности) какого – либо высказывания не по содержанию, а по форме его построения. В прошлом веке английский математик Джордж Буль разработал математическую логику, или алгебру логики, в которой каждая переменная может принимать одно из двух значений – «истинно» или «ложно». В дальнейшем алгебра логики явилась также основой для математической теории переключательных схем и последующей разработки цифровых ЭВМ, и поэтому её предпочитают называть булевой алгеброй по имени её создателя.
Булева алгебра приложима к любым переменным, которые могут принимать два и только два значения (включено – выключено, годен – брак, принять – отвергнуть, ДА – НЕТ и т.д.). Обозначаются эти два значения символами 1 и 0, которые совпадают по написанию с обычными арифметическими единицей и нулём, но только внешне, так как их смысл различен. Логическая 1 не есть одна штука чего – то реального или абстрактного. В технических и многих других практических приложениях логическая 1 – это, скорее, знак того, что совершилось какое – то событие или ряд событий: замкнулись контакты и по цепи течёт ток, заработала аппаратура, принято решение, система выдержала испытание и т.д. В своём первоначальном смысле логическая 1 означало, что какое – то высказывание истинно. В противоположность этому логический 0 означал, что высказывание не соответствует истине, т.е. ложно. В технических приложениях логический ноль означает, что контакты разомкнуты, аппаратура не работает, цепь не проводит, проект отвергнут, система не выдержала испытание и т.д.
Основные логические операции. В булевой алгебре имеется три основные функции, или операции: ИЛИ, И, НЕ.
1.Операция ИЛИ. Эта операция является логическим сложением и поэтому может обозначаться знаком «+». Её называют также дизъюнкцией и чаще обозначают знаком V. Таким образом, выражение
Х = А + В и Х = А Ú В
эквивалентны и читаются как «икс равен А или В».
Задавая различные значения переменных, результаты операции ИЛИ можно представить в следующем виде:
0 Ú 0 = 0; 0 Ú 1 = 1; 1 Ú 0 =1; 1 Ú 1 = 1.
За исключением последнего, все эти выражения являются такими же, как в элементарной алгебре. Результат четвёртой операции не совпадает ни с обычным арифметическим сложением, ни со сложением двоичных чисел. Это является следствием того, что логическая 1 является не числом «один», а только символом, смысл которого был пояснён выше.
 |
Рис.1. Логическая операция ИЛИ: а – таблица истинности;
б, в – условные графические обозначения элемента ИЛИ;
г – схема реализации
2. операция И. Эта операция логического умножения, поэтому она часто обозначается так же, как произведение в элементарной алгебре, но её называют также конъюнкцией и означают знаком Ù или &. Поэтому выражения
 |
Рис.2. Логическая операция И: а – таблица истинности;
б, в – условные графические обозначения элемента И;
г – схема реализации
Изображение логических элементов И на функциональной и принципиальной схемах согласно всесоюзному и международному стандартам показано на рис.2. Там же приведена таблица истинности этой функции. Из таблицы истинности следует, что результат конъюнкции принимает значения 1 только при единичном наборе переменных.
 |
) или как 
и читается «не А». Так как возможны
только два значения переменной, то 
, а 
. На схемах логические элементы НЕ
изображаются так, как показано на рис.3. Кружок на изображении элемента
называется индикатором уровня сигнала, и обычно он располагается на той стороне,
где сигнал имеет низкий уровень.
Рис.3. Операция НЕ: а, б – условные графические обозначения
элемента НЕ; в – схема реализации
Порядок выполнения логических операций следующий: первой выполняется операция НЕ, когда она охватывает сразу группу переменных, затем выполняется операция И и последней – ИЛИ. Таким образом, сохраняется тот же порядок выполнения операций: сначала все умножения, а этот может быть изменён при помощи скобок.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.