ОСОБЛИВОСТІ НАВЧАЛЬНОГО ПРОЦЕСУ З ВИКОРИСТАННЯМ ELECTRONICS WORKBENCH У КОМП'ЮТЕРНИХ ДИСЦИПЛІНАХ

Abstract

У статті представлені результати використання системи схемотехнічного моделювання Electronics Workbench в навчальному процесі для комп'ютерних дисциплін. Проведено аналіз використання системи Electronics Workbench в освіті. З нього випливає, що значна частина публікацій зосереджена на описі самої системи. Приклади використання наведені для базових елементів. Автором запропоновано освоєння матеріалу по комп'ютерній техніці здійснювати шляхом самостійного проектування базових вузлів комп'ютера «знизу вгору». Цим самим реалізується компетентність «здатність до проектування технічних засобів комп'ютерних систем». Теоретичною основою комп'ютерної техніки є булева алгебра. Базовими функціями є І, АБО, НІ. Базовими технічними елементами є діоди і транзистори. В якості першого кроку в освоєнні комп'ютерної техніки студенту запропоновано спроектувати і досліджувати базові функції на базі діодів і транзисторів, що входять в бібліотеку Electronics Workbench. Найважливішим елементом пам'яті комп'ютерної техніки є тригер. Їх типів досить багато: RS, T, D, JK, синхронні, асинхронні, однотактні, двотактні. І хоча в Electronics Workbench є декілька готових схем, що виконують функцію тригера, доцільно в навчальних цілях самостійно зібрати один з типів тригера і переконатися в його здатності зберігати один біт інформації. З цією метою будується асинхронний RS-тригер на базі елементів АБО-НІ. Як джерело логічної одиниці використовується елемент живлення + Vcc, управління подачею сигналів установка (S) і скидання (R) здійснюється за допомогою двох ключів. Відповідно, за ключем, який регулює подачу сигналу «Установка», в його властивостях закріплюється буква S, а за ключем, який регулює подачу сигналу «Скидання», закріплюється в його властивостях буква R. Індикація стану тригера здійснюється за допомогою елемента Red Probe. У комп'ютерній схемотехніці широке застосування знайшов JK-тригер, комутую певним чином входи якого, можна реалізувати інші типи тригерів. Для дослідження цих можливостей запропоновано використовувати макет на основі JK-тригера з бібліотеки Electronics Workbench зі входами примусової установки в нуль або одиницю. В процесі проведення експериментів студент заповнює спеціальні таблиці. За їх аналізу робиться висновок в якому режимі працював JK-тригер. На основі тригерів у комп'ютері будуються регістри. Сучасні процесори мають в своєму складі до декількох сотень регістрів різного призначення. Регістр в загальному випадку повинен мати інформаційні входи, інформаційні виходи і входи управління, що дозволяють обнулити регістр, записати в нього інформацію і зчитати, для чого потрібні відповідні схеми. Для дослідження процесів записи, зберігання та видачі інформації використовується віртуальний макет на чотири розряду. Після проведення експериментів на базі розробленої схеми створюється субсхема, яка буде використовуватися в подальшому як закінчений вузол. Використовуючи JK-тригер в режимі T-тригера, можна побудувати двійковий лічильник імпульсів. Двійкові лічильники використовуються для побудови блоку управління комп'ютером, таймера і виконання інших функцій. Студентам запропоновано зібрати відповідний макет і досліджувати його. Для дослідження часової діаграми роботи лічильника до його виходів можна підключити логічний аналізатор (Logic Analyzer).. В оволодінні навчального матеріалу важливе місце повинно бути відведено методиці проектування комбінаційних схем по таблиці істинності. Однією з лабораторних робіт може бути проектування дешифратора і відпрацювання його на віртуальному макеті. Освоївши функціонування базових блоків комп'ютера, можна переходити до розуміння логіки роботи всього процесора. Основним завданням процесора є виконання команд програми, що входять в його набір команд. Загальним для всіх команд є те, що вони виконуються за кілька тактів, ініційованих відповідними мікрокомандами. У виконанні кожної команди задіяний ряд блоків: тактовий генератор, лічильник, дешифратори, які утворюють пристрій управління процесора. Технологію виконання команд процесора запропоновано освоїти на прикладі простої команди MOV - пересилання двійкового слова з одного регістра в інший. Для цього використовуємо відповідний віртуальний макет. Таким чином, використання системи схемотехнічного моделювання Electronics Workbench в навчальному процесі при мінімальних витратах і максимальної гнучкості дозволяє студенту усвідомити логіку роботи комп'ютера, оволодіти методикою проектування окремих вузлів комп'ютера і проведення експериментів над ними.