ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE
Elektrotechnická fakulta
Katedra telekomunikácií
Optimalizácia informačného obsahu
v systéme LMS Moodle
Martin Nottný
2007
Optimalizácia informačného obsahu
v systéme LMS Moodle
DIPLOMOVÁ PRÁCA
MARTIN NOTTNÝ
ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE
Elektrotechnická fakulta
Katedra telekomunikácií
Študijný odbor: TELEKOMUNIKÁCIE
Vedúci diplomovej práce:
doc. Ing. Miroslav Hrianka, PhD.
Stupeň kvalifikácie: inžinier (Ing.)
Dátum odovzdania diplomovej práce: 18.5.2007
ŽILINA 2007
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
ABSTRAKT
Diplomová práca sa zaoberá multimediálnym CBT kurzom pre dištančné
vzdelávanie. Projekt je realizovaný ako dynamické HTML s Flash animáciami.
Diplomová práca slúži ako študijný kurz pre študentov zaoberajúcich sa problematikou
logických obvodov.
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta,
Katedra telekomunikácií
__________________________________________________________________________________
ANOTAČNÝ ZÁZNAM - DIPLOMOVÁ PRÁCA
Priezvisko, meno: Nottný Martin
školský rok: 2006/2007
Názov práce: Optimalizácia informačného obsahu v systéme LMS Moodle
Počet strán: 89
Počet obrázkov: 82
Počet tabuliek: 3
Počet grafov: 0
Počet príloh: 3
Použitá lit.: 16
Anotácia:
Táto diplomová práca sa zaoberá multimediálnym CBT kurzom pre dištančné
vzdelávanie. Projekt je realizovaný ako dynamické HTML s Flash animáciami.
Diplomová práca slúži ako študijný kurz pre študentov zaoberajúcich sa problematikou
logických obvodov.
Anotácia v cudzom jazyku:
This diploma work deals with multimedia CBT course for distance education. Project is
realized as dynamic HTML with Flash animations. Diploma work is used as an
educational course for students, which are engaged in logical circuit problematic.
Kľúčové slová:
CBT kurz, dištančné vzdelávanie, e-learning, popis logických funkcií, sekvenčné logické
obvody, posuvné registre
Vedúci práce: doc. Ing. Miroslav Hrianka, PhD.
Recenzent práce: Ing. Maslák Anton
Dátum odovzdania práce: 18. mája 2007
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
OBSAH
ZOZNAM OBRÁZKOV A TABULIEK
ZOZNAM SKRATIEK A SYMBOLOV
1. ÚVOD ................................................................................................1
1.1.
E-learning................................................................................................... 2
1.1.1.
Proces e-learningu................................................................................. 3
1.1.2.
Vlastnosti e-learningu ........................................................................... 4
1.1.3.
LMS (Learning Management System) ................................................... 5
2. NÁVRH A REALIZÁCIA MULTIMEDIÁLNEHO KURZU .......6
2.1.
Výber formátov pre optimálnu štruktúru kurzu...................................... 6
2.1.1.
Porovnanie „GIF“ a FLASH animácií ................................................... 6
2.2.
Nástroje na realizáciu kurzu ..................................................................... 7
2.3.
Animácie................................................................................................... 11
2.4.
Popis činnosti kurzu................................................................................. 12
2.5.
Požiadavky kurzu..................................................................................... 14
3. MULTIMEDIÁLNY CBT KURZ..................................................16
3.1.
SPÔSOBY POPISU LOGICKÝCH FUNKCIÍ ...................................... 16
3.1.1.
Úvod ................................................................................................... 16
3.1.2.
Pravdivostná tabuľka........................................................................... 17
3.1.3.
Zoznam stavových indexov ................................................................. 18
3.1.4.
Logický (algebraický) výraz................................................................ 19
3.1.5.
Schematické značky ............................................................................ 21
3.1.6.
Vennov diagram.................................................................................. 22
3.1.7.
Mapa logickej funkcie ......................................................................... 23
3.1.8.
Vyjadrenie logickej funkcie n – rozmerným telesom ........................... 25
3.1.9.
Hypertextové odkazy........................................................................... 28
3.1.10.
Testovanie vedomostí.......................................................................... 32
3.2.
SYNTÉZA SEKVENČNÝCH LOGICKÝCH OBVODOV ................... 35
3.2.1.
Úvod ................................................................................................... 35
3.2.2.
Spôsoby popisu správania SLO ........................................................... 37
3.2.3.
Popis správania bistabilných preklápacích obvodov............................. 39
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
3.2.4.
Asynchrónny bistabilný preklápací obvod typu „S - R“ ...................... 43
3.2.5.
Synchrónny bistabilný preklápací obvod typu „S - R“ ........................ 46
3.2.6.
Dvojfázový bistabilný preklápací obvod typu „S - R“ (master - slave) 48
3.2.7.
Dvojfázový bistabilný preklápací obvod typu „J - K“ (master - slave) 50
3.2.8.
Dvojfázový bistabilný preklápací obvod typu „D“ (reagujúci na
aktívnu hranu riadiaceho impulzu) ...................................................... 55
3.2.9.
Hypertextové odkazy........................................................................... 57
3.2.10.
Testovanie vedomostí.......................................................................... 61
3.3.
POSUVNÉ REGISTRE ........................................................................... 64
3.3.1.
Úvod ................................................................................................... 64
3.3.2.
Návrh sériového posunu vpred s použitím preklápacích obvodov typu
J - K .................................................................................................... 65
3.3.3.
Návrh sériového posunu vpred s použitím preklápacích obvodov typu
D......................................................................................................... 68
3.3.4.
Návrh sériového posunu vzad s použitím preklápacích obvodov typu
J - K .................................................................................................... 69
3.3.5.
Návrh sériového posunu vzad s použitím preklápacích obvodov typu D71
3.3.6.
Analýza trojbitového posuvného registra vpred ................................... 73
3.3.7.
Kruhový posuvný register ................................................................... 76
3.3.8.
Univerzálny posuvný register .............................................................. 78
3.3.9.
Hypertextové odkazy........................................................................... 81
3.3.10.
Testovanie vedomostí.......................................................................... 81
4. LMS SYSTÉM MOODLE..............................................................85
4.1.
Popis ......................................................................................................... 85
4.2.
Aktivity..................................................................................................... 86
4.3.
Činnosť kurzu .......................................................................................... 87
5. ZÁVER ............................................................................................89
ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY.......................................................................... 90
Prílohová časť
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
ZOZNAM OBRÁZKOV A TABULIEK
Obr. 1.1 Funkcie LMS....................................................................................................5
Obr. 2.1 Schéma sekvenčného logického obvodu ...........................................................7
Obr. 2.2 Prostredie Macromedia Flash MX ..................................................................10
Obr. 3.1.1. George Boole...............................................................................................16
Obr. 3.1.2. Schematické značky základných logických členov.......................................21
Obr. 3.1.3. Vennov diagram pre dve Booleove premenné ..............................................22
Obr. 3.1.4. Vennov diagram pre funkciu f1 z pravdivostnej tabuľky (tab. 3.1.1) ............23
Obr. 3.1.5. Výsledná bloková schéma logického obvodu ...............................................30
Obr. 3.1.6. Mapa logickej funkcie pre päť premenných .................................................24
Obr. 3.1.7. Zostavenie Karnaughovej mapy a Svobodovej mapy ...................................24
Obr. 3.1.8. Karnaughova mapa pre tri premenné............................................................25
Obr. 3.1.9. Karnaughova mapa pre štyri premenné ........................................................31
Obr. 3.1.10. Grafické zobrazenie rôznych stavov logickej funkcie .................................26
Obr. 3.1.11. Zobrazenie logickej funkcie pomocou n – rozmerného telesa.....................26
Obr. 3.1.12. „n“ – rozmerné teleso pre tri premenné v priestorovej a plochej forme.......27
Obr. 3.1.13. „n“ – rozmerné teleso pre štyri premenné...................................................27
Obr. 3.1.14. Zostavenie n – rozmerného telesa pre funkciu troch premenných ...............31
Obr. 3.1.15. LSB – najnižší platný bit............................................................................32
Obr. 3.1.16. MSB – najvyšší platný bit ..........................................................................32
Obr. 3.1.17. Odvodenie UNDF......................................................................................29
Obr. 3.1.18. Odvodenie UNKF......................................................................................30
Obr. 3.2.1. Schéma sekvenčného logického obvodu ......................................................35
Obr. 3.2.2. Schéma obvodu typu MOORE.....................................................................36
Obr. 3.2.3. Príklad zápisu prechodových a výstupných funkcií pre obvod typu
MEALY a MOORE.....................................................................................37
Obr. 3.2.4. Príklad prechodových diagramov pre obvod typu MEALY a MOORE ........38
Obr. 3.2.5. Príklad tabuliek prechodov pre obvod typu MEALY a MOORE ..................38
Obr. 3.2.6. Typy transformácií ......................................................................................39
Obr. 3.2.7. Preklápací obvod typu „S – R“ ....................................................................40
Obr. 3.2.8. Preklápací obvod typu „T“...........................................................................41
Obr. 3.2.9. Preklápací obvod typu „D“ ..........................................................................42
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Obr. 3.2.10. Preklápací obvod typu „J – K“ ...................................................................42
Obr. 3.2.11. Logický obvod s jednou slučkou spätnej väzby..........................................57
Obr. 3.2.12. Karnaughova mapa asynchrónneho obvod typu „S – R“.............................43
Obr. 3.2.13. Karnaughova mapa asynchrónneho obvod typu „S – R“ pre realizáciu
členmi NAND...........................................................................................44
Obr. 3.2.14. Asynchrónny obvod typu „S – R“ realizovaný členmi NAND....................44
Obr.3. 2.15. Karnaughova mapa asynchrónneho obvod typu „S – R“ pre realizáciu
členmi NOR..............................................................................................45
Obr. 3.2.16. Asynchrónny obvod typu „S – R“ realizovaný členmi NOR.......................45
Obr. 3.2.17. Synchrónny obvod typu „S – R“ ................................................................46
Obr. 3.2.18. Karnaughova mapa synchrónneho obvod typu „S – R“ ..............................46
Obr. 3.2.19. Karnaughova mapa synchrónneho obvod typu „S – R“ pre realizáciu
členmi NAND...........................................................................................47
Obr. 3.2.20. Synchrónny preklápací obvod typu „S – R“ ...............................................47
Obr. 3.2.21. Dvojfázový bistabilný preklápací obvod typu „S - R“ (master - slave) ......49
Obr. 3.2.22. Činnosť preklápacieho obvodu typu „S - R“ (master - slave).....................49
Obr. 3.2.23. Časový diagram preklápacieho obvodu typu „S - R“ (master - slave) ........50
Obr. 3.2.24. Synchrónny preklápací obvod typu „J - K“ ................................................50
Obr. 3.2.25. „J - K“ preklápací obvod typu master – slave .............................................51
Obr. 3.2.26. Zapojenie „J - K“ preklápacieho obvodu typu master – slave .....................51
Obr. 3.2.27. Činnosť preklápacieho obvodu typu „J - K“ (master - slave) .....................52
Obr. 3.2.28. Časový diagram preklápacieho obvodu typu „J - K“ (master - slave).........52
Obr. 3.2.29. J – K obvod MH 7472................................................................................53
Obr. 3.2.30. Časový diagram a pravdivostná tabuľka obvodu MH 7472 ........................54
Obr. 3.2.31. Časové závislosti signálov J, K a TC..........................................................54
Obr. 3.2.32. Dvojfázový bistabilný preklápací obvod typu „D“ ....................................55
Obr. 3.2.33. Časový diagram a pravdivostná tabuľka obvodu MH 7474 ........................56
Obr. 3.2.34. Časové závislosti signálov D a TC .............................................................57
Obr. 3.3.1. Bloková schéma posuvného registra ............................................................64
Obr. 3.3.2. Príklad vstupov a výstupov pri posuve vpred ...............................................65
Obr. 3.3.3. Posuv vpred.................................................................................................66
Obr. 3.3.4. Tabuľka prechodov susedných preklápacích obvodov pri posuve vpred.......66
Obr. 3.3.5. Zostavenie alg. výrazov pre vstupy J a K .....................................................67
Obr. 3.3.6. Zapojenie posuvného registra vpred s preklápacími obvodmi typu J – K......67
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Obr. 3.3.7. Štvorbitový posuvný register vpred s preklápacími obvodmi typu J – K.......68
Obr. 3.3.8. Tabuľka prechodov susedných preklápacích obvodov pri posuve vpred
s použitím obvodov typu D..........................................................................68
Obr. 3.3.9. Karnaughova mapa posuvného registra vpred realizovaného
preklápacími obvodmi typu D......................................................................69
Obr. 3.3.10. Zapojenie posuvného registra vpred s preklápacími obvodmi typu D .........69
Obr. 3.3.11. Posuv vzad ................................................................................................70
Obr. 3.3.12. Tabuľka prechodov susedných preklápacích obvodov pri posuve vzad ......70
Obr. 3.3.13. Karnaughova mapa posuvného registra vzad realizovaného
preklápacími obvodmi typu J – K..............................................................70
Obr. 3.3.14. Zapojenie posuvného registra vzad s preklápacími obvodmi typu J – K .....71
Obr. 3.3.15. Karnaughova mapa posuvného registra vzad realizovaného
preklápacími obvodmi typu D ...................................................................71
Obr. 3.3.16. Zapojenie posuvného registra vzad s preklápacími obvodmi typu D...........72
Obr. 3.3.17. Štvorbitový posuvný register vzad s preklápacími obvodmi typu D............73
Obr. 3.3.18. Trojbitový posuvný register vpred zložený z J – K preklápacích
obvodov....................................................................................................73
Obr. 3.3.19. Posun informácie vpred .............................................................................75
Obr. 3.3.20. Nulovanie registra vstupom „RESET“ .......................................................75
Obr. 3.3.21. Nastavenie výstupu QA signálom na vstupe A...........................................75
Obr. 3.3.22. Kruhový posuvný register z obvodov J – K................................................76
Obr. 3.3.23. Časový diagram J – K kruhového registra..................................................77
Obr. 3.3.24. Modifikovaný kruhový posuvný register z obvodov J – K..........................77
Obr. 3.3.25. Časový diagram modifikovaného kruhového registra.................................78
Obr. 3.3.26. Univerzálny štvorbitový posuvný register ..................................................79
Obr. 4.3.1. Ukážka kurzu v systéme MOODLE .............................................................87
Tab. 2.1 Nameraná rýchlosť načítania jednotlivých kapitol...........................................15
Tab. 2.2 Vypočítaná rýchlosť načítania jednotlivých kapitol.........................................15
Tab. 3.1.1. Pravdivostná tabuľka určitej funkcie f1 a neurčitej funkcie f2 ........................18
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
ZOZNAM SKRATIEK A SYMBOLOV
APO
astabilný preklápací obvod
BPO
bistabilný preklápací obvod
CBT
Computer Base Training
počítačom podporovaná výučba
CD-ROM
Compact Disc - Read Only
kompaktný disk určený iba na zápis
Memory
CSS
Cascading Style Sheets
kaskádové štýly
DHTML
Dynamic HyperText Markup
dynamický hypertextový značkový jazyk
Language
GIF
Graphics Interchange Format
GNU
GNU's Not Unix
HTML
HyperText Markup Language
hypertextový značkový jazyk
HW
Hardware
technické vybavenie počítača
IEEE
Institute for Electrical and
inštitút elektrotechnických a
Electronics Engineers
elektronických inžinierov
KLO
grafický formát pre rastrovú grafiku
kombinačný logický obvod
LMS
Learning Management System
systém pre riadenie štúdia
LSB
Least Significant Bit
bit s najnižšou významnosťou
MOODLE
Modular Object-Oriented
modulárne objektovo orientované
Dynamic Learning
dynamické prostredie pre výuku
Environment
MPO
monostabilný preklápací obvod
MSB
Most Significant Bit
bit s najvyššou významnosťou
PC
Personal Computer
osobný počítač
PHP
Personal Home Page
PO
preklápací obvod
QoS
Quality of Service
kvalita služby
R
Reset
nulovanie
RAM
Random Access Memory
pamäť s náhodným prístupom
S
Set
nastavenie
SLO
SQL
sekvenčný logický obvod
Structured Query Language
štruktúrovaný dopytovací jazyk
Žilinská univerzita v Žiline
SW
Software
Elektrotechnická fakulta
programové vybavenie počítača
UNDF
úplná normálna disjunktívna forma
UNKF
úplná normálna konjunktívna forma
WWW
World Wide Web
f
funkcia
Hi
i-te hradlo
K
klopná transformácia
M
pamäťová transformácia
Ma
maxterm
Mi
minterm
n
počet premenných
N
stavový index
Q t +1
negovaný výstup v čase t + 1
Qt +1
priamy výstup v čase t + 1
TC
synchronizačný impulz
tHOLD
doba presahu
tSET UP
doba predstihu
tW
minimálna dĺžka impulzu
X
neurčitý stav
Xi
vstupný stav
Yi
výstupný stav
Zi
vnútorný stav
celosvetová počítačová sieť
Žilinská univerzita v Žiline
1.
Elektrotechnická fakulta
ÚVOD
Vzdelávanie je jednou z najdôležitejších životných priorít nielen jednotlivcov, ale
aj modernej spoločnosti a vďaka modernej technike a technológii sa môže uskutočňovať
doplňujúcou formou dosiahnutého vzdelania, teda e-learningom. Používanie webových
systémov pre vzdelávanie dnes považujeme za samozrejmosť.[1] Pojem „e-learning“ je
potrebné rozlišovať v dvoch rovinách: ako technický systém a ako nový systém
vzdelávania. Technický systém e-learningu zahrňuje všetky potrebné technické
prostriedky informačno-komunikačných technológií pre vzdelávanie, systém vzdelávania
a novú technológiu vzdelávania s implementáciou technického systému. Spoločné
pôsobenie obidvoch systémov je základným predpokladom vytvorenia nového
vzdelávania v informačnej spoločnosti.[2]
Z hľadiska úspory ľudských a prírodných zdrojov ale aj šetrenia času, je rozhodne
vzdelávanie dištančnou formou jedným z najzaujímavejších a v súčasnosti aj
najperspektívnejším smerom získavania kvalifikácie. Dištančné vzdelávanie (štúdium na
diaľku) je efektívna forma štúdia, založená na individuálnom prístupe k študujúcemu a v
používaní špeciálne pripravených učebných textov, počítača a multimediálnych pomôcok.
Je to forma štúdia, ktorej prevažná časť je realizovaná samoštúdiom a komunikáciou
s vyučujúcim prostredníctvom e-mailu, diskusných
fór a iných komunikačných
prostriedkov. Najväčšou výhodou takéhoto typu vzdelania je neustála komunikácia a
spätná väzba učiteľ – študent prostredníctvom kontrolných testov, kvízov, atď. a
neobmedzený priestor pre kreativitu na obidvoch stranách.
Hlavným cieľom mojej diplomovej práce je návrh a realizácia multimediálneho
kurzu pre e-learning z tematickej oblasti „Logické systémy“ (resp. z oblasti číslicovej
techniky), pričom celý kurz je optimalizovaný pre prenos LMS systémom MOODLE
a taktiež je optimalizovaný z hľadiska potrebnej prenosovej rýchlosti dátového kanála
a pamäťových požiadaviek archivačných médií. Úlohou diplomovej práce nie je úplne
nahradiť klasickú formu výučby, ale skôr ponúknuť novú alternatívnu formu štúdia,
prípadne možnosť efektívne prehlbovať vedomosti z danej oblasti. Preto učebné materiály
v kurze neobsahujú veľké množstvo textu, ako to býva v niektorých študijných
materiáloch, ale skôr sa snažia jednoducho a efektívne vysvetliť danú problematiku
prostredníctvom názorných interaktívnych animácií, prípadne statických obrázkov.
-1-
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Celý kurz sa skladá z troch kapitol zadaných vedúcim diplomovej práce. Kvôli
tomu, aby bolo možné zaradiť kurz do tematických celkov spracovaných v minulosti
a taktiež, aby bolo možné v budúcnosti dopĺňať ďalšie témy a tým vytvoriť komplexný
celok študijných materiálov, bolo jednou z podmienok vytvoriť kurz v preddefinovanom
štýle. Kurz som spracoval vo voľne šíriteľných softvéroch a v softvérovom produkte
„Macromedia Flash MX“, ktorý bol poskytnutý vedúcim diplomovej práce. Celý kurz je
realizovaný v jazyku HTML s využitím FLASH animácií, pričom využíva aj ďalšie
technológie, ako CSS, JavaScript a ActionScript (využitý na vytvorenie interaktívnych
FLASH animácií). Výhodou tejto formy realizácie je to, že používateľ sa nemusí
zoznamovať s novým prostredím a ovládacími prvkami (ako to býva pri kurzoch
realizovaný kompletne len v prostredí FLASH), ale ovládanie je intuitívne a známe
z prostredia internetu. Výsledný kurz je umiestnený v LMS systéme MOODLE (ktorý
umožňuje sledovať využívanie kurzu a taktiež umožňuje priamo realizovať spätnú väzbu
medzi vyučujúcim a študentom) a tiež vo forme CBT kurzu umiestnenom na CD-ROM,
aby bol dostupný aj v offline verzii.
1.1.
E-learning
E-learning v širšom slova zmysle znamená proces, ktorý popisuje a rieši tvorbu,
distribúciu, riadenie výučby a spätnú väzbu na základe počítačových kurzov, ktorým stále
častejšie hovoríme e-learningové kurzy. Je zameraný na potreby študujúcich a zaisťuje
vyhovujúcu kvalitu študijných materiálov, zostavených profesionálnym tímom, kde
jednotlivé moduly sú interaktívne a flexibilné voči požiadavkám študujúcich. [1] Medzi
základné ciele e-learningu patrí najmä:
Ø
efektívnejší a príjemnejší proces učenia: prostredníctvom individuálneho učebného plánu, pri ktorom si študenti sami zvolia čas a miesto svojho štúdia
Ø
zvýšená kvalita výuky: využitie výpočtovej techniky, audiovizuálnych pomôcok
pri interpretácii poznatkov, možnosť automatického spracovania poznatkov
Ø
zvýšenie dostupnosti vzdelania
Ø
zníženie finančnej náročnosti vzdelania: ľahšia distribúcia
E-learning nie je len efektívnou metódou pre získavanie poznatkov, ponúka aj
možnosť naučiť sa orientovať vo svete veľkého množstva informácií, učí vyberať si
-2-
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
informácie, triediť ich, spracovávať a správne ich hodnotiť. Výhodou poskytovania
informácií prostredníctvom Internetu je možnosť ich neustálej aktualizácie, v porovnaní
s klasickými formami poskytovania študijných materiálov je ľahšie ich priebežne
dopĺňať, vylepšovať a prepracovávať.
1.1.1. Proces e-learningu
Proces e-learningu môžeme rozdeliť do troch nasledujúcich fáz [3]:
Tvorba
Multimediálny kurz kombinuje textový výklad s animáciami, videom, audiom,
grafikou a testovacími objektmi. Forma kurzu sa volí na základe širokého spektra kritérií,
ako sú profily potenciálnych študentov, typu vyučovanej látky, či technologické
možnosti. Vytvorené kurzy okrem podávania vyučovanej látky v atraktívnej forme
študentom vždy zaisťujú spätnú väzbu od študentov pomocou testovacích otázok, volieb
s možnosťami, či návrhov riešení. Študenti tak sú aktívne vťahovaní do výučby.
Distribúcia
Medzi základné spôsoby distribúcie kurzov patrí CD-ROM, lokálne PC disky,
miestna počítačová sieť, intranet či internet. CD-ROM a lokálne disky pohltia veľké
množstvo dát, k nevýhodám však patrí obtiažna aktualizácia vyučovanej látky. Trendom
je preto distribúcia kurzov cez intranet či internet. Tieto prostriedky prinášajú jednotné
štandardy, prostredie a zabezpečenie, možnosť regionálnej rozšíriteľnosti a takmer
okamžitú distribúciu hotového kurzu k študentovi. Hybridné metódy spájajú výhody
uloženia dát na CD-ROM či disk užívateľa s výhodami intranetu / internetu.
Riadenie
Proces riadenia výučby nastáva po distribúcii vzdelávacích kurzov k študentom.
Tento proces zabezpečuje sprístupnenie správnych kurzov v správny čas študentom a ich
informovanie o tom, ako sa im v kurze darí a kde majú pokračovať. V riadiacom procese
sú sledované informácie, ako sa jednotlivým študentom darí v kurzoch a testoch a
štatisticky sú vyhodnocované jednotlivé kurzy.
-3-
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
1.1.2. Vlastnosti e-learningu
Nasadzovanie e-learningu v procese vzdelávania so sebou prináša určité výhody aj
nevýhody. Medzi základné vlastnosti môžeme zaradiť [4]:
Pozitívne vlastnosti
Ø
študent si môže sám určiť tempo štúdia
Ø
študent si môže sám určiť čas štúdia (štúdium Just-in-Time)
Ø
pomocou otázok a testov si môže študent overiť úroveň vedomostí
Ø
pomocou interaktívnych prvkov je vtiahnutý do výučby
Ø
zvyšovanie počtu študentov bez ohľadu na vyučovacie kapacity
Ø
nižšie náklady (priame náklady, nepriame náklady, nevykonaná práca)
Ø
lepšia kontrola výsledkov (LMS)
Ø
môže byť efektívnejší (učím sa čo potrebujem a kedy potrebujem, prenos
zodpovednosti na študenta, orientácia na študenta)
Negatívne vlastnosti
Ø
náročnejšia príprava (pedagogické a didaktické zásady)
Ø
ochota vyučujúceho používať nové technológie
Ø
potreba HW / SW vybavenia a technickej podpory
Ø
nerovnomernosť prístupu (sociálne zázemie)
Ø
nedostatok priameho kontaktu medzi učiteľom a študentom
Ø
potreba silnej motivácie študenta
Ø
absencia praktickej časti výučby
Využívaním e-learningu vo vzdelávacom procese vznikajú podmienky pre budovanie
univerzitnej, národnej, resp. nadnárodnej databázy vedomostí, s možnosťou výmeny
kurzov. V dnešnej dobe však tento nový spôsob učenia sa ešte úplne nenahrádza klasickú
formu výučby, skôr slúži na jej zefektívnenie a ponúka možnosť prehlbovať si svoje
vedomosti a zjednodušiť a urýchliť vzdelávací proces. Pre efektívne fungovanie
e-learningu sú kladené vyššie požiadavky na sebadisciplínu študenta a jeho organizačné
schopnosti, než je tomu pri klasickej forme výučby.
-4-
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
1.1.3. LMS (Learning Management System)
Obecne LMS (v preklade systém na riadenie štúdia) je softvérový produkt, ktorý
ponúka automatickú podporu výučbového procesu. Je to hlavný nástroj pre realizáciu
a fungovanie e-learningu. Zabezpečuje nástroje pre distribúciu vzdelávacieho obsahu,
nástroje pre komunikáciu medzi účastníkmi výučby, systém spätnej väzby, prístup k
študijným materiálom a nástroje pre riadenie a monitorovanie výučby a aktivít
používateľov.
Komunikácia
Distribúcia
Registrácia
LMS
Testovanie
Plánovanie
Štatistika
Obr. 1.1 Funkcie LMS
Každý takýto systém by mal obsahovať tri základné časti:
Ø
vzdelávacia:
slúži na prezentáciu učebných materiálov, ktoré sú väčšinou
rozčlenené do jednotlivých tematických celkov, podpora prístupu k študijným
materiálom
Ø
komunikačná: slúži na vzájomnú komunikáciu medzi všetkými členmi učebného
procesu a taktiež umožňuje systém spätnej väzby pre učiteľov
Ø
informačno – organizačná: umožňuje registráciu používateľov kurzu, podávanie
informácií (oznamy, informácie, termíny, hodnotenia, atď.), monitorovanie aktivít
účastníkov kurzu a vyhodnocovanie ich výsledkov
Existuje viacero takýchto systémov, či už komerčných, alebo voľne šíriteľných. Podľa
zadania mojej diplomovej práce je však celý kurz umiestnený v LMS systéme MOODLE.
Tento systém bude popísaný neskôr v kapitole 4.
-5-
Žilinská univerzita v Žiline
2.
Elektrotechnická fakulta
NÁVRH A REALIZÁCIA MULTIMEDIÁLNEHO KURZU
Hlavným cieľom diplomovej práce je vytvorenie CBT (Computer Base Training)
kurzu venovanému problematike číslicovej techniky, pričom je potrebné prihliadať na
minimálne nároky na prenosový kanál, optimálny prenos systémom MOODLE a čo
najefektívnejšie podanie učebných materiálov. Niektoré moderné kurzy sú spracované
kompletne v prostredí FLASH a ohurujú výbornou grafikou a rôznymi vizuálnymi
efektmi. Treba sa však zamyslieť, či je toto to ideálne riešenie. Zo skúseností sa zistilo, že
kurzy obsahujúce veľa efektov zaujmú študenta len na chvíľu, potom už tieto efekty
začínajú pôsobiť rušivo. Taktiež rozmanitosť takýchto kurzov a spôsobov ich ovládania
môžu odrádzať študenta a výsledná veľkosť kurzu nie je príliš vhodná na prenos
internetom.
Preto
celý
kurz
je
vytváraný
s dôrazom
na
jednoduchosť,
intuitívnosť, jednoduché ovládanie (známe z prostredia Internet) a minimálne nároky na
prenosový kanál a kapacitu archivačných médií.
2.1.
Výber formátov pre optimálnu štruktúru kurzu
Z dôvodu minimálnej dátovej veľkosti celého kurzu (a tým aj minimálnych
požiadaviek na archivačné média a prenosový kanál) som kurz realizoval vo forme
HTML stránky (resp. DHTML) s interaktívnymi FLASH animáciami, ktoré názorne
a jednoducho znázorňujú danú problematiku, a tým zmenšujú množstvo textových
informácií. Pre správnu funkčnosť celého kurzu a možnosť niektorých funkcií
(testovanie) sú použité aj ďalšie technológie, ako CSS a JavaScript.
2.1.1. Porovnanie „GIF“ a FLASH animácií
Na realizáciu animácií v kurze som mal v podstate na výber dva formáty – GIF
a FLASH. Výhodnejší bol formát FLASH a to z viacerých dôvodov. Hlavným dôvodom
je to, že množstvo animácií v kurze nie sú len klasické animácie, ktoré automaticky
prehrajú zadanú „sekvenciu obrázkov“, ale sú to prakticky simulácie konkrétnych
zapojení obvodov alebo iné animácie, ktoré nevyhnutne vyžadujú vstup používateľa, čím
sa stávajú interaktívne. Toto GIF animácie neumožňujú. Výhodou interaktívnych
animácií je, že študent si ľahšie zapamätá to, čo si môže sám odskúšať, než to, čo len vidí
-6-
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
a nemá možnosť nijako zasahovať. Druhým dôvodom je výsledná veľkosť súboru. Keď
porovnáme rovnakú animáciu v týchto dvoch formátoch (napríklad animáciu na obr. 2.1.)
zistíme, že kým GIF animácia má veľkosť 34kB (v potrebnom rozlíšení), FLASH
animácia má len 6kB, čo umožňuje podstatne zmenšiť dátovú veľkosť celého kurzu.
Obr. 2.1 Schéma sekvenčného logického obvodu
Ďalšou z výhod použitých FLASH animácií je to, že všetky sú realizované vektorovou
grafikou (na rozdiel od GIF animácií, ktoré používajú rastrovú grafiku). To umožňuje aj
pri zmene veľkosti animácie zachovať kvalitu obrazu. Použitie FLASH animácií má však
nevýhodu v tom, že používateľ musí mať nainštalovaný príslušný prehrávač. Preto sú
v kurze použité aj náhradné statické obrázky vo formáte GIF, ktoré sa zobrazia ak
používateľ nemá podporu FLASH animácií.
2.2.
Nástroje na realizáciu kurzu
Kurz som realizoval pomocou štyroch hlavných technológií, a to HTML
(rozšírený o ďalšie prvky a tým prechádza na DHTML), CSS, JavaScript a FLASH. Ďalej
budú jednotlivé technológie stručne popísané a vysvetlené, na čo sú v kurze využívané.
-7-
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
DHTML (Dynamic HTML)
Dynamické
HTML
predstavuje
spojenie
klasického
jazyka
HTML
s programovacím jazykom JavaScript a kaskádovými štýlmi CSS. Tak umožňuje
používateľovi poskytnúť väčšiu interaktivitu a dynamické efekty, než ponúka samotné
HTML.
HTML (HyperText Markup Language)
HTML je značkovací jazyk určený na vytváranie webových stránok a iných
informácií zobraziteľných vo webovom prehliadači. Umožňuje vytvárať dokumenty
obsahujúce text, hypertextové odkazy, multimediálny a iný obsah, formuláre, skripty a
metainformácie prehliadateľné vo webovom prehliadači.
Výhodou HTML je, že umožňuje úsporne uložiť textový obsah, pričom umožňuje
definovať formát jednotlivých častí (odseky, písmo, tabuľky…). Formátovanie
jednotlivých častí zabezpečujú špeciálne značky, nazývane „tagy“. Tieto značky sú
uzavreté v ostrých zátvorkách < a >. Poznáme dva druhy tagov - párové a nepárové.
Párové sú tie, ktoré medzi seba uzatvárajú vlastný obsah a priraďujú mu danú hodnotu,
nepárové môžu byť platné pre celý dokument (napr. nastavenie kódovania) alebo
vkladajú do dokumentu len jeden objekt (obrázok, animácia, zvuk, tlačidlo). Špeciálnym
typom párových značiek sú hypertexty, ktoré umožňujú prepájať viaceré dokumenty
(alebo dané miesto v dokumente) pomocou odkazov. Dnešná špecifikácia HTML
umožňuje oddeliť štruktúru dokumentu (nadpisy, odstavce, tabulky…) od jeho výzoru
(farba, písmo…) pomocou tzv. kaskádových štýlov.
Výhodami tohto jazyka sú výsledná veľkosť dokumentu, možnosť vkladať externé
prvky, upravovať vzhľad dokumentu a nezávislosť od platformy. Všetky príkazy sú
interpretované prehliadačom. To však prináša aj veľkú nevýhodu v tom, že rôzne
prehliadače môžu zobrazovať ten istý dokument rôzne. To sa však dá ošetriť detekciou
typu prehliadača a následným podmieneným formátovaním dokumentu.
CSS (Cascading Style Sheets)
Kaskádové štýly CSS predstavuje skupina formátovacích znakov, ktoré umožňujú
meniť parametre tagov v jazyku HTML, resp. ich novú definíciu. Tak pridávajú tagom
nové vlastnosti, ktoré potom môžeme využiť pri celkovom grafickom usporiadaní
stránky.
-8-
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Medzi možnosti kaskádových štýlov patrí:
Ø
nastavenie parametrov písma (farba, typ, veľkosť…)
Ø
formátovanie tabuliek
Ø
formátovanie nadpisov
Ø
vytvorenie grafických odrážok
Ø
formátovanie obrázkov, napr. aj ich prekrývanie
Ich obrovskou výhodou je, že vlastná definícia štýlu môže byť definovaná ako externý
dokument, ktorý k danej stránke pripojíme v jej hlavičke. V samotnom HTML dokumente
potom jednotlivým tagom priradíme ich definície. Existuje aj viacero spôsobov definície
kaskádových štýlov, napr. priamo v tagu HTML jazyka, ale vyššie spomínaný spôsob
nám umožňuje načítať jednu definíciu do viacerých dokumentov. Kaskádové štýly majú
aj svoje nevýhody, ako napríklad to, že každý prehliadač ich podporuje inak.[5] Pri
realizácii kurzu zabezpečí použitie CSS štýlov jednak ľahkú úpravu dizajnu všetkých
kapitol a jednak načítaním vhodného štýlu odstránime nedostatky spôsobené rôznou
interpretáciu HTML kódu rôznymi prehliadačmi.
JavaScript
Je skriptovací jazyk založený na programovacom jazyku JAVA, ktorý beží na
strane klienta (nie servera). Interpretáciu celého zdrojového kódu zabezpečuje prehliadač.
Pomocou skriptovacieho jazyka je možné pristupovať k rôznym prvkom stránky ako
napríklad obrázky, formuláre, odkazy a iné. Tieto prvky môžeme pomocou skriptov rôzne
meniť a ovplyvňovať. JavaScript tiež dovoľuje reagovať na rôzne udalosti, napr. kliknutie
myši, stlačenie klávesy a ďalšie, čo umožňuje reagovať na akcie užívateľa spúšťaním
ďalších skriptov. Jeho kód sa do HTML stránky vkladá pomocou špeciálnych značiek.
Rozlišujeme dve základné skupiny skriptov, a to skripty, ktoré sa spustia iba raz
(najčastejšie pri načítaní dokumentu) a skripty spúšťaní udalosťami, ktoré sa vykonajú
splnením určitých podmienok (pohyb myšou, stlačenie tlačidla…). Prvý typ skriptov je
v kurze využitý na detekciu typu prehliadača, zistenie rozlíšenia monitora a detekciu
správnej verzie FLASH prehrávača. Podľa zisteného typu prehliadača zabezpečí
JavaScript nahratie správneho CSS štýlu a podľa zisteného rozlíšenia monitora zobrazí
buď plnohodnotné menu na ľavej strane dokumentu, alebo zobrazí náhradné menu. Ak
skript nenájde vhodný prehrávač FLASH, zabezpečí nahratie náhradného obrázka. Druhý
-9-
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
typ skriptov je v kurze využitý pri testovaní vedomostí, kde zabezpečuje zistenie počtu
správnych odpovedí a vyznačenie odpovedí červenou farbou.
Nevýhodou JavaScriptu je, že používateľ môže mať vypnutú jeho podporu, alebo
nemá správny prehliadač, ktorý by ho podporoval. Vtedy je spustené náhradná verzia
kurzu, ktorá však stráca multimediálnu podstatu.
Macromedia FLASH
FLASH je silný nástroj umožňujúci vytvárať pôsobivé animácie a iné
multimediálne prvky a umiestniť ich do webovej stránky. Je založený na vektorovej
grafike, vďaka ktorej môžu mať výsledné animácie veľmi malé veľkosti. Výhodou
vektorovej grafiky je aj to, že pri zmene geometrickej veľkosti animácie nedochádza ku
jej skresleniu. Najväčšie výhody zaznamenáva pri grafike nakreslenej priamo v ňom, ale
nie je problém ani importovať iné grafické súbory (za cenu zvýšenej veľkosti). Pre
vytváranie interaktívnych animácií je v prostredí FLASH integrovaný programovací
jazyk ActionScript. Ten umožňuje jednak priraďovať jednotlivým udalostiam rôzne akcie
a taktiež používať a pracovať s premennými, cyklami a ďalšími prvkami známymi
z iných programovacích jazykov.
časová os
kresliace nástroje
panely
javisko (scéna)
vlastnosti
Obr. 2.2 Prostredie Macromedia Flash MX
- 10 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Všetky animácie a náhradné GIF obrázky som vytvoril v softvérovom produkte
Macromedia FlashMX, ktorý mi poskytol vedúci diplomovej práce. Ten umožňuje pri
vytváraní grafiky využívať vrstvy a objekty a pri animáciách aj časovú os. Objekty, ktoré
budú v animácii použité viackrát je vhodné vložiť do tzv. knižnice symbolov. Potom
zmenou tohto symbolu v knižnici dôjde ku zmene všetkých jeho kópii, čo je výhodné
najmä pri úpravách animácie a tiež z hľadiska dátovej veľkosti výslednej animácie.
Zdrojové súbory sú typu „*.fla“. Tie je možné ďalej modifikovať a upravovať. Keď už
máme animáciu hotovú, je potrebné je prekompilovať do súboru typu „*.swf“, ktorý už
nie je editovateľný, ale je ho možné pomocou špeciálnych značiek a parametrov vložiť do
HTML dokumentu a zobraziť v prehliadači.
2.3.
Animácie
V celom kurze sa nachádza viacero rôznych typov animácií. Prvým typom sú
jednoduché animácie, ktoré neumožňujú žiadny vstup používateľa, ale len automaticky
prehrávajú danú animáciu. Sú použité na zobrazenie niektorých základných princípov.
Druhým typom sú animácie, ktoré umožňujú zásah používateľa pomocou tlačidla
.
Po ukázaní myšou na toto tlačidlo sa používateľovi prehrá definovaná animácia, alebo sa
zobrazí predtým skrytá časť scény. V kurze sa používa na spustenie vybranej animácie
alebo na zobrazenie požadovanej animácie.
Niektoré zložitejšie animácie môžu používatelia vnímať rozličným spôsobom. Je
ťažké navrhnúť optimálnu rýchlosť pre prehrávanie animácie. Niekomu môže byť vopred
definovaná rýchlosť prehrávania príliš pomalá a bude sa nudiť, inému zase môže byť
prirýchla a nebude stíhať vnímať problematiku, ktorú mala daná animácia vysvetliť. Preto
som v zložitejších animáciách zaviedol tlačidlá pre ovládanie priebehu animácie, ktoré sú
známe z rôznych audio alebo video prehrávačov a umožňujú intuitívne ovládanie
animácie používateľom. Je to týchto päť tlačidiel:
- umožňuje presun v animácii o jeden logický krok vzad
- umožňuje presun v animácii o jeden logický krok vpred
- umožňuje spustiť animáciu (v prípade pozastavenej animácie pokračovať)
- umožňuje pozastaviť animáciu na danom mieste
- po skončení animácie umožňuje opätovný presun na začiatok
- 11 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Ďalším typom sú animácie, kde používateľ musí ručne vpísať do príslušných
políčok zodpovedajúce hodnoty. Potom po stlačení tlačidla „Vyhodnotiť“ animácia
zobrazí počet správnych odpovedí. Pomocou tejto animácie si môže používateľ overiť
vedomosti z danej problematiky.
Posledným typom animácií sú v podstate „simulácie“ konkrétnych zapojení
logických obvodov. Pri nich si môžeme overiť správanie sa jednotlivých zapojení. Pri
všetkých vstupoch, ktoré môžeme v danom zapojení meniť, je tlačidlo
. Kliknutím
na toto tlačidlo sa zmení hodnota prislúchajúcej premennej. Činnosť týchto animácií
zabezpečuje jazyk ActionScript, v ktorom som zadefinoval logické funkcie všetkých
členov použitých v danej animácii. Pri zmene ktorejkoľvek premennej sa prepočítajú
všetky ostatné premenné použité v danom zapojení a zobrazia sa pri príslušných vstupoch
alebo výstupoch všetkých logických členov.
Animácie
sú
efektívnym
nástrojom
na
jednoduché
vysvetlenie
danej
problematiky. Interaktívne animácie, ktoré nútia študenta zasahovať a riadiť priebeh celej
animácie, a tým rozmýšľať nad danou problematikou, umožnia ľahšie a rýchlejšie
pochopiť danú problematiku. Preto bol pri tvorbe kurzu kladený najväčší dôraz na
vytvorenie animácií, ktoré by čo najjednoduchším spôsobom podali zložitú problematiku
študentovi.
2.4.
Popis činnosti kurzu
Celý kurz je realizovaný ako WWW stránka doplnená o interaktívne FLASH
animácie, vďaka čomu je ovládanie celého kurzu veľmi jednoduché a používateľovi už
známe z prostredia internetu. Úlohou bolo čo najjednoduchšie vysvetliť danú
problematiku pomocou názorných animácií, a tým zredukovať dlhé bloky textu
a vzorcov. Tieto časti študijných materiálov nie sú umiestnené priamo na hlavnej stránke
príslušnej kapitoly, ale študent sa ku nim dostane pomocou hypertextových odkazov.
Po spustení kurzu sa ako prvá spustí kontrola JavaScriptu. Jeho podpora je totiž
potrebná pre správne fungovanie celého kurzu. Ak používateľ nemá podporu JavaScriptu,
kurz ponúkne možnosť stiahnutia vhodného prehliadača alebo pluginu. Ak používateľ
nechce využívať podporu JavaScriptu, môže inštaláciu ignorovať (čo však nezaručí
správnu činnosť kurzu), alebo pokračovať v náhradnej verzii kurzu bez JavaScriptu
a FLASH animácií. Ak je JavaScript aktívny, skontroluje verziu nainštalovaného FLASH
- 12 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
prehrávača. Ak verzia nevyhovuje (alebo nie je prehrávač nájdený), ponúkne možnosť
jeho inštalácie (priebeh inštalácie závisí od typu prehliadača). Inštaláciu môžu používateľ
taktiež ignorovať (napr. ak nemá oprávnenie inštalovať nové programy) alebo po
nainštalovaní sa vrátiť k spusteniu kurzu.
JavaScript ďalej kontroluje aj typ a verziu prehliadača a rozlíšenie monitora.
Podľa výsledku nahrá príslušný CSS štýl. Tým je zabezpečené korektné zobrazenie na
väčšine používaných prehliadačov. V prípade nového typu prehliadača sa korekcia
zabezpečí doplnením vhodného CSS štýlu. Ak je rozlíšenie monitora 800 x 600 pixelov,
nenahrá sa ani bočné menu, ale zobrazí sa len náhradné menu na začiatku a konci
príslušnej kapitoly. JavaScript kontroluje aj vhodnú verziu FLASH prehrávača pre každú
animáciu. Ak je výsledok negatívny, tak namiesto animácie nahrá zodpovedajúci
náhradný statický obrázok.
Po spustení kurzu má používateľ na výber z troch spracovaných kapitol. Keďže
kurz využíva pre zobrazenie stránky rámce, tak po spustení príslušnej kapitoly sa vykoná
kontrola, či ich daný prehliadač podporuje. Ak áno, načíta sa príslušná kapitola, ak nie,
tak kurz ponúkne možnosť stiahnutia vhodného prehliadača. Každá kapitola obsahuje
menu, v ktorom sú nasledujúce položky:
Ø
Pomocník:
zobrazuje minimálne systémové požiadavky kurzu, umožňuje
prepnúť kurz do verzie bez animácií a spustiť verziu vhodnú pre tlač (nezobrazí sa
menu, pri tlačení sa načíta nový CSS štýl, ktorý zmení písmo na Times New
Roman s veľkosťou o 2 body menšie, ako bolo pôvodné).
Ø
Obsah kapitol: umožňuje sa vrátiť na výber jednotlivých kapitol. Táto voľba
rešpektuje, či používateľ pozeral verziu „bez“ alebo „s“ FLASH animáciami.
Ø
Obsah: obsahuje zoznam jednotlivých podkapitol, pričom po kliknutí na vybranú
podkapitolu sa presunie dokument na jej začiatok.
Ø
Tetovanie vedomostí: slúži k overenie získaných vedomostí. Test obsahuje 10
otázok, kde každá ponúka štyri možnosti odpovede. Správna je vždy len jedna. Po
kliknutí na tlačidlo „počet správnych odpovedí“ JavaScript spočíta správne
odpovede a označí ich červenou farbou. V prípade nefunkčnosti JavaScriptu je
možné zobraziť správne odpovede aj v náhradnej forme.
Ø
Zaujímavé odkazy:
obsahuje zoznam odkazov, kde študent nájde ďalšie
informácie týkajúce sa kurzu a danej kapitoly, čím si môže prehĺbiť svoje
vedomosti.
Ø
Použitá literatúra: zoznam literatúry použitej v danej kapitole.
- 13 -
Žilinská univerzita v Žiline
2.5.
Elektrotechnická fakulta
Požiadavky kurzu
Požiadavky kladené na správnu funkciu kurzu môžeme rozdeliť do dvoch skupín.
Prvou skupinou sú systémové požiadavky kladené na hardvérové a softvérové vybavenie
počítača, na ktorom bude kurz spustený a druhou skupinou sú požiadavky kladené na
prenosový kanál, ak je kurz k študentovi distribuovaný pomocou sieťových technológií
(internet, intranet, …).
Systémové požiadavky
Minimálne systémové požiadavky, pri ktorých je kurz spustiteľný sú procesor
Pentium 133MHz, 32MB pamäte RAM, Monitor s rozlíšením 1024 x 768 pixelov,
zvuková karta, internetový prehliadač Internet Explorer 5 a vyšší, podpora JavaScriptu
a FLASH prehrávač. Kurz funguje s FLASH prehrávačom verzie 5 a vyšším, avšak
niektoré funkcie sú prístupné až pre verziu 9.0.18 a vyššiu, na čo kurz upozorní. Pri tejto
verzii FLASH prehrávača je však už potrebný minimálne procesor Pentium II 450MHz,
128MB pamäte RAM a prehliadač Internet Explorer 6 a vyšší, alebo niektorý novší
prehliadač, ktorý však musí mať podporu JavaScriptu.
Požiadavky na prenosový kanál
Od parametrov prenosového kanála závisí rýchlosť spustenia a prezerania celého
kurzu. Preto bol kurz navrhovaný s dôrazom na čo najmenšiu výslednú veľkosť, vďaka
čomu je práca s kurzom rýchla a príjemná a taktiež pamäťové požiadavky na archivačné
média sú (v dnešnej dobe veľkokapacitných médií) minimálne. Kompletný kurz má
veľkosť zhruba 4,9MB, čo však zahŕňa všetky tri kapitoly, v oboch verziách („s“ aj „bez“
podpory JavaScriptu a FLASH) spolu s verziou vo formáte WORD.
Keď študent spustí kurz, neprenáša všetky tieto údaja naraz. Potrebuje preniesť
údaje prislúchajúce len zvolenej kapitole. Veľkosť prvej kapitoly (vo verzii s animáciami)
je 247kB, druhej kapitoly 403kB a tretej kapitoly 268kB. Vo verzii bez FLASH sa
nezobrazujú animácie a vo verzii s animáciami sa nezobrazujú náhradné obrázky. Čas,
ktorý je potrebný na prenesenie týchto údajov som zmeral pri použití dvoch rôznych
internetových prehliadačov a pri rôznych rýchlostiach pripojenia. Keďže som mal
k dispozícii len vysokorýchlostné pripojenie k internetu, pomocou ktorého sa kurz zobrazí
takmer okamžite, použil som softvér na obmedzenie rýchlosti pripojenia, ktorý riadením
- 14 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
QoS zníži rýchlosť pripojenia na požadovanú hodnotu. Pomocou neho som simuloval
pripojenie rýchlosťou 56kb/s, 128kb/s a 256kb/s. Namerané časy sú v (tab. 2.1.).
Prehliadač
Internet Explorer
Rýchlosť pripojenia [kb/s]
Čas načítania [s]
56
128
Mozilla Firefox
256
56
128
256
1. kap. 5 / 37 5 / 20 2,5 / 10
5 / 38
5 / 16,9
2,6 / 8
2. kap. 7 / 62 4 / 30 2,7 / 13
8 / 59,5
prvá strana
/
celá kapitola
5,9 / 27 3,5 / 12,8
3. kap. 7 / 41 5 / 22 2,6 / 10 6,3 / 39,4 6 / 17,3
3,7 / 8,5
Tab. 2.1 Nameraná rýchlosť načítania jednotlivých kapitol
Teoretický čas načítania:
t=
Rýchlosť pripojenia
Kap. Veľkosť[kB]
1
247
objem prenášaných dát
rýchlosť pripojenia
56[kb/s]
128[kb/s]
256[kb/s]
=7[kB/s]
=16[kB/s]
=32[kB/s]
35,3
Čas načítania [s]
15,4
7,7
2
403
57,6
25,2
12,6
3
268
38,3
16,7
8,4
Tab. 2.2 Vypočítaná rýchlosť načítania jednotlivých kapitol
Meral som dva časy: jednak čas, kedy sa zobrazí kompletná prvá stránka (po jej
načítaní môže študent začať študovať, aj keď ešte nie je načítaná celá kapitola) a čas, za
ktorý sa nahrá kompletná kapitola so všetkými obrázkami a animáciami. Namerané časy
zodpovedajú teoretickým predpokladom, len sú o niečo vyššie. Je to spôsobené tým, že
okrem požadovaných dát sa kanálom prenášajú aj rôzne riadiace informácie, kvôli čomu
nemôžeme na prenos požadovaných dát využiť celú šírku prenosového kanála. Ako vidieť
z nameraných časov, kurz sa dá používať aj pri najmenších používaných rýchlostiach
pripojenia. Optimálne je však pripojenie rýchlosťou 256kb/s a rýchlejšie.
- 15 -
Žilinská univerzita v Žiline
3.
Elektrotechnická fakulta
MULTIMEDIÁLNY CBT KURZ
Mnou realizovaný kurz sa skladá z nasledujúcich kapitol:
Ø
1. Spôsoby popisu logických funkcií
Ø
2. Syntéza sekvenčných logických obvodov
Ø
3. Posuvné registre
Moju úlohou bolo spracovanie troch kapitol, ktoré navrhol vedúci diplomovej práce. Kurz
je realizovaný tak, aby v ňom bolo možné v budúcnosti doplniť ďalšie kapitoly, čím sa
kurz stane komplexnejším a bude pokrývať celú problematiku logických systémov. Pre
každú kapitolu som navrhol aj sadu testových otázok, pomocou ktorých si môže študujúci
overiť nadobudnuté vedomosti.
3.1.
SPÔSOBY POPISU LOGICKÝCH FUNKCIÍ
3.1.1. Úvod
Obr. 3.1.1. George Boole
George Boole (1815-1864), britský matematik a logik , ktorý vyvinul Booleovu
algebru. V roku 1849 začal učiť na Queen's College v Corku (Írsko), aj keď nemal
univerzitné vzdelanie. V roku 1857 bol zvolený za člena Royal Society. V 1854 Boole
popísal algebrický systém, ktorý sa stal neskôr známy ako Booleova algebra. V Booleovej
algebre sú logické výroky označené symbolmi a môžu byť spracovávané abstraktnými
matematickými operátormi, ktoré korešpondujú so zákonmi logiky. Hlavný význam má
Booleova algebra pre moderné počítače.
- 16 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
V nasledujúcich odstavcoch budú popísané spôsoby popisu logických funkcií a
zhodnotené výhody a nevýhody jednotlivých postupov pre ďalšie kroky v syntéze
logických obvodov.
Ak nebudeme uvažovať slovné zadanie logickej funkcie, tak najčastejšie používané
spôsoby pre vyjadrenie Booleovych funkcií sú:
Ø
pravdivostná tabuľka
Ø
Karnaughova mapa (pripadne iné mapy, napr. Svobodova)
Ø
logický (algebraický) výraz
Ø
schematické značky
Ďalšími spôsobmi vyjadrenia logickej funkcie sú:
Ø
zoznam indexov vstupných vektorov (stavových indexov)
Ø
zobrazenie n - rozmerným telesom
Ø
Vennov diagram
Ø
kontaktná forma
3.1.2. Pravdivostná tabuľka
Pravdivostná tabuľka je najbežnejší spôsob popisu logickej funkcie. Presne
popisuje správanie sa logického obvodu, ale neobsahuje žiadny návod na jeho realizáciu.
Môžeme ju teda vnímať ako model správania sa logického systému. Obsahuje súhrn
všetkých kombinácií vstupných premenných a im zodpovedajúcich výstupných
premenných. Ak má logická funkcia n nezávislých premenných, bude mať pravdivostná
n
tabuľka 2 riadkov.[6]
Príklad zobrazenia logickej funkcie je uvedený v (tab. 3.1.1) pre logickú funkciu
troch premenných. V stĺpci Min. sú uvedené mintermy a v stĺpci Max. sú uvedené
maxtermy.
Funkcia f1 je definovaná vo všetkých riadkoch tabuľky. Pre všetky kombinácie
vstupných premenných je jej hodnota 1 nebo 0. Pravdivostnou tabuľkou môžeme vyjadriť
určitú aj neurčitú funkciu. Príkladom neurčitej logickej funkcie je funkcia f2. V dvoch
riadkoch je zapísaný symbol X, ktorý značí, že pri týchto kombináciách vstupných
premenných je jedno, či logická funkcia bude mať hodnotu 1 nebo 0.
- 17 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
N
c
b
a
Min.
0
0
0
0
1
0
0
1
2
0
1
0
3
0
1
1
4
1
0
0
5
1
0
1
6
1
1
0
7
1
1
1
c.b.a
c.b.a
c.b.a
c.b.a
c.b.a
c.b.a
c.b.a
c.b.a
Max.
f1 (N)
f2 (N)
c+b+a
1
1
c+b+a
c+b+a
c+b+a
c+b+a
c+b+a
c+b+a
c+b+a
1
0
0
X
0
1
1
X
0
0
1
1
1
0
Tab. 3.1.1. Pravdivostná tabuľka určitej funkcie f1 a neurčitej funkcie f2
Z pravdivostnej tabuľky môžeme získať logický výraz pre jednotlivé logické
funkcie. Logický výraz funkcie f1 môžeme z pravdivostnej tabuľky získať dvoma
spôsobmi:
Ø
súčtovou formou
Ø
súčinovou formou
podľa toho, či použijeme k popisu logickej funkcie riadky, v ktorých funkcia nadobúda
hodnotu log. 1 alebo riadky, v ktorých nadobúda hodnotu log. 0. Spôsob popisu logických
funkcií pomocou logických výrazov bude popísaný v kapitole 3.1.4 Logický (algebraický)
výraz.
Zobrazenie logickej funkcie pomocou pravdivostnej tabuľky je prehľadné a
vhodné aj pre väčší počet premenných, slúži ako východiskový prostriedok pri definovaní
kombinačných logických obvodov a dáva nám jednoznačnú informáciu o tom, či je
funkcia určitá alebo neurčitá. Je však nevhodné pre zjednodušovanie logických výrazov
vyplývajúcich z tejto funkcie a v prípade, ak chceme funkciu vyjadriť určitým typom
logických členov, napr. NAND alebo NOR.
3.1.3. Zoznam stavových indexov
Zoznam stavových indexov predstavuje zjednodušený zápis pravdivostnej
tabuľky. Stavovým indexom rozumieme dekadickú hodnotu kombinácie binárnych
vstupných premenných. Napríklad kombináciu štyroch vstupných premenných 0110
môžeme jednoznačne reprezentovať stavovým indexom 6. Logickú funkciu môžeme
- 18 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
potom zapísať ako zoznam stavových indexov vstupných kombinácií, pre ktoré logická
funkcia nadobúda hodnoty 1, alebo zoznam indexov, pre ktoré nadobúda hodnoty 0.
V pravdivostnej tabuľke (tab. 3.1.1) sú stavové indexy N pre dané premenné
uvedené v prvom stĺpci. Logickú funkciu f1 z tejto tabuľky môžeme vyjadriť dvoma
spôsobmi:
Ø
v súčtovej forme, ako sumu stavových indexov, pre ktoré nadobúda f1 hodnotu 1
f1 (c, b, a ) = ∑ (0,1,4,6,7)
Ø
v súčinovej forme, ako súčin stavových indexov, pre ktoré nadobúda f1 hodnotu 0
f1 (c, b, a) = ∏ (2,3,5)
V prípade neurčitej výstupnej funkcie f2 musíme doplniť zoznam stavových
indexov o tie kombinácie vstupných premenných, pre ktoré daná logická funkcia nie je
definovaná, pričom musí platiť, že v súčtovej forme pripočítavame sumu stavových
indexov neurčitých stavov a v súčinovej forme násobíme súčinom stavových indexov
neurčitých stavov. Potom pre danú pravdivostnú tabuľku (tab. 3.1.1) dostávame:
Ø
súčtovú formu
f 2 (c, b, a) = ∑ (0,3,6) + ∑ X (2, 4)
Ø
súčinovú formu
f 2 (c, b, a ) = ∏ (1,5,7).∏ X (2, 4)
Zobrazenie logickej funkcie pomocou zoznamu stavových indexov je vhodné len
ako kratší zápis pravdivostnej tabuľky, najmä pri väčšom počte vstupných premenných.
Tento zápis je však neprehľadný a nevhodný pre minimalizáciu logickej funkcie.[6]
3.1.4. Logický (algebraický) výraz
Logický výraz je analytickým vyjadrením logickej funkcie pomocou logických
(Booleovych) premenných. Rozoznávame dve varianty súčtovej, resp. súčinovej formy, a
to úplnú a minimálnu formu. Úplná normálna forma znamená, že v súčtovej (súčinovej)
forme obsahuje toľko súčinov (súčtov), koľko je jednotkových (nulových) hodnôt
- 19 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
logickej funkcie v pravdivostnej tabuľke danej logickou funkciou. Minimálna normálna
forma predstavuje taký algebraický tvar logickej funkcie, ktorý je určitým spôsobom
najjednoduchší (napr. má najmenší počet symbolov premenných). Postup, ktorým sa
hľadá minimálna forma, sa nazýva minimalizácia.
Úplná normálna disjunktívna (súčtová) forma UNDF je daná súčtom
základných súčinových členov (mintermov).
f ( x1 , x2 ...xn ) =
kde
f (Xi )
2n −1
∑ f ( X ).Mi( X )
i =0
i
i
predstavuje hodnotu funkcie v stave určenom vektorom vstupných
premenných X i (resp. stavovým indexom)
Mi( X i ) je minterm nadobúdajúci hodnotu 1 pre vektor vstupných
premenných X i
Pre určovanie mintermov Mi( X i ) platí, že v stave priamom sú tie nezávislé premenné,
ktoré majú hodnotu 1. V stave negovanom sú premenné s hodnotou 0.
Úplná normálna konjunktívna (súčinová) forma UNKF je daná súčinom
základných súčtových členov (maxtermov).
2 n −1
f ( x1 , x 2 ...xn ) = ∏ [ f ( X i ) + Ma( X i )]
i =0
kde
f (Xi )
predstavuje hodnotu funkcie v stave určenom vektorom vstupných
premenných X i (resp. stavovým indexom)
Ma( X i ) je maxterm nadobúdajúci hodnotu 0 pre vektor vstupných
premenných X i
Pre určovanie maxtermov Ma( X i ) platí, že v stave priamom sú tie nezávislé premenné,
ktoré majú hodnotu 0. V stave negovanom sú premenné s hodnotou 1.[6]
Spôsob vytvárania UNDF alebo UNKF z pravdivostnej tabuľky je názorne
vysvetlený na príklade 1. Výhodou popisu logickej funkcie algebraickým výrazom je, že
logickému výrazu jednoznačne zodpovedá obvodová štruktúra. Logický výraz tak
môžeme považovať za model štruktúry logického obvodu. Úplná súčtová a súčinová
forma logickej funkcie však obsahujú v každom člene všetky premenné a preto tieto
- 20 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
formy nie sú z hľadiska realizácie základnými logickými členmi vhodné. Vstupujú preto
do minimalizačných procedúr. Snahou je získať minimálne formy, ktoré budú obsahovať
minimálny počet členov a v každom z nich minimálny počet premenných. Minimálna
forma je už vhodná na realizáciu obvodu základnými logickými členmi. V praxi však
väčšinou existujú formy zmiešané (t.j. kombinácie konjunktívnej aj disjunktívnej formy).
Nevýhodou tohto spôsobu popisu je, že neposkytuje informáciu o tom, či je logická
funkcia určitá alebo nie.
3.1.5. Schematické značky
Každému logickému výrazu jednoznačne zodpovedá obvodová štruktúra za
predpokladu, že máme k dispozícii všetky realizačné členy zodpovedajúce operátorom
výrazu. Pri použití obvodov malej hustoty integrácie sú základnými realizačnými prvkami
logickej funkcie základné logické členy. Za základné logické členy môžeme v praxi
považovať logický súčet (OR), logický súčin (AND) a negáciu (NOT), za odvodené členy
negovaný logický súčet (NOR), negovaný logický súčin (NAND) a súčet modulo2
(XOR).
Obr. 3.1.2. Schematické značky základných logických členov
- 21 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Ak máme zadaný logický výraz popisujúci logickú funkciu, môžeme pomocou základných logických členov (schematických značiek) navrhnúť štruktúru logického obvodu
realizujúceho danú funkciu. V takejto schéme je každá logická funkcia (logický člen)
označená svojou jedinečnou schematickou značkou, ktorá vychádza z normy (napríklad z
normy ČSN alebo vo svete z najviac používanej americkej normy MIL-STD-806B, alebo
IEEE). Krúžok na niektorom zo vstupov alebo výstupov znamená, že daný vstup alebo
výstup je negovaný. Schematické značky základných logických členov sú na (obr. 3.1.2).
Spôsob vytvorenia schematického zapojenia obvodu z algebraického výrazu je
vidieť na príklade 2. Schematické značky majú význam pri grafickom znázornení
logických funkcií a pri návrhu možnej realizácie logickej funkcie danými logickými
členmi, prípadne pri úprave zapojenia pre určitý typ logických členov. Pri veľkom počte
vstupných premenných sú však neprehľadné a neposkytujú rýchlu informáciu o stave
výstupnej funkcie danej kombináciou vstupných premenných.
3.1.6. Vennov diagram
Vennov diagram je množinovým spôsobom zobrazenia logickej funkcie. V
rovinnej oblasti zvolíme toľko samostatných podoblastí, koľko máme vstupných premenných. Podoblasti volíme tak, aby existoval neprázdny prienik ktorejkoľvek možnej kombinácie týchto podoblastí. Jednoznačné priradenie nastane vtedy, ak zvolíme, že vstupná
premenná bude jednotková vnútri príslušnej podoblasti, ako je to vidieť na (obr. 3.1.3).
Obr. 3.1.3. Vennov diagram pre dve Booleove premenné
- 22 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Vennov diagram má význam pri logickom zobrazení základných logických funkcií ako sú
AND, OR, NOT, atď., pri zobrazení základných Booleovych zákonov, prípadne pri
zobrazení jednoduchých logických funkcií. Pri zobrazení logickej funkcie s väčším
počtom vstupných premenných sa stáva Vennov diagram veľmi zložitý a neprehľadný, čo
vidieť na (obr. 3.1.4), pričom ide o zobrazenie logickej funkcie len 3 premenných.[6]
Obr. 3.1.4. Vennov diagram pre funkciu f1 z pravdivostnej tabuľky (tab. 3.1.1)
3.1.7. Mapa logickej funkcie
Zobrazenie logickej funkcie pomocou mapy poskytuje alternatívnu formu
zobrazenia logickej funkcie. Mapy sa okrem zobrazenia danej funkcie používajú najmä na
minimalizáciu logických funkcií, čo bude popísané neskôr v kapitole Minimalizácia
logických funkcií, teraz sa budeme zaoberať len spôsobom zápisu logickej funkcie.
Mapa je tabuľka, ktorá ma toľko políčok, koľko je kombinácií nezávislých
premenných. Funkcia s n premennými sa teda vyjadruje pomocou mapy s 2n políčkami
(obr. 3.1.6), pričom n premenných rozdelíme do dvoch približne rovnakých skupín n1
a n2. Potom zostavíme mapu, ktorá bude mať 2n1 stĺpcov a 2n2 riadkov, pričom každému
riadku, resp. stĺpcu prislúcha jedna kombinácia nezávisle premenných. Mapa je v podstate
transformáciou pravdivostnej tabuľky a každému riadku tabuľky jednoznačne zodpovedá
jedno políčko mapy, do ktorého sa zapisuje hodnota logickej funkcie pre danú
kombináciu vstupných premenných (1, 0, X). Riadky a stĺpce, v ktorých je príslušná
- 23 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
nezávisle premenná v priamom tvare, sa v mapách označujú pruhom nad príslušným
stĺpcom, resp. vedľa príslušného riadku.
Obr. 3.1.6. Mapa logickej funkcie pre päť premenných
Podľa spôsobu kódovania, ktorým priraďujeme políčka mapy jednotlivým
kombináciám vstupným premenným, rozlišujeme rôzne typy máp (obr. 3.1.7). Najznámejšia je Karnaughova mapa, prípadne Svobodova mapa. Pri Karnaughovej mape sa
susedné políčka líšia len v hodnote jednej nezávisle premennej (pre kódovanie využíva
Grayov kód). Je to najpoužívanejší typ mapy a je výhodný pri zjednodušovaní logickej
funkcie a pracuje sa s ňou ľahšie ako so Svobodovou mapou. Pri Svobodovej mape rastú
stavové indexy jednotlivých políčok mapy zľava doprava po stĺpcoch a zhora nadol po
riadkoch (pre kódovanie využíva priamy dvojkový (binárny) kód). Mapa sa dá
jednoducho rozširovať aj pre väčší počet premenných.[6]
Obr. 3.1.7. Zostavenie Karnaughovej mapy a Svobodovej mapy
- 24 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Na (obr. 3.1.7) je v strede každého políčka uvedený stavový index logickej funkcie
a v hornom rohu každého políčka je prislúchajúca kombinácia vstupných premenných.
Ako vidieť, pri Svobodovej mape postupne narastá stavový index. Pri Karnaughovej
mape síce stavový index nenarastá postupne (čo môže zneprehľadniť mapu pri väčšom
počte premenných), ale políčka nachádzajúce sa vedľa seba sa líšia len v logickej hodnote
jednej premennej, čo je výhodné pri minimalizácii.
Príklad vypĺňania Karnaughovej mapy (podľa pravdivostnej tabuľky) pre funkciu
troch premenných je názorne vysvetlený na (obr. 3.1.8), alebo pre funkciu štyroch
premenných na príklade 3. Takto vytvorené mapa potom vstupuje do minimalizačných
procedúr.
Obr. 3.1.8. Karnaughova mapa pre tri premenné
3.1.8. Vyjadrenie logickej funkcie n – rozmerným telesom
Ďalším spôsobom popisu logickej funkcie je vyjadrenie logickej funkcie
n – rozmerným telesom. Pre n premenných to je n – rozmerná kocka, ktorá vznikne
vytvorením 2n vektorov, pričom súradnice sú dané hodnotami vstupných premenných
a koncové body týchto vektorov ležia vo vrcholoch jednotkovej n – rozmernej kocky. Pre
zobrazenie hodnoty logickej funkcie v danom bode sa používa viacero zápisov. Jedna
z možností je, že v danom bode sa priamo napíše hodnota logickej funkcie (1, 0, X). Ak
však chceme v danom bode súčasne zobraziť aj stavový index, resp. kombináciu
vstupných premenných, je vhodnejšie použiť grafické znázornenie hodnoty funkcie.
Vtedy sú jednotlivé stavy logickej funkcie reprezentované rôznymi grafickými značkami
(obr. 3.1.10). Takéto značky sú potom zobrazené v príslušných vrcholoch telesa.
- 25 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Obr. 3.1.10. Grafické zobrazenie rôznych stavov logickej funkcie
Pre funkciu jednej premennej si môžeme predstaviť úsečku o veľkosti 1
(jednotkovú úsečku), kde každému koncu tejto úsečky priradíme hodnotu logickej
funkcie f, zodpovedajúcu príslušnej hodnote vstupnej premennej (obr. 3.1.11a). Ak
potrebujeme zobraziť logickú funkciu dvoch nezávisle premenných, môžeme na to využiť
štvorec s dĺžkou strany 1 (jednotkový štvorec), ktorý umiestnime do roviny označenej
symbolmi vstupných premenných (obr. 3.1.11b). Jednotlivé vrcholy štvorca tak budú
jednoznačne priradené príslušnej kombinácii vstupných premenných. Jednotková
n – rozmerná kocka (obr. 3.1.11c) je vhodná na zobrazenie logickej funkcie troch
nezávisle premenných. Každému vrcholu kocky zodpovedá vektor súradníc, ktorý
predstavuje kombináciu vstupných premenných. Každému vrcholu potom priradíme
funkčnú hodnotu, ktorá zodpovedá príslušnej kombinácii vstupných premenných.
Obr. 3.1.11. Zobrazenie logickej funkcie pomocou n – rozmerného telesa
a) pre jednu premennú (jednotková úsečka)
b) pre dve premenné (jednotkový štvorec)
c) pre tri premenné (jednotková kocka)
Trojrozmerná jednotková kocka (alebo aj viacrozmerné teleso) sa dá okrem
priestorovej formy zobraziť aj v tzv. plochej forme (obr. 3.1.12). Toto vyjadrenie je však
pomerne zložité a používa sa najmä na demonštráciu bezpečnostných kódov (kódová
- 26 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
vzdialenosť medzi obsadenými symbolmi). Podrobná ukážka zostavenia n – rozmerného
telesa pre funkciu 3 premenných je znázornená v príklade 4.
Obr. 3.1.12. „n“ – rozmerné teleso pre tri premenné v priestorovej a plochej forme
Pre funkciu štyroch a viac premenných sa už n – rozmerné teleso znázorňuje
zložito, čo je vidieť na (obr. 3.1.13). Pri štyroch premenných môžeme teleso zobraziť tak,
že zobrazíme dve jednotkové kocky vedľa seba, pričom to, v ktorej kocke sa budeme
práve nachádzať, bude určovať premenná prislúchajúca LSB, resp. MSB (obr. 3.1.13a).
Druhou možnosťou je zobraziť tzv. štvorrozmernú kocku, ktorú v podstate tvoria dve
kocky (menšia a väčšia) s rovnakým stredom. Potom jedna premenná bude určovať,
v ktorej kocke (vonkajšej alebo vnútornej) sa budeme práve pohybovať (obr. 3.1.13b).[6]
Obr. 3.1.13. „n“ – rozmerné teleso pre štyri premenné
- 27 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
3.1.9. Hypertextové odkazy
< Booleova algebra >
Booleova algebra má uplatnenie pri návrhu logických obvodov zostavených
z členov: logický súčet, logický súčin a logická negácia, ktorými je možné základné
operácie Booleovej algebry priamo realizovať. Booleova premenná je taká premenná,
ktorá môže nadobúdať len hodnoty 0 alebo 1.
< mintermy >
Pojmom minterm označujeme základný súčinový člen. Je to súčin, ktorý obsahuje
všetky vstupné premenné v priamej alebo negovanej forme, napr. pri vstupných
premenných a, b, c môže mať minterm tvar:
a.b.c
Základný súčinový člen a.b.c = 1 , ak a = 1, b = 0, c = 1.
Platí pravidlo, že mintermy sú negáciou maxtermov:
a.b.c = a + b + c
Tiež platí, že súčet všetkých mintermov = 1.
< maxtermy >
Pojmom maxterm označujeme základný súčtový člen. Je to súčet, ktorý obsahuje
všetky vstupné premenné v priamej alebo negovanej forme, napr. pri vstupných
premenných a, b, c môže mať maxterm tvar:
a+b+c
Základný súčtový člen a + b + c = 0 , ak a = 1, b = 0, c = 1.
Platí pravidlo, že maxtermy sú negáciou mintermov:
a + b + c = a.b.c
Tiež platí, že súčin všetkých maxtermov = 0.
- 28 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
< Stavovým indexom >
Stavový index je definovaný ako dekadická hodnota binárne zakódovaného
vstupného slova. Stavový index N môžeme určiť:
n −1
N = ∑ 2i.xi
i =0
2i - je váha vstupnej premennej xi
kde
xi - je i-tá vstupná premenná
< normálna >
Normálna forma logickej funkcie znamená, že logická funkcia je zapísaná len
pomocou logického súčtu, logického súčinu, alebo negácie.
< príklade 1 >
Príklad: Odvoďte UNDF logickej funkcie f z pravdivostnej tabuľky (obr. 3.1.17).
Úplná normálna súčtová forma vyjadruje logickú funkciu ako súčet základných
súčinových členov (mintermov), v ktorých funkcia nadobúda hodnoty log. 1:
Obr. 3.1.17. Odvodenie UNDF
- 29 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Stačí vyjadriť len tie kombinácie vstupných premenných, kde f = 1 !!!
Príklad: Odvoďte UNKF logickej funkcie f z pravdivostnej tabuľky (obr. 3.1.18).
Úplná normálna súčinová forma vyjadruje logickú funkciu ako súčin základných
súčtových členov (maxtermov), v ktorých funkcia nadobúda hodnoty log. 0:
Obr. 3.1.18. Odvodenie UNKF
Stačí vyjadriť len tie kombinácie vstupných premenných, kde f = 0 !!!
< príklade 2 >
Navrhnime logický obvod zadaný logickým výrazom f (a, b, c) = a.b.c + a.b.c
s použitím základných logických členov AND, OR, NOT. Jednotlivé logické operácie vo
výraze nahradíme základnými členmi. Schéma navrhnutého logického obvodu je uvedená
na obrázku (obr. 3.1.5).
Obr. 3.1.5. Výsledná bloková schéma logického obvodu
- 30 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
< príklade 3 >
Príklad: Podľa zadanej logickej funkcie f v tvare UNDF (obr. 3.1.9) správne zostavte
pravdivostnú tabuľku a vyplňte Karnaughovu mapu.
Obr. 3.1.9. Karnaughova mapa pre štyri premenné
< príklade 4 >
Obr. 3.1.14. Zostavenie n – rozmerného telesa pre funkciu troch premenných
< LSB >
LSB (Least Significant Bit) – najnižší platný bit, niekedy označovaný aj ako
pravý okrajový bit. Predstavuje najnižší rád binárneho čísla.
- 31 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Obr. 3.1.15. LSB – najnižší platný bit
< MSB >
MSB (Most Significant Bit) – najvyšší platný bit, niekedy označovaný aj ako
ľavý okrajový bit. Predstavuje najvyšší rád binárneho čísla.
Obr. 3.1.16. MSB – najvyšší platný bit
3.1.10. Testovanie vedomostí
1. Pri vytváraní UNDF z pravdivostnej tabuľky berieme do úvahy tie riadky
tabuľky, kde má logická funkcia hodnotu:
a) 0
b) 1
c) X
d) 0 alebo 1
2. Pri vytváraní UNKF z pravdivostnej tabuľky berieme do úvahy tie riadky
tabuľky, kde má logická funkcia hodnotu:
a) 0
b) 1
c) X
d) 0 alebo 1
- 32 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
3. Na obrázku je zobrazená schematická značka logického člena:
a) AND
b) NOT
c) XOR
d) OR
4. Pri Vennovom diagrame ma logická premenná vo vnútri prislúchajúcej
podoblasti hodnotu:
a) f
b) X
c) 1
d) 0
5. Koľko políčok má Karnaughova mapa pre funkciu piatich premenných:
a) 32
b) 16
c) 5
d) 10
6. Čím je charakteristická Karnaughova mapa:
a) stavový index narastá postupne zľava doprava a zhora nadol
b) susedné políčka sa líšia len v hodnote jednej nezávisle premennej
c) nie je vhodná pre minimalizáciu logických funkcií
d) umožňuje priamo navrhnúť zapojenie logického obvodu
7. Ktorý spôsob popisu logickej funkcie je najvhodnejší na priamy návrh zapojenia
logického obvodu:
a) Karnaughova mapa
b) pravdivostná tabuľka
c) n - rozmerné teleso
d) algebraický výraz
- 33 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
8. Čo je to maxterm:
a) základný súčtový člen
b) základný súčinový člen
c) stav, keď funkcia nadobúda hodnotu 1
d) stav, keď funkcia nadobúda hodnotu 0
9. Akú hodnotu ma stavový index N, ak pre funkciu f(a, b, c, d) majú vstupné
premenné hodnotu a=0, b=1, c=1, d=0:
a) 2
b) 4
c) 6
d) 8
10. Medzi operácie Boolovej algebry nepatrí:
a) logický súčet
b) logický súčin
c) logický rozdiel
d) logická negácia
- 34 -
Žilinská univerzita v Žiline
3.2.
Elektrotechnická fakulta
SYNTÉZA SEKVENČNÝCH LOGICKÝCH OBVODOV
3.2.1. Úvod
Sekvenčný logický obvod (ďalej len SLO) obsahuje na rozdiel od kombinačného
logického obvodu (ďalej len KLO), ktorého výstupný stav je jednoznačne daný len
okamžitým vstupným stavom, okrem kombinačnej časti aj pamäťové členy. Výstupný
stav SLO nezávisí len od vstupného stavu, ale aj od vnútorného stavu (obr. 3.2.1).
Obr. 3.2.1. Schéma sekvenčného logického obvodu
Funkciu takéhoto obvodu môžeme popísať dvoma rovnicami. Rovnicou pre výstupnú
funkciu:
Yi = F ( X j ; Z k )
(2.1)
a rovnicou pre prechodovú funkciu (rovnica pre nasledujúci vnútorný stav):
Z k ,t +1 = G ( X j ,t ; Z k ,t )
(2.2)
V rovniciach označuje Yi množinu výstupov SLO Yi = (y1, y2,..., ym), Xj označuje množinu
vstupov SLO Xj = (x1, x2,..., xn) a Zk označuje množinu vnútorných stavov SLO
Zk = (z1, z2,..., zr). Premenné z1, z2,..., zr sa nazývajú vnútorné premenné a tvoria ich
výstupy jednotlivých preklápacích (klopných) obvodov (ďalej len PO). Množina všetkých
- 35 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
výstupov PO v určitom čase t tvorí vnútorný stav Zk t . Tento stav nazývame okamžitý
(súčasný) vnútorný stav. Nasledujúci vnútorný stav SLO označujeme Zk
,t+1.
Výstupnú
funkciu vyjadrenú časovou závislosťou môžeme zapísať v tvare:
Yi ,t = F ( X j ,t ; Z k ,t )
(2.3)
Logický obvod plne popísaný rovnicami (2.2) a (2.3) nazývame logický obvod typu
MEALY. Ak je kombinačná časť sekvenčného obvodu rozdelená na dve časti a výstup
SLO je jednoznačne určený jeho vnútorným stavom, nazývame logický obvod typu
MOORE (obr. 3.2.2). Pre Moorov sekvenčný obvod platia rovnice (2.4) a (2.5).
Yi ,t = F ( Z k ,t )
(2.4)
Z k ,t +1 = G ( X j ,t ; Z k ,t )
(2.5)
Obr. 3.2.2. Schéma obvodu typu MOORE
Z hľadiska časového sledu delíme SLO na:
Ø
Asynchrónne: doba prenosu informácie zo vstupu na výstup je daná len vlastným
fyzikálnym oneskorením obvodu. Zmenu výstupu môže spôsobiť len zmena
vstupného stavu. Ak zanedbáme oneskorenia jednotlivých obvodov, zmena
vnútorného stavu nastane ihneď v okamihu zmeny vstupného stavu. Nemajú
synchronizačný impulz.
- 36 -
Žilinská univerzita v Žiline
Ø
Elektrotechnická fakulta
Synchrónne: zmeny stavu na výstupe v závislosti na vstupnom stave sú časovo
vymedzené synchronizačným signálom. Tento signál povolí zmenu vnútorného
stavu len v definovaných okamihoch, nezávisle od zmeny vstupného signálu.
Časový interval, medzi dvoma synchronizačnými impulzmi nazývame takt. Ak by sa
menili hodnoty viacerých vstupných premenných súčasne, mohlo by dôjsť k neurčitým
stavom (hazardom). Aby sme im zabránili, je dovolená len zmena v jednej premennej (pri
asynchrónnych obvodoch), alebo sa používa synchronizačný signál a potom sa vstupy
uplatňujú len v okamihoch tohto impulzu (synchrónne obvody).[11][12]
3.2.2. Spôsoby popisu správania SLO
Správanie sekvenčných logických obvodov sa popisuje viacerými spôsobmi:
Ø
prechodový diagram
Ø
tabuľka prechodov
Ø
časový diagram
Ø
logické funkcie (rovnice)
Logické funkcie
Sú matematickým popisom správania SLO. Pomocou matematických rovníc
vyjadrujú prechodové a výstupné funkcie, napr. pre obvod typu MEALY alebo MOORE
môžu platiť rovnice uvedené na (obr. 3.2.3).
Obr. 3.2.3. Príklad zápisu prechodových a výstupných funkcií
pre obvod typu MEALY a MOORE
- 37 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Prechodový diagram
Predstavuje grafický spôsob popisu správania SLO. Vnútorné stavy obvodu sú
v ňom znázornené uzlami. Spojnice predstavujú prechody medzi vnútornými stavmi
a popisujú vstupné a výstupné stavy. Potom výstupné a prechodové funkcie použité
v predchádzajúcom prípade môžeme zobraziť prechodovými diagramami na (obr. 3.2.4).
Obr. 3.2.4. Príklad prechodových diagramov pre obvod typu MEALY a MOORE
Tabuľka prechodov
Jednotlivé prechody vnútorných, resp. vonkajších stavov sú zobrazené formou
tabuľky. Je to len iná interpretácia prechodového diagramu. Pre predchádzajúci príklad sú
tabuľky prechodov zobrazené na (obr. 3.2.5). V tabuľke pre obvod typu MEALY je
v prvom stĺpci uvedený súčasný (okamžitý) vnútorný stav SLO a prvom riadku
nastávajúci vnútorný stav. V priesečníku
daného
súčasného
vnútorného
stavu
a nastávajúceho vstupného stavu je zapísaný prechod do nového vnútorného a výstupného
stavu. Ak prechod nie je definovaný (k prechodu nedochádza), je zobrazený znakom
„ – “. Podobne to platí aj pre obvod typu MOORE, ale s tým rozdielom, že výstupný stav
je viazaný len na vnútorný stav obvodu, nie aj na vstupný stav.[14]
Obr. 3.2.5. Príklad tabuliek prechodov pre obvod typu MEALY a MOORE
Pri popise správania SLO sa používa aj pravdivostná tabuľka a tabuľka budiacich
funkcií. Tabuľka budiacich funkcií zobrazuje, za akých vstupných podmienok prejde
- 38 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
obvod zo súčasného vnútorného stavu do určitého nasledujúceho vnútorného stavu.
Pravdivostná tabuľka zobrazuje, ako sa zmení vnútorný stav pri danom vstupnom stave.
Na popísanie zmeny vnútorného stavu SLO s jedným výstupom (má teda len dva možné
(0/1) výstupné, resp. vnútorné stavy) sa používajú štyri typy transformácií (obr. 3.2.6). Sú
to: pamäťová, jednotková, nulová a klopná. Transformácie sa uplatňujú v závislosti od
vstupného a vnútorného stavu.
Obr. 3.2.6. Typy transformácií
3.2.3. Popis správania bistabilných preklápacích obvodov
Jedným zo základných prvkov SLO sú prvky, ktoré sú schopné zapamätať si
hodnotu určitej dvojhodnotovej premennej. Sú to preklápacie (klopné) obvody (ďalej len
PO). Patria medzi obvody typu MOORE, pretože ich výstupná hodnota je zhodná
s vnútorným stavom. Preklápacie obvody majú väčšinou dve výstupné premenné, ktoré sú
komplementárne. Označujú sa symbolmi Q a Q . Výstup Q sa nazýva priamy výstup a
Q je negovaný výstup. Stav preklápacieho obvodu sa posudzuje podľa hodnoty na
výstupe Q . Úlohou PO je zaznamenať prítomnosť prechodovej informácie a uchovať
tento stav aj vtedy, keď informácia zmizne. PO sú teda elementárnou pamäťou. Ich
výstupné stavy sa menia skokovo medzi dvoma hodnotami logických úrovní. Podľa počtu
stabilných stavom delíme PO na:
Ø
bistabilné
Ø
monostabilné
Ø
astabilné
Pri syntéze SLO sa používajú väčšinou bistabilné preklápacie obvody (ďalej len
BPO), preto sa ďalej budeme zaoberať len týmito typmi obvodov. Správanie BPO sa dá
popísať tabuľkou, ktorá udáva závislosť výstupnej premennej v časovom okamihu t + 1
- 39 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
na hodnotách vstupných premenných v časovom okamihu t. Z tabuľky je ďalej možné
určiť pre každý vstupný stav preklápacieho obvodu príslušnú transformáciu. Správanie
BPO je úplne určené, ak je každému vstupnému stavu jednoznačne priradená jediná
transformácia.
Preklápací obvod typu „S - R“
Tento PO má dva vstupy S (SET - nastavenie) a R (RESET - nulovanie). Jeho
pravdivostná tabuľka, schematická značka, prechodový aj časový diagram sú na
(obr. 3.2.7). Obvod pracuje tak, že signál hodnoty log. 1 privedený na vstup S nastaví
obvod do stavu 1 a signál hodnoty log. 1 privedený na vstup R nastaví obvod do stavu 0.
Pri kombinácii S = 0 a R = 0 sa stav preklápacieho obvodu nemení a obvod si pamätá
svoj predchádzajúci stav. Vstupná kombinácia S = 1 a R = 1 je zakázaná (nedefinovaný
stav). Používa sa aj variant, kde vstupy S a R sú negované a uplatňujú sa pri vstupných
signáloch hodnoty log. 0 a taktiež sa používa synchrónna verzia obvodu typu „S – R“,
ktorá má naviac vstup synchronizačného impulzu TC. Vstupy S a R sa potom uplatňujú
len v okamihu privedenia synchronizačného impulzu.[4]
Obr. 3.2.7. Preklápací obvod typu „S – R“
a) schematická značka b) pravdivostná tabuľka c) tabuľka budiacich funkcií
d) prechodový diagram e) časový diagram
Preklápací obvod typu „T“
Tento PO má len jeden vstup „T“. Jeho pravdivostná tabuľka, schematická
značka, prechodový aj časový diagram sú na (obr. 3.2.8). Obvod pracuje tak, že ak je na
- 40 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
vstup T privedený signál s hodnotou log 1, obvod sa preklopí do opačného stavu, než
v ktorom sa práve nachádzal. Ak je privedený signál hodnoty log. 0, obvod ostane
v pôvodnom stave a zapamätá si ho. Tento obvod má len klopnú a pamäťovú
transformáciu. Asynchrónny obvod typu „T“ nemá praktický význam (jedine ako
multivibrátor). Preto sa používa synchrónny obvod „T“, ktorý má vstup hodinových
impulzov a výstupný stav sa mení len v okamihu taktovacieho impulzu.
Obr. 3.2.8. Preklápací obvod typu „T“
a) schematická značka b) pravdivostná tabuľka c) tabuľka budiacich funkcií
d) prechodový diagram e) časový diagram
Preklápací obvod typu „D“
Tento PO má len jeden vstup „D“. Jeho pravdivostná tabuľka, schematická
značka, prechodový aj časový diagram sú na (obr. 3.2.9). Obvod pracuje tak, že ak je na
vstup D privedený signál s hodnotou log. 1, tak obvod prejde do stavu 1 a zapamätá si ho
a naopak, ak je privedený signál hodnoty log. 0, tak obvod prejde do stavu 0 a zapamätá
si ho. Tento obvod má len nulovú a jednotkovú transformáciu. Asynchrónny obvod typu
„D“ tiež nemá praktický význam. Preto sa používa synchrónny obvod „D“, ktorý má
vstup hodinových impulzov a výstupný stav sa mení len v okamihu taktovacieho impulzu.
Používa sa ako pamäťový člen, pretože je schopný zapamätať si hodnotu na vstupe až do
príchodu ďalšieho taktovacieho impulzu, alebo ako oneskorovací člen.[7]
- 41 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Obr. 3.2.9. Preklápací obvod typu „D“
a) schematická značka b) pravdivostná tabuľka c) tabuľka budiacich funkcií
d) prechodový diagram e) časový diagram
Preklápací obvod typu „J - K“
PO typu „J - K“ predstavuje zdokonalený obvod typu „R - S“, ktorý nemá
zakázaný stav vstupných premenných. Má dva vstupy J a K. Jeho pravdivostná tabuľka,
schematická značka, prechodový aj časový diagram sú na (obr. 3.2.10). Obvod pracuje
tak, že signál hodnoty log. 1 privedený na vstup J nastaví obvod do stavu 1 a signál
hodnoty log. 1 privedený na vstup K nastaví obvod do stavu 0. Pri kombinácii J = 0
a K = 0 sa stav preklápacieho obvodu nemení a obvod si pamätá svoj predchádzajúci stav.
Pri vstupnej kombinácii J = K = 1 sa obvod preklopí do opačného stavu, než v ktorom sa
práve nachádzal. Väčšinou sa používa synchrónny obvod riadený taktovacím impulzom.
Obr. 3.2.10. Preklápací obvod typu „J – K“
a) schematická značka b) pravdivostná tabuľka c) tabuľka budiacich funkcií
d) prechodový diagram e) časový diagram
- 42 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
3.2.4. Asynchrónny bistabilný preklápací obvod typu „S - R“
Rozoznávame viaceré varianty BPO typu S – R (ale aj ostatných typov). Podľa
režimu, v akom pracujú môžu byť synchrónne alebo asynchrónne, ďalej môžu byť
realizované z rôznych logických členov, prípadne môžu pracovať viacfázovo (obvod typu
„master - slave“).
Asynchrónny obvod typu S – R je najjednoduchším obvodom tohto typu. Zmena
vstupov R a S sa okamžite prenáša na výstup. Jeho činnosť môžme popísať nasledovne:
Ø
ak privedieme na vstupy R a S nulový signál, potom PO zostáva vo svojom
predchádzajúcom stave
Ø
ak privedieme na nastavovací vstup S signál S = 1 a na nulovací vstup R signál
R = 0, potom prejde obvod do stavu log. 1 nezávisle na predchádzajúcom stave
a zostáva v ňom aj po skončení signálu na vstupe S
Ø
ak privedieme na nulovací vstup R signál R = 1 a na nastavovací vstup S signál
S = 0, potom prejde obvod do stavu log. 0 nezávisle na predchádzajúcom stave
a zostáva v ňom aj po skončení signálu na vstupe R
Ø
súčasne privedenie signálu S = R = 1 znamená, že sa oba výstupy BPO majú
nastaviť do stavu log. 1 (alebo log. 0, podľa toho, z akých členov je obvod
realizovaný), čím je však porušená vzájomná inverzia výstupov a preto je tento
stav zakázaný.
Podľa tohto opisu správania a podľa pravdivostnej tabuľky pre asynchrónny obvod typu
S –R môžme zostaviť Karnaughovu mapu (obr. 3.2.12).
Obr. 3.2.12. Karnaughova mapa asynchrónneho obvod typu „S – R“
Z tejto mapy môžeme odvodiť konkrétne mapy pre výstupy Q a Q v čase t + 1
(obr. 3.2.13). Výstup Q by sa dal realizovať aj použitím invertora z výstupu Q , avšak pri
takomto riešení môžu vznikať hazardy spôsobené oneskorením invertora, čím sa môžu na
výstupoch objaviť na okamih rovnaké hodnoty, a tým porušiť vzájomnú inverziu oboch
výstupov. Preto sa navrhuje priamo aj zapojenie pre negovaný výstup, ktoré obsahuje
- 43 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
rovnaký počet členov, ako zapojenie pre priamy vstup, a tým je zabezpečené rovnaké
oneskorenie na oboch výstupoch.
Obr. 3.2.13. Karnaughova mapa asynchrónneho obvod typu „S – R“
pre realizáciu členmi NAND
Keď z takejto mapy zostavíme výrazy pre výstupy BPO v čase t + 1 v tvare UNDF,
môžme priamo navrhnúť zapojenie obvodu pomocou členov NAND.
Qt +1 = S + Qt .R
Q t +1 = R + Q t .S
(2.6)
Úprava na členy NAND:
Qt +1 = Q t +1 = S + Qt .R = S .Qt .R
(2.7)
Q t +1 = Q t +1 = R + Q t .S = R.Q t .S
(2.8)
Rovniciam (2.7) a (2.8) zodpovedá zapojenie na (obr. 3.2.14), čo predstavuje
asynchrónny obvod typu S – R realizovaný členmi NAND. Toto zapojenie sa vyznačuje
tým, že vstupy S a R sa uplatňujú pri vstupnom signáli log. 0. Ak by sme chceli, aby sa
uplatňovali pri vstupnom signáli hodnoty log. 1, stačí pridať na každý vstup invertor.[9]
Obr. 3.2.14. Asynchrónny obvod typu „S – R“ realizovaný členmi NAND
- 44 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Ak však z Karnaughovej mapy zostavíme výrazy pre výstupy BPO v čase t + 1 v tvare
UNKF (obr. 3.2.15), môžme priamo navrhnúť zapojenie obvodu pomocou členov NOR.
Obr.3. 2.15. Karnaughova mapa asynchrónneho obvod typu „S – R“
pre realizáciu členmi NOR
Qt +1 = R.(Qt + S )
Q t +1 = S .(Q t + R)
(2.9)
Úprava na členy NOR:
Qt +1 = Q t +1 = R.(Qt + S ) = R + (Qt + S )
(2.10)
Q t +1 = Q t +1 = S .(Q t + R) = S + (Q t + R)
(2.11)
Rovniciam (2.10) a (2.11) zodpovedá zapojenie na (obr. 3.2.16), čo predstavuje
asynchrónny obvod typu S – R realizovaný členmi NOR. V tomto zapojení sa vstupy R
a S uplatňujú pri hodnote log. 1. Ďalším rozdielom oproti predchádzajúcemu zapojeniu je
to, že v zakázanom stave, keď R = S = 1 sú oba výstupy nulové (pri realizácii členmi
NAND sú v zakázanom stave oba výstupy rovné log. 1.). Inak je správanie tohto
zapojenia totožné s predchádzajúcim prípadom.
Obr. 3.2.16. Asynchrónny obvod typu „S – R“ realizovaný členmi NOR
- 45 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Zaujímavá situácia nastáva aj v prípade, ak sa obvod nachádza v zakázanom stave
R = S = 1 (v ktorom sú oba výstupy nulové) a súčasne sa zmenia oba vstupy R = S = 0.
Vtedy sú oba vstupy oboch členov NOR rovné nule a oba výstupy sa snažia prejsť do
stavu log. 1. Avšak jednému obvodu sa to podarí skôr (kvôli rozdielnemu oneskoreniu).
Ak by prešiel horný člen NOR ako prvý do stavu log. 1, táto hodnota sa prenesie na vstup
spodného hradla NOR a spôsobí, že jeho výstup bude rovný nule. Ale ako prvý môže
prejsť do stavu log. 1 aj spodný člen. To, ktorý člen prejde do stavu log. 1 ako prvý je
náhodné a preto je tento stav zakázaný.[10]
3.2.5. Synchrónny bistabilný preklápací obvod typu „S - R“
Ak požadujeme, aby záznam informácie zo vstupov R a S do preklápacieho
obvodu prebiehal len v určitom čase, je možné doplniť asynchrónny S - R preklápací
obvod (asynchrónna časť) vstupnými hradlami, ktoré sa budú otvárať taktovacím
impulzom TC (riadiaca časť). To je možné dosiahnuť napr. tak, že asynchrónny S - R
preklápací obvod realizovaný členmi NAND doplníme o ďalšie dva vstupné členy NAND
(obr. 3.2.17). Synchrónny preklápací obvod R-S sa niekedy označuje aj ako obvod RST.
Obr. 3.2.17. Synchrónny obvod typu „S – R“
Pri návrhu takéhoto obvodu vychádzame z Karnaughovej mapy pre synchrónny
S - R obvod (obr. 3.2.18). Tá je veľmi podobná mape asynchrónneho S - R obvodu. Líši
sa len v tom, že obsahuje ďalšiu premennú TC a tam, kde TC je nulové sa uplatňuje
pamäťová transformácia, pretože v čase, kedy nie je prítomný taktovací impulz si musí
obvod pamätať svoj stav a nereagovať na zmeny vstupných signálov R a S.
Obr. 3.2.18. Karnaughova mapa synchrónneho obvod typu „S – R“
- 46 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Z tejto mapy môžme zostaviť konkrétne Karnaughove mapy pre oba výstupy
obvodu v čase t + 1 (obr. 3.2.19) a z nich vyjadrením výrazov v tvare UNDF dostávame
rovnice pre jednotlivé výstupy (2.13) a (2.14).
Obr. 3.2.19. Karnaughova mapa synchrónneho obvod typu „S – R“
pre realizáciu členmi NAND
Qt +1 = S .TC + Qt .TC + Qt R
Q t +1 = R.TC + Qt .TC + Qt .S
(2.12)
Úprava na členy NAND:
Qt +1 = S .TC .Qt .TC .R
(2.13)
Q t +1 = R.TC .Qt .TC .S
(2.14)
Rovniciam (2.13) a (2.14) zodpovedá zapojenie na (obr. 3.2.20), ktoré predstavuje
synchrónny preklápací obvod typu S - R. Ak by sme vyjadrovali z Karnaughových máp
výrazy v tvare UNKF, mohli by sme obvod realizovať členmi NOR, ale pretože návrh je
podobný, ako v predchádzajúcej kapitole, nebudeme sa ním zaoberať.[13]
Obr. 3.2.20. Synchrónny preklápací obvod typu „S – R“
- 47 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Ak je taktovací impulz nulový, obvod je zablokovaný pomocou prvých dvoch
členov NAND, pretože ich výstup je trvalo rovný log. 1 a akákoľvek zmena vstupov R
a S nemôže zmeniť výstup Q. Obvod sa otvorí s príchodom taktovacieho impulzu a jedine
v dobe jeho trvania je možné pomocou vstupov R a S meniť výstup Q. Ak je prítomný
taktovací impulz a oba vstupy R a S sú rovné jednej, sú výstupy prvých dvoch hradiel
nulové a oba výstupy Q aj Q sú rovné jednej (čím nie je dodržaná ich vzájomná
inverzia). Potom môžu nastať dva neurčité stavy (hazardy). Ak T = R = S = 1 a dôjde
k zmene T = 1 → 0, alebo dôjde k súčasnej zmene R = S = 1 → 0. Potom výstupy oboch
vstupných hradiel sa súčasne zmenia z hodnoty log. 0 na log. 1, a tým sú oba vstupy
výstupných hradiel rovné log. 1. Obe výstupné hradlá sa tak snažia prejsť do stavu log. 0,
avšak jednému sa to podarí skôr ako druhému. To, ktorý z výstupov Q alebo Q bude
v stave log. 0, a ktorý bude v stave log. 1, je náhodné.
3.2.6. Dvojfázový bistabilný preklápací obvod typu „S - R“ (master slave)
Pri statických preklápacích obvodoch je stav obvodu určený úrovňou vstupného
signálu. V prípade, ak dôjde k prekrytiu vstupných signálov pri asynchrónnych obvodoch,
alebo k nedodržaniu šírky synchronizačného impulzu pri synchrónnych obvodoch, môže
dôjsť ku vzniku hazardov, alebo sa obvod rozkmitá. Toto možno odstrániť dvojfázovým
režimom taktovania.
Dvojčinné preklápacie obvody sa nazývajú tiež obvody s medzipamäťou.
Synchrónne S – R preklápacie obvody popísané v predchádzajúcej kapitole, reagovali na
hodnoty vstupov R a S po celú dobu prítomnosti logickej 1 na vstupe taktovacieho
signálu. Preto im hovoríme, že sú tieto obvody riadené úrovňou taktovacieho signálu.
Dvojčinným (dvojfázovým) preklápacím obvodom hovoríme, že sú riadene hranou
taktovacieho impulzu (dynamické riadenie). Hlavné nevýhody obvodov riadených
úrovňou sú:
Ø
možnosť zmeny výstupu po celú dobu aktívnej napäťovej úrovne na vstupe
taktovacieho impulzu
Ø
nemožnosť použiť tieto obvody v čítačoch a posuvných registroch, pretože by sa
signály na riadiacich vstupoch preklápacích obvodov behom aktívnej úrovne taktu
preniesli okamžite až na výstup celého obvodu
- 48 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Preto je potrebné mať k dispozícii takéto preklápacie obvody, ktoré budú mať
oddelené vstupy od výstupov. To je možné dosiahnuť pomocou dvoch stupňov
preklápacích obvodov s oddeleným taktovaním. Dvojčinný preklápací obvod S – R sa
skladá z dvoch synchrónnych preklápacích obvodov S – R: riadiaceho (Master)
a riadeného (Slave) a z invertora, ktorý oddeľuje taktovací signál oboch obvodov, ako je
to vidieť na (obr. 3.2.21).
Obr. 3.2.21. Dvojfázový bistabilný preklápací obvod typu „S - R“ (master - slave)
Stav, ktorý je na vstupoch R a S sa zapisuje do prvého preklápacieho obvodu
v dobe, keď je taktovací impulz na úrovni log. 1. Zmeny na vstupoch môžu ovplyvňovať
zapísaný stav po celú dobu trvania vrcholu taktovacieho impulzu. Druhý preklápací
obvod je blokovaný negovaným taktovacím impulzom a na jeho výstup sa zmeny
neprenesú. V okamžiku, kedy prichádza dobežná hrana taktovacieho impulzu, si obvod
master zapamätá posledné informácie zo vstupov R a S a jeho stav sa prepíše do obvodu
slave pomocou signálov S´ a R´ a logickou 1 na jeho taktovacom vstupe. Pri taktovaní
oboch obvodov musíme zabezpečiť, aby sa synchronizačné impulzy neprekrývali (aby
nikdy neboli 00 / 11), čo je zabezpečené invertorom. Správanie tohto obvodu je
zobrazené na (obr. 3.2.22) a na časovom diagrame (obr. 3.2.23).
Obr. 3.2.22. Činnosť preklápacieho obvodu typu „S - R“ (master - slave)
Obvod tohto typu nie je zaistený proti možnosti vzniku nedefinovaného
preklopenia, ak dobežná hrana taktovacieho impulzu prichádza v stave, keď vstupy R
a S sú v stave log. 1., čo je vidieť aj na časovom diagrame (obr. 3.2.23). Dôležitý je však
- 49 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
fakt, že stav výstupného preklápacieho obvodu slave zachytáva stav vstupov v jedinom
okamihu, a to vo chvíli, kedy prebieha dobežná hrana taktovacieho impulzu a vždy je
dodržaná vzájomná inverzia výstupov. V iných fázach taktovacieho impulzu nie je možné
výstup ovplyvniť. Podľa konštrukcie obvodu ešte môžme zmeniť, či obvod bude riadený
nábežnou alebo dobežnou hranou taktovacieho impulzu.[8]
Obr. 3.2.23. Časový diagram preklápacieho obvodu typu „S - R“ (master - slave)
3.2.7. Dvojfázový bistabilný preklápací obvod typu „J - K“ (master slave)
Tento typ preklápacieho obvodu vychádza zo štruktúry synchrónneho J - K
preklápacieho obvodu (obr. 3.2.24), ktorého konkrétnou syntézou sa nebudem zaoberať,
pretože postup návrhu je rovnaký, ako pri návrhu preklápacieho obvodu typu S – R.
Obr. 3.2.24. Synchrónny preklápací obvod typu „J - K“
Dvojfázový preklápací obvod J – K sa líši od synchrónneho preklápacieho obvodu
S – R tým, že oba výstupy Q aj Q sú prepojené so vstupnými členmi tak, že výstupná
funkcia je definovaná aj pre prípad, kedy J = K =1. Aby spätné väzby neboli účinné
behom trvania synchronizačného impulzu (mohlo by dôjsť k nekontrolovanému
- 50 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
kmitaniu), je J – K preklápací obvod riešený ako obvod typu master – slave (obr. 3.2.25).
Tento obvod sa skladá z dvoch častí: riadiacej (Master) a riadenej (Slave) a z invertora,
ktorý oddeľuje taktovací signál oboch častí.
Obr. 3.2.25. „J - K“ preklápací obvod typu master - slave
Väčšinou sa tento obvod realizuje z členov NAND (obr. 3.2.26), preto sa budem
ďalej venovať len tejto verzii, pričom obvod bude reagovať na dobežnú hranu
synchronizačného impulzu. Úpravou zapojenia, keď zameníme pozíciu invertora
(synchronizačný signál časti master bude negovaný a pre časť slave bude priamy), môžme
dosiahnuť, že obvod bude reagovať na nábežnú hranu synchronizačného impulzu.
Obr. 3.2.26. Zapojenie „J - K“ preklápacieho obvodu typu master - slave
Obvod master informáciu príjme a odovzdá ju do obvodu slave, ktorý informáciu
uchová až do ďalšej zmeny na vstupoch J a K. Informácie privedené na vstupy J
a K hradiel H1 a H2 sa zapisujú do časti master, ak taktovací signál TC = 1, teda nielen pri
príchode nábežnej hrany. Informácie z výstupov X a Y hradiel H3 a H4 sa neuplatní na
vstupoch hradiel H5 a H6, pretože výstup invertora H9 = 0 a teda vstupná časť obvodu
- 51 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
slave neprenáša informáciu na svoj výstup. Výstupy H5 a H6 = 1, čím uchovávajú
predchádzajúcu informáciu uloženú v preklápajúcom obvode H7 a H8. Výstupné signály
Q a Q privedené spätnou väzbou na vstupné členy H1 a H2 ovplyvňujú zápis informácie
v tom zmysle, že príslušný výstupný signál s logickou nulou blokuje vstupný NAND
a vnucuje mu na výstup logickú jednotku. Takže ak Q = 0, potom sa neuplatní signál na
vstupe K, alebo ak Q = 0, neuplatní sa vstup J. Ak TC = 0, informácia na vstupoch J
a K sa neuplatní, hradlá H1 a H2 sú zablokované. Informácia uložená v časti master na
výstupoch X, Y sa však uplatní na vstupoch H5 a H6, pretože na výstupe invertora je
log. 1. Informácia na výstupoch časti master sa prenáša do obvodu slave a objaví sa na
výstupoch Q a Q . Ak sa má informácia preniesť zo vstupov J a K na výstupy Q a Q ,
musí sa taktovací impulz TC zmeniť z 1 do 0. Aktívna hrana je teda dobežná. V obvode
master sa informácia uchováva počas trvania taktovacieho impulzu.
Správanie sa dvojfázového preklápacieho obvodu typu J – K je vidieť na
(obr. 3.2.27). Pre pochopenie je vhodné si overiť a pochopiť časový diagram, ktorý je na
(obr. 3.2.28) a zachytáva všetky možné stavy a prechody obvodu.
Obr. 3.2.27. Činnosť preklápacieho obvodu typu „J - K“ (master - slave)
Obr. 3.2.28. Časový diagram preklápacieho obvodu typu „J - K“ (master - slave)
- 52 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Ako z tohto časového diagramu vyplýva, obvod sa správa podobne ako obvod
typu S – R, keď vstupu S priradíme vstup J a vstupu R priradíme vstup K, avšak už nemá
neurčitý stav, ako mal S – R preklápací obvod, ale pri vstupoch J = K = 1 a po prechode
taktovacieho impulzu, sa vždy preklopí do stavu opačného, než v akom sa práve
nachádzal.
Dvojfázový J – K preklápací obvod sa vyrába aj v integrovanej forme ako obvod
MH 7472 (obr. 3.2.29). Ten obsahuje tri súčinové vstupy J, tri súčinové vstupy K a naviac
obsahuje aj prioritné vstupy R a S na nastavenie resp. nulovanie obvodu.
Obr. 3.2.29. J – K obvod MH 7472
Vstupy J a K sú súčinové, takže platí:
J = J 1 . J 2 .J 3
K = K 1 .K 2 .K 3
Vstupy S a R majú prioritu pred všetkými ostatnými vstupmi, aj pred taktovacím
signálom TC a ich zmena sa okamžite prejaví na výstupe obvodu. Tieto vstupy sa
uplatňujú v negovanej forme, takže keď na vstupe S je privedená log. 0, obvod prejde do
stavu log. 1 a naopak, keď je privedená log. 0 na vstup R, prejde obvod do stavu log. 0.
Vstupy R a S však nesmú nadobudnúť hodnotu log. 0 súčasne, pretože to vedie k stavu
Q = 1 a Q = 1 na výstupe, čím je porušená vzájomná inverzia výstupov. Správanie tohto
obvodu popisuje (obr. 3.2.30).
- 53 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Obr. 3.2.30. Časový diagram a pravdivostná tabuľka obvodu MH 7472
Pre správnu činnosť obvodu je potrebné zaručiť určité pracovné podmienky. Týka
sa to hlavne časovej následnosti jednotlivých signálov. Z (obr. 3.2.31) vyplýva pre
signály J a K vzhľadom na signál TC nasledovné:
Ø
ak sa majú impulzy na vstupoch J a K uplatniť, musia mať voči impulzu TC
požadovanú úroveň po dobu predstihu tSET UP
Ø
ak sa impulzy na vstupoch J a K nemajú uplatniť, musia mať voči impulzu TC
požadovanú úroveň až po dobe presahu tHOLD. Na úrovne, ktoré sa vyskytujú po
dobe presahu už obvod nie je citlivý a môžu sa uplatniť až pri ďalšom impulze TC
Ø
ak má platiť pravdivostná tabuľka (obr. 3.2.30), úrovne na vstupoch J a K sa už
nesmú meniť (musia byť ustálené) počas trvania impulzu TC
Ø
určená je tiež minimálna dĺžka nulovacieho impulzu tW(R) a nastavovacieho
impulzu tW(S)
Ø
tiež je určená minimálna šírka taktovacieho impulzu tW(Tc)
Obr. 3.2.31. Časové závislosti signálov J, K a TC
- 54 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Obvod v čase tn prijíma vstupnú informáciu do časti master, v čase tn+1 sa uzatvárajú
vstupy J a K a informácia z časti master sa presunie do časti slave a tým aj na výstupy
celého obvodu.
3.2.8. Dvojfázový bistabilný preklápací obvod typu „D“ (reagujúci na
aktívnu hranu riadiaceho impulzu)
Je to synchrónny sekvenčný logický obvod zložený z troch S – R preklápacích
obvodov vzájomne prepojených. Zapojenie obvodu (a jeho funkciu) je vidieť na
(obr. 3.2.32), kde je aj jeho schematická značka, pretože tento obvod sa vyrába
v integrovanej podobe ako obvod MH 7474.
Obr. 3.2.32. Dvojfázový bistabilný preklápací obvod typu „D“
Vstupy S a R sú asynchrónne voči vstupu TC a teda od neho nezávisia a prejavujú
sa okamžite pri zmene hodnoty. Oba vstupy sú inverzné a preto sa uplatňujú pri hodnote
log. 0. Vstup S slúži na nastavenie obvodu a vstup R slúži na jeho nulovanie. Ak TC = 0,
vstup D sa neuplatní (nepresunie sa informácia) a na výstupoch Q a Q ostane hodnota
predchádzajúceho stavu. Pri zmene TC z hodnoty nula do jedna (nábežná hrana) sa
informácia zo vstupu D presunie na výstup obvodu. Ak TC = 1, vstup D sa neuplatní a na
výstupe obvodu ostáva predchádzajúci stav. Keď S = 1 a R = 1 a ak TC = 0, potom
- 55 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
výstupy hradiel H2 a H3 sú rovné jednej a ich privedením na vstupy hradiel H5 a H6 sa
uchová predchádzajúci stav výstupov a stav obvodu sa nezmení. Nech v čase tn bude
výstup Q = 1 a Q = 0 a na vstup D privedieme log. 0. Keď TC = 0 a D = 0, potom výstup
H2, H3, H4 = 1 a výstup H1 bude nulový. Ak sa zmení TC z hodnoty nula do jedna, budú
všetky vstupy H3 rovné jednej a jeho výstup sa zmení na 0. Táto zmena sa presunie na
vstup H6 a to spôsobí stav Q = 0 a Q = 1. Stav sa uchová a ďalšie zmeny na vstupe D sa
neuplatnia, pretože počas TC = 1 má výstup H3, ktorý ide na vstup H4 log. 0. Po skončení
TC sa pri zmenách vstupu D mení výstup H4, ale tieto zmeny sa neuplatnia na vstupe H3,
pretože TC = 0. Nech v čase tn bude Q = 0 a Q = 1 a na vstup D privedieme D = 1. Ak
TC = 0 a D = 1, potom výstupy hradiel H1, H2, H3 = 1 a výstup H4 = 0. Pri zmene vstupu
TC z hodnoty nula do jedna (nábežná hrana) budú všetky vstupy H2 rovné jednej, čím
bude jeho výstup rovný nule. Táto zmena sa presunie na vstup hradla H5, čo spôsobí
zmenu na výstupe Q = 1 a Q = 0. Tento stav sa uchová a ďalšie zmeny na vstupe D sa
neuplatnia, pretože počas trvania TC je výstup H2 privádzaný na vstup H3. Po skončení TC
sa pri zmenách vstupu D síce výstup H4 mení, ale neuplatní sa na vstupe H3, pretože
TC = 0. Vstupy R a S nemôžu nadobudnúť hodnotu log. 0 súčasne, pretože vtedy sú oba
výstupy Q aj Q rovné jednej, čím sa poruší inverzia výstupov. Inak sú vždy oba výstupy
navzájom inverzné. Takto popísané správanie obvodu zachytáva aj časový diagram na
(obr. 3.2.33).
Obr. 3.2.33. Časový diagram a pravdivostná tabuľka obvodu MH 7474
Pre správnu činnosť obvodu musíme zaručiť určitú časovú následnosť signálov
a ich dĺžku trvania (obr. 3.2.34). Ak sa má impulz na vstupe D uplatniť, musí mať voči TC
požadovanú úroveň už po dobu predstihu tSET
UP.
Ak sa nemá impulz na vstupe D
- 56 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
uplatniť, môže sa objaviť až po dobe presahu tHOLD. Určená je aj minimálna šírka
nulovacieho impulzu R, nastavovacieho impulzu S a taktovacieho impulzu TC.
K preklápaniu výstupov dochádza pri nábežnej hrane riadiaceho taktovacieho impulzu.
Pomocou vstupov R a S, ktoré sú inverzné, možno preklápací obvod ovládať nezávisle od
taktovacieho impulzu, tieto vstupy sú prioritné.
Obr. 3.2.34. Časové závislosti signálov D a TC
3.2.9. Hypertextové odkazy
< typy transformácií >
Kombinačný logický obvod získa schopnosť pamätať si svoj stav, čím sa stane
sekvenčným logickým obvodom tak, že v ňom zavedieme slučku spätnej väzby
(obr. 3.2.11). Je tiež potrebné uvažovať s reálnym oneskorením v logických členoch.
Obr. 3.2.11. Logický obvod s jednou slučkou spätnej väzby
Keď budeme skúmať uplatňovanie sa vstupných premenných a reakcie výstupu na
zmeny vstupných premenných zistíme, že zavedením jedinej slučky spätnej väzby môžme
v obvode realizovať všetky štyri typy transformácií:
- 57 -
Žilinská univerzita v Žiline
Ø
Elektrotechnická fakulta
Ak X3 = 0; X1 = 1 a X2 = 0
Potom z analýzy schémy zapojenia získame funkcie výstupných premenných
jednotlivých hradiel:
H1 = Z;
H2 = Z;
H3 = 0;
H4 = 1;
H5 = Z;
Dva zo vstupov hradla H5 sú rovné 1 a tretí vstup sa rovná jeho výstupu, takže
platí:
Y = Z´ = Z
Slučka je schopná si pamätať hodnotu Z v stabilnom (pamäťovom ) stave.
(M – pamäťová transformácia)
Ø
Ak X3 = 0; X1 = 1 a X2 = 1
Z analýzy
schémy
zapojenia
získame
funkcie
výstupných
premenných
jednotlivých hradiel:
H1 = Z;
H2 = 1;
H3 = Z;
H4 = Ζ ;
H5 = Ζ ;
Dva zo vstupov hradla H5 sú rovné 1 a tretí vstup sa rovná jeho negovanému
výstupu, takže:
Y = Z´ = Ζ
Obvod prešiel zo stabilného stavu a kmitá frekvenciou závislou od oneskorenia
logických členov.
(K – klopná transformácia)
Ø
Ak X1 = 1; X2 = 0 a X3 = 0
Ak sa obvod nachádza v stabilnom stave Z = 1, potom:
nech sa zmení vstupná hodnota X1 = 1 → 0
Potom nezávisle na X2 a X3 sa zmení výstupný stav Y = Z´ → 0 a slučka si
zapamätá Z´ = 0.
Ak by bol východzí stav Z = 0, potom:
nech sa zmení vstupná hodnota X1 = 1 → 0
- 58 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Pôvodný stav sa nezmení Y = Z´ = 0.
(0 – nulová transformácia)
Ø
Ak X1 = 1; X2 = 0 a X3 = 0
Ak sa obvod nachádza v stabilnom stave Z = 0, potom funkcie výstupných
premenných jednotlivých hradiel sú:
H1 = Z = 0; H2 = Z = 0; H3 = 0; H4 = 1; H5 = Z = 0
nech sa zmení vstupná hodnota X3 = 0 → 1
Zmenia sa aj výstupy jednotlivých hradiel:
H1 = 1; H2 = 1; H3 = 0; H4 = 1; H5 = 1
Pôvodný stav sa zmení Y = Z´ → 1. Slučka si zapamätá pri X3 = 1 hodnotu Z´ = 1.
Ak by bol východzí stav Z = 1 a X1 = 1; X2 = 0 a X3 = 0, potom výstupy hradiel:
H1 = Z = 1; H2 = Z = 1; H3 = 0; H4 = 1; H5 = 1
nech sa zmení vstupná hodnota X3 = 0 → 1
Potom výstup H1 = 1 ostáva bez zmeny a Y = Z = Z´ = 1
(1 – jednotková transformácia)
Takýto obvod poskytuje jednobitovú informáciu. Ak by sa menili hodnoty
viacerých premenných súčasne, mohli by dôjsť k neurčitým stavom (hazardom). Aby sme
im zabránili, je dovolená len zmena v jedinej premennej (pri asynchrónnych obvodoch),
alebo sa používa synchronizačný signál a potom sa vstupy uplatňujú len v okamihu
synchronizačného impulzu (synchrónne obvody). Ak sa mení hodnota na výstupe obvodu
vplyvom zmeny na vstupe, hovoríme o asynchrónnom režime, ak je zmena výstupu
podmienená taktovacím signálom, hovoríme o synchrónnom režime.
Otvorenie / uzavretie spätnoväzobnej slučky sa uskutočňuje kombinačným
logickým členom, ktorý je riadený taktovacím signálom.
< pamäťová >
Pamäťová transformácia: pri tejto transformácii nedochádza k zmene
vnútorného, resp. výstupného stavu, obvod si pamätá svoj stav. Ak má súčasný stav
- 59 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
obvodu hodnotu "1", ostáva v hodnote "1" aj v nasledujúcom stave a naopak ak má
súčasný stav obvodu hodnotu "0", ostáva v hodnote "0" aj v nasledujúcom stave.
< jednotková >
Jednotková transformácia: pri tejto transformácii dochádza k prechodu
vnútorného, resp. výstupného stavu do hodnoty "1" bez ohľadu na to, v akom stave sa
obvod nachádzal. Ak má súčasný stav obvodu hodnotu "1", ostáva v hodnote "1" aj v
nasledujúcom stave a naopak ak má súčasný stav obvodu hodnotu "0", prechádza obvod v
nasledujúcom stave do hodnoty "1".
< nulová >
Nulová transformácia: pri tejto transformácii dochádza k prechodu vnútorného,
resp. výstupného stavu do hodnoty "0" bez ohľadu na to, v akom stave sa obvod
nachádzal. Ak má súčasný stav obvodu hodnotu "0", ostáva v hodnote "0" aj v
nasledujúcom stave a naopak ak má súčasný stav obvodu hodnotu "1", prechádza obvod v
nasledujúcom stave do hodnoty "0".
< klopná >
Klopná transformácia: pri tejto transformácii dochádza k prechodu vnútorného,
resp. výstupného stavu do stavu opačného bez ohľadu na to, v akom stave sa obvod
nachádzal. Ak má súčasný stav obvodu hodnotu "1", prechádza obvod v nasledujúcom
stave do hodnoty "0" a naopak ak má súčasný stav obvodu hodnotu "0", prechádza obvod
v nasledujúcom stave do hodnoty "1".
< bistabilné >
Bistabilné PO (ďalej len BPO) majú dva stabilné stavy. Jeden stav prechádza
skokom do druhého v prípade, že je na vstup privedený budiaci, prípadne taktovací
signál. Používajú sa ako registre, deliče frekvencie a elementárna pamäť SLO.
- 60 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
< monostabilné >
Monostabilné PO (ďalej len MPO) majú jeden stabilný stav a ich výstupný signál
je jeden impulz, ktorý vznikne privedením signálu na vstup PO. Používajú sa pre
generovanie impulzov, ktorých dĺžka je závislá od vonkajších RC členov a na
oneskorovanie alebo predlžovanie impulzov.
< astabilné >
Astabilné PO (ďalej len APO) nemajú žiadny stabilný stav a ich výstupné signály
sú periodické impulzy. Ich amplitúda a frekvencia závisí od parametrov obvodu.
Používajú sa ako zdroje taktovacích impulzov, generátory pravouhlých signálov a
periodické spínače.
3.2.10. Testovanie vedomostí
1. Čím sa odlišuje sekvenčný logický obvod od kombinačného:
a) neobsahuje pamäťovú časť
b) obsahuje pamäťovú časť
c) pracuje len v synchrónnom režime
d) pracuje len v asynchrónnom režime
2. Pri obvodoch typu MOORE je výstupný stav obvodu jednoznačne určený:
a) len jeho vnútorným stavom
b) len vstupnou kombináciou
c) len predchádzajúcim stavom
d) jeho vnútorným stavom a vstupnou kombináciou
3. Na obrázku je zobrazený prechodový diagram pre:
a) kombinačný logický obvod
b) J – K preklápací obvod
c) sekvenčný logický obvod typu MOORE
d) sekvenčný logický obvod typu MEALY
- 61 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
4. Čo znamená zakázaný stav pri S – R preklápacom obvode:
a) vstupná kombinácia S = R = 1 nie je dovolená
b) pri vstupnej kombinácii S = R = 1 sa obvod rozkmitá
c) pri vstupnej kombinácii S = R = 1 sú výstupy Q = 1 aj Q = 1
d) oba vstupy S = 0 aj R = 0
5. Akú transformáciu popisuje prechodový diagram na obrázku:
a) jednotkovú
b) nulovú
c) pamäťovú
d) klopnú
6. Aké vstupné hodnoty nastavia výstup S – R preklápacieho obvodu do stavu log 1.:
a) S = 0, R = 1
b) S = 1, R = 0
c) S = 1, R = X
d) S = X, R = 0
7. Ako je odstránený zakázaný stav pri J – K preklápacom obvode:
a) tento stav nie je odstránený a môže nastať
b) stav J = K = 1 nie je realizovateľný, kvôli invertoru zapojenému medzi týmito
vstupmi
c) pri kombinácii J = K = 1 sa obvod preklopí do stavu Q = 1 a Q = 0
d) pri kombinácii J = K = 1 sa obvod preklopí do opačného stavu, než v akom sa
práve nachádzal
8. J – K preklápací obvod typu master – slave reaguje na:
a) aktívnu hranu taktovacieho impulzu
b) úroveň taktovacieho impulzu
c) všetky zmeny na vstupoch J a K nezávisle od taktovacieho impulzu
d) prioritne na zmeny na vstupe J
- 62 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
9. Čo je to tSET UP:
a) maximálna šírka taktovacieho impulzu
b) minimálna šírka taktovacieho impulzu
c) doba predstihu
d) doba presahu
10. Na obrázku je pravdivostná tabuľka pre preklápací obvod typu:
a) D
b) S - R
c) J - K
d) T
- 63 -
Žilinská univerzita v Žiline
3.3.
Elektrotechnická fakulta
POSUVNÉ REGISTRE
3.3.1. Úvod
Posuvné registre slúžia k záznamu informácií v tvare kódových zložiek
a umožňujú ich spracovanie s postupom času. Sú zložené z preklápacích obvodov
(najčastejšie z preklápacích obvodov typu J – K alebo D) zapojených tak, aby informácia
uložená v jednotlivých preklápacích obvodoch sa mohla posúvať medzi jednotlivými
susednými obvodmi. Počet preklápacích obvodov určuje dĺžku posuvného registra
a súčasne aj počet bitov dvojkovej informácie, ktorá má byť registrom zaznamenaná.
Spôsob prepojenia preklápacích obvodov určuje funkciu, akou bude register pracovať so
skupinou bitov. Bloková schéma posuvného registra je na (obr. 3.3.1).
Obr. 3.3.1. Bloková schéma posuvného registra
Posuvné registre môžme rozdeliť podľa rôznych kritérií na:
Ø
podľa smeru posúvania na registre vpred, vzad, reverzibilné a kruhové
Ø
podľa spôsobu vkladania informácií na registre s paralelným alebo sériovým
vstupom
Ø
podľa spôsobu vyberania informácií na registre s paralelným alebo sériovým
výstupom
Ak sa informácia presúva smerom zľava doprava, hovoríme o posuvnom registri
vpred. Ak sa informácia presúva smerom sprava doľava, hovoríme o posuvnom registri
vzad. K posunu informácií dochádza v okamihu privedenia taktovacieho impulzu, resp.
v okamihu aktívnej hrany (pri dvojfázovom J – K preklápacom obvode je aktívna hrana
dobežná, pri dvojfázovom D preklápacom obvode je aktívna hrana nábežná). Pomocou
registra môžeme nulovať alebo nastaviť do 1 všetky preklápacie obvody, informácie na
- 64 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
výstupoch preklápacích obvodov možno previesť do inverznej formy, možno urobiť
logický súčet medzi dvoma registrami, tiež logický súčin, pomocou registra je možne
realizovať binárne násobenie alebo delenie mocninou čísla 2, môžme previesť informácie
zo sériovej formy na paralelnú (informácie sa prijímajú jedným sériovým vstupom
a vyčítavajú sa paralelnými výstupmi) alebo naopak, paralelné informácie prevedieme do
sériovej podoby (informácie zapíšeme najčastejšie pomocou R a S vstupov a vyčítame ich
pomocou jedného sériového výstupu)
Pri syntéze posuvného registra stačí vyriešiť väzbu medzi dvoma susednými
preklápacími obvodmi. Táto väzba je potom rovnaká pre každú dvojicu susedných
preklápacích obvodov. Taktovacie vstupy preklápacích obvodov sú spojené do jedného
uzla a pripojené na taktovací (posúvací) impulz.
3.3.2. Návrh sériového posunu vpred s použitím preklápacích obvodov
typu J - K
Pri návrhu väzby medzi dvoma susednými členmi budeme vychádzať z blokovej
štruktúry posuvného registra (obr. 3.3.1) a z príkladu, v ktorom budeme chcieť, aby sa
vstupné dáta posúvali smerom vpred, čo zobrazuje tabuľka na (obr. 3.3.2).
Obr. 3.3.2. Príklad vstupov a výstupov pri posuve vpred
Ako vidieť na obrázku, vstupné dáta tvorí kombinácia 11001. Keďže ide o posuv
vpred (čiže doprava), tak na sériový vstup obvodu privádzame hodnoty postupne sprava.
S príchodom posúvacieho impulzu sa presunú informácie už zapísané v obvode o jedno
- 65 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
miesto doprava a do prvého člena sa zapíše ďalšia vstupná hodnota. Takto sa po piatich
posúvacích impulzoch zapíše celé vstupné slovo do obvodu. Pri ďalších dvoch
posúvacích impulzoch nás už nebudú zaujímať vstupné dáta, tieto impulzy už len
posúvajú zapísane vstupné slovo registrom ďalej. Princíp posuvu vpred zobrazuje schéma
(obr. 3.3.3). Z tejto tabuľky (obr. 3.3.2) môžeme zostrojiť tabuľku prechodov susedných
preklápacích obvodov (obr. 3.3.4) pre dva susedné členy A a B, pretože väzba medzi
ostatnými členmi bude rovnaká.
Obr. 3.3.3. Posuv vpred
Obr. 3.3.4. Tabuľka prechodov susedných preklápacích
obvodov pri posuve vpred
Táto tabuľka zachytáva všetky možne kombinácie výstupov oboch členov aj
prechodov medzi nimi. Ako vidieť, stav výstupu B sa po príchode posúvacieho impulzu
v čase t+1 zmení na hodnotu, akú mal výstup A v čase t. Potrebné hodnoty vstupov J
a K pre zabezpečenie požadovaného prechodu výstupu B po príchode posúvacieho
impulzu zachytáva tretí stĺpec tabuľky (tieto hodnoty zodpovedajú správaniu
J – K preklápacieho obvodu popisovaného v predchádzajúcej kapitole „Syntéza
sekvenčných logických obvodov“). Pre zostavenie algebraických výrazov vstupov J
a K obvodu B zostavíme z tabuľky (obr. 3.3.4) Karnaughovu mapu pre oba vstupy J aj K
(obr. 3.3.5).
- 66 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Obr. 3.3.5. Zostavenie alg. výrazov pre vstupy J a K
Keď už sú známe logické funkcie oboch vstupov J – K preklápacieho obvodu,
môžme priamo navrhnúť zapojenie registra s posuvom vpred, zloženého z týchto
obvodov (obr. 3.3.6). Ak chceme zostrojiť viacbitový posuvný register tohto typu, stačí
keď nasledujúce obvody prepojíme s predchádzajúcimi rovnako, ako je to na (obr. 3.3.6).
Aby nedošlo k tomu, že počas trvania posúvacieho impulzu sa informácie presunú celým
registrom až nakoniec (alebo o viac než jednu pozíciu), používajú sa pri registroch
preklápacie obvody riadené aktívnou hranou taktovacieho impulzu, pričom pri
J – K preklápacom obvode je aktívna hrana dobežná. Preto k posuvu informácií dochádza
len v okamihu zmeny posúvacieho impulzu z hodnoty 1 na hodnotu 0.
Obr. 3.3.6. Zapojenie posuvného registra vpred s preklápacími obvodmi typu J - K
Ako vidieť zo zapojenia, vstup J druhého preklápacieho obvodu je zapojený
priamo na výstup A a vstup K je zapojený priamo na negovaný výstup A, čo zodpovedá
logickým funkciám na (obr. 3.3.5). Medzi vstupmi J a K prvého preklápacieho obvodu je
zapojený invertor kvôli tomu, aby sa po privedení posúvacieho impulzu objavila na
výstupe A rovnaká informácia, aká je na vstupe „Dáta“. Ak budeme chcieť realizovať
n – bitový posuvný register vpred, stačí ak rovnakým spôsobom zapojíme za sebou n
preklápacích obvodov, pričom vstup J príslušného obvodu je pripojený na výstup Q
predchádzajúceho obvodu a vstup K príslušného obvodu je pripojený na negovaný výstup
predchádzajúceho obvodu. Preto pre komplexnosť návrhu uvediem ešte konkrétne
zapojenie štvorbitového registra vpred realizovaného preklápacími obvodmi typu J – K
- 67 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
(obr. 3.3.7). V tomto zapojení dochádza v okamihu príchodu dobežnej hrany taktovacieho
impulzu k posuvu informácií o jedno miesto doprava medzi jednotlivými preklápacími
obvodmi, pričom do prvého obvodu sa zapíše informácia privedená na dátový vstup
a informácia z posledného člena zanikne, pretože sa už nemá kam posunúť.
Obr. 3.3.7. Štvorbitový posuvný register vpred s preklápacími obvodmi typu J – K
3.3.3. Návrh sériového posunu vpred s použitím preklápacích obvodov
typu D
Návrh je v podstate rovnaký, ako bol v predchádzajúcom prípade, avšak zmena
nastane v tabuľke prechodov pre obvod typu D. Najskôr je potrebné navrhnúť väzbu
medzi dvoma susednými členmi, ktorú môžme potom aplikovať na ľubovoľne veľký
register. Tabuľka prechodov susedných preklápacích obvodov pri použití obvodov typu D
je na (obr. 3.3.8).
Obr. 3.3.8. Tabuľka prechodov susedných preklápacích
obvodov pri posuve vpred s použitím obvodov typu D
Táto tabuľka zachytáva všetky možne kombinácie výstupov oboch členov aj
prechodov medzi nimi a k nim prislúchajúce hodnoty vstupu D, ktoré zabezpečia
prechody obvodu do požadovaného stavu (tieto hodnoty zodpovedajú správaniu
D preklápacieho obvodu popisovanom v predchádzajúcej kapitole „Syntéza sekvenčných
- 68 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
logických obvodov“). Pre zostavenie algebraického výrazu vstupu D obvodu B zostavíme
podľa tabuľky Karnaughovu mapu (obr. 3.3.9).
Obr. 3.3.9. Karnaughova mapa posuvného registra vpred
realizovaného preklápacími obvodmi typu D
Ako je vidieť z výslednej logickej funkcie pre vstup DB, realizácia posuvného
registre vpred z preklápacích obvodov D je veľmi jednoduchá a stačí, keď vstup D
príslušného člena spojíme s priamym výstupom predchádzajúceho člena (obr. 3.3.10).
Kvôli správnej činnosti sa taktiež používajú dvojfázové obvody D, ktoré sú riadené
aktívnou hranou taktovacieho impulzu, pričom aktívnou hranou pre obvod typu D je
nábežná hrana.[7]
Obr. 3.3.10. Zapojenie posuvného registra vpred s preklápacími obvodmi typu D
3.3.4. Návrh sériového posunu vzad s použitím preklápacích obvodov
typu J - K
Návrh je podobný, ako bol návrh posuvu vpred s použitím preklápacích obvodov
typu J – K len s tým rozdielom, že teraz sa bude meniť stav obvodu A v závislosti od
stavu obvodu B, čiže pôjde o posuv smerom doľava. Princíp posuvu vzad zobrazuje
schéma (obr. 3.3.11). Zmení sa aj tabuľka prechodov, pretože teraz si budeme všímať
prechody stavov obvodu A v čase t+1 v závislosti od stavu obvodu B v čase t
(obr. 3.3.12).
- 69 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Obr. 3.3.11. Posuv vzad
Obr. 3.3.12. Tabuľka prechodov susedných preklápacích
obvodov pri posuve vzad
Na základe tejto tabuľky môžme zostrojiť Karnaughovu mapu (obr. 3.3.13) pre
realizáciu preklápacími obvodmi typu J – K. Ako je vidieť z výslednej logickej funkcie
pre vstupy JA a KA, realizácia posuvného registre vzad z preklápacích obvodov J - K je
v podstate rovnaká, ako v prípade registra vpred len s tým rozdielom, že na vstupy
príslušného člena sú privedené výstupy člena nasledujúceho. (obr. 3.3.14). To platí aj
v prípade, ak chceme realizovať viacbitový register.
Obr. 3.3.13. Karnaughova mapa posuvného registra vzad
realizovaného preklápacími obvodmi typu J – K
- 70 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Obr. 3.3.14. Zapojenie posuvného registra vzad s preklápacími obvodmi typu J - K
Ako vidieť na obrázku, vstupné dáta privádzame na vstup posledného
preklápacieho obvodu. Medzi vstupmi J a K je zapojený invertor, aby sa dal preklápací
obvod korektne ovládať len jedným dátovým signálom. Na vstupy prvého obvodu
privádzame výstupy druhého obvodu, aby dochádzalo k posuvu vzad (čiže doľava). Pri
príchode dobežnej hrany posúvacieho impulzu sa informácia z výstupu druhého člena
prenesie na výstup prvého člena a na výstup druhého člena sa zapíšu nové dáta, ktoré sú
privádzané na dátový vstup.
3.3.5. Návrh sériového posunu vzad s použitím preklápacích obvodov
typu D
Keďže návrh je rovnaký, ako v predchádzajúcich prípadoch, nebudeme ho
podrobne
rozoberať
a popisovať,
uvediem
len
najdôležitejšie
zmeny
oproti
predchádzajúcim typom posuvných registrov. Jednotlivé prechody medzi stavmi obvodu
a k nim prislúchajúce potrebné hodnoty vstupu D boli uvedené v tabuľke (obr. 3.3.12).
Analogicky ako v predchádzajúcich prípadoch môžme zostrojiť Karnaughovu mapu a z
nej odvodiť logické funkcie pre vstup D prvého člena (obr. 3.3.15).
Obr. 3.3.15. Karnaughova mapa posuvného registra vzad
realizovaného preklápacími obvodmi typu D
- 71 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Ako je vidieť z výslednej funkcie pre vstup prvého obvodu, pre realizáciu
posuvného registra vzad stačí, ak vstup príslušného člena spojíme s priamym výstupom
predchádzajúceho člena (obr. 3.3.16). Keďže preklápací obvod typu D je riadený len
jedným vstupom, tak na rozdiel od predchádzajúceho prípadu registra realizovaného
z obvodov typu J – K už nemusíme použiť invertor. Inak je zapojenie v podstate rovnaké
len s tým rozdielom, že preklápací obvod D reaguje na nábežnú hranu taktovacieho
impulzu, tak aj k posunu informácií medzi jednotlivými členmi dochádza len v okamihu
zmeny posúvacieho impulzu z hodnoty 0 na hodnotu 1. V iných prípadoch sa výstupy
jednotlivých preklápacích obvodov nemenia.
Obr. 3.3.16. Zapojenie posuvného registra vzad s preklápacími obvodmi typu D
Vo všetkých štyroch predchádzajúcich prípadoch (posuvný register vpred, vzad,
realizovaný pomocou členov J – K aj D) bol ukázaný návrh väzby medzi dvoma
susednými členmi, pričom ak chceme realizovať viacbitový register, stačí navrhnutú
väzbu uplatniť medzi všetkými susednými členmi registra. Pre úplnosť preto ešte
ukážeme konkrétnu realizáciu štvorbitového registra s posunom vzad, ktorý je
realizovaný pomocou preklápacích obvodov D (obr. 3.3.17). Ako vyplýva z funkcie
takéhoto registra, ako aj z jeho zapojenia, pri príchode nábežnej hrany na vstupe
posúvacieho signálu sa informácia na dátovom vstupe prenesie na výstup obvodu D. Na
výstup obvodu C sa prenesie informácia, ktorá bola na výstupe obvodu D v okamihu
príchodu posúvacieho impulzu, čím sa vlastne posunie o jedno miesto doľava. Takto sa
presunú aj informácie medzi ostatnými výstupmi. Informácia, ktorá bola na výstupe
prvého člena sa už nemá kam posunúť a preto sa táto informácia stratí.[16]
- 72 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Obr. 3.3.17. Štvorbitový posuvný register vzad s preklápacími obvodmi typu D
3.3.6. Analýza trojbitového posuvného registra vpred
Keď už vieme navrhnúť rôzne typy posuvných registrov, bolo by vhodné sa
naučiť aj analyzovať rôzne zapojenia registrov, vedieť podľa zapojenia registra definovať
jeho funkciu a zostrojiť časový priebeh jednotlivých výstupov. Preto si teraz ukážeme
analýzu trojbitového posuvného registra vpred. ktorý je na (obr. 3.3.18). Ako vidieť na
obrázku, jedná sa o posuvný register realizovaný z preklápacích obvodov typu J – K.
Obr. 3.3.18. Trojbitový posuvný register vpred zložený z J – K preklápacích obvodov
Do registra všeobecne možno vkladať informáciu (dáta) pomocou jedného
sériového vstupu, alebo viacerých paralelných vstupov. Z registra je možné informácie
vysúvať použitím sériového výstupu, alebo pomocou viacerých paralelných výstupov.
V zapojení na (obr. 3.3.18) rozoznávame nasledovné vstupy a výstupy:
Ø
sériový vstup „Dáta“ – informácia sa ním vkladá do registra postupným
(sériovým) privádzaním logických núl a jednotiek
- 73 -
Žilinská univerzita v Žiline
Ø
Elektrotechnická fakulta
paralelné vstupy A, B a C – informácia sa privádza súčasne na niekoľko vstupov
(paralelne). Jeden bit informácie je na jednom paralelnom vstupe
Ø
sériový výstup QC – informácia sa vysúva z registra postupne (sériovo)
Ø
paralelné výstupy QA, QB a QC – informácia sa vysúva súčasne z niekoľkých
výstupov (paralelne). Jeden bit informácie je na jednom paralelnom výstupe
Ø
posúvací vstup „Posun“ – zabezpečuje synchrónne zmeny (posuvy) v jednotlivých
preklápacích obvodoch
Ø
nulovací vstup „Reset“ – zabezpečuje vynulovanie všetkých preklápacích
obvodov
Keďže tento posuvný register je zložený z preklápacích obvodov typu J – K,
aktívna hrana je dobežná a preto k posuvu informácií medzi jednotlivými preklápacími
obvodmi dôjde len v okamihu zmeny posúvacieho signálu z hodnoty 1 na hodnotu 0.
Celý register možno vynulovať (všetky výstupy budú nulové) naraz, privedením signálu
log. 0 na vstup RESET. Keďže vstupy R a S sú inverzné, uplatňujú sa pri vstupnej
hodnote log. 0. Paralelne môžeme taktiež nastaviť výstup ktorékoľvek preklápacieho
obvodu do stavu 1 privedením log. 0 na príslušný paralelný vstup daného obvodu. Treba
však dať pozor na to, aby signál hodnoty log. 0 nebol privedený súčasne na oba vstupy,
pretože to spôsobí, že oba výstupy daného preklápacieho obvodu (priamy aj negovaný) sa
nastavia do hodnoty log. 1, čím sa poruší vzájomná inverzia výstupov, čo predstavuje
zakázaný stav. Taktiež platí, že vstupy R a S sú prioritné, preto keď sú tieto vstupy
aktívne, nedochádza pri privedení taktovacieho impulzu k zápisu novej hodnoty do
registra. Bežne sa informácia do registra zapisuje pomocou sériového vstupu „Dáta“. Na
vstup „Posun“ sú privádzané synchronizačné (taktovacie, posúvacie) impulzy, ktoré
dobežnou hranou spôsobia posun informácii o jedno miesto vpred. Príklad posunu vpred
týmto registrom je na (obr. 3.3.19). Na obrázku je zachytený posun informácií medzi
jednotlivými členmi smerom doprava v okamihu dobežnej hrany taktovacieho
(posúvacieho) impulzu.[15]
- 74 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Obr. 3.3.19. Posun informácie vpred
Na (obr. 3.3.20) je zobrazený vplyv prioritného vstupu RESET na všetky výstupy
registra. Pri privedení signálu hodnoty log. 0 sa všetky výstupy registra nastavia do log. 0.
Až po skončení signálu RESET sa môžu do registra začať zapisovať nové informácie.
Obr. 3.3.20. Nulovanie registra vstupom „RESET“
Paralelné výstupy registra možno tiež nastaviť na úroveň log. 1 pomocou
paralelných vstupov, ak privedieme na ne signál s úrovňou log. 0 (vstupy S sú inverzné).
Príklad nastavenia výstupu QA preklápacieho obvodu signálom A je na (obr. 3.3.21).
Obr. 3.3.21. Nastavenie výstupu QA signálom na vstupe A
- 75 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
3.3.7. Kruhový posuvný register
Kruhový posuvný register získame tak, že spojíme výstup posledného
preklápacieho obvodu (bitu) so vstupmi prvého preklápacieho obvodu (bitu). Zapísaná
informácia potom obieha dookola v posuvnom registri. Príklad zapojenia kruhového
posuvného registra zloženého z preklápacích obvodov J – K, ak spojíme výstup
posledného preklápacieho obvodu so vstupmi prvého preklápacieho obvodu, je na
(obr. 3.3.22).
Obr. 3.3.22. Kruhový posuvný register z obvodov J – K
Vstupom SA môžme zapísať informáciu do prvého preklápacieho obvodu. Po
príchode dobežnej hrany posúvacieho impulzu sa informácie presunú o jedno miesto
doprava, pričom informácia z posledného preklápacieho obvodu sa opäť zapíše na vstup
prvého obvodu. Takto sa vždy s príchodom taktovacieho impulzu informácie posúvajú
v kruhu medzi jednotlivými členmi. Ak by sme chceli zapísať do prvého obvodu log.
nulu, museli by sme použiť aj vstup R, na ktorý by sme priviedli signál úrovne log. 0
(vstup je negovaný). Informácia sa na jednotlivých výstupoch objavuje s tretinovou
frekvenciou než je frekvencia posúvacieho impulzu, pretože register obsahuje tri členy
a na každý člen sa informácia znova presunie až po troch taktovacích impulzoch. Preto je
možné použiť kruhové registre aj ako deliče frekvencie. Správanie tohto registra
zachytáva aj časový diagram na (obr. 3.3.23).[15]
- 76 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Obr. 3.3.23. Časový diagram J – K kruhového registra
Ako je vidieť v tomto časovom diagrame, na začiatku celého cyklu sa do obvodu
zapíše signálov SA = 0 jednotka na výstup prvého obvodu. Táto jednotka potom koluje
medzi jednotlivými výstupmi do kruhu. Do obvodu je možné zapísať ľubovoľnú
informáciu, ktorá bude medzi jednotlivými výstupmi rotovať. Taktiež je možné zostaviť
tento register podobným spôsobom z preklápacích obvodov typu D. Jediný rozdiel
nastane len v tom, že k posunu informácií bude dochádzať pri nábežnej hrane
posúvacieho impulzu a nie pri dobežnej.
Modifikovaný kruhový posuvný register
Kruhový register s pozmeneným správaním získame, ak priamy výstup
posledného člena spojíme so vstupom K prvého člena a negovaný výstup posledného
člena spojíme so vstupom J prvého člena. Zapojenie takéhoto registra je na (obr. 3.3.24).
Obr. 3.3.24. Modifikovaný kruhový posuvný register z obvodov J – K
Nepoužité vstupy (R a S) predpokladáme patrične ošetrené, taktiež aj
v predchádzajúcom prípade (obr. 3.3.22). Pred prvým impulzom vynulujeme všetky
- 77 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
preklápacie obvody. To znamená, že na všetkých výstupoch Q je úroveň log. 0. Pomocou
posúvacieho impulzu „Posuv“ sa z negovaného výstupu posledného člena budú privádzať
logické jednotky na vstup J prvého člena a budú sa zapisovať (posúvať) aj do ďalších
preklápacích obvodov, až kým sa nedostanú aj na výstup posledného obvodu. Vtedy sa
negovaný výstup posledného obvodu zmení na logickú nulu a dej sa opakuje podobným
spôsobom, len do jednotlivých preklápacích obvodov sa teraz budú postupne zapisovať
logické nuly, až kým sa negovaný výstup posledného obvodu nezmení opäť na logickú
jednotku. Celý tento proces zápisu sa cyklicky opakuje a zodpovedá Johnsonovmu kódu.
Popísané správanie zachytáva časový diagram na (obr. 3.3.25).[15]
Obr. 3.3.25. Časový diagram modifikovaného kruhového registra
3.3.8. Univerzálny posuvný register
S využitím všetkých poznatkov z predchádzajúcich kapitol je možné zostrojiť aj
univerzálny posuvný register (obr. 3.3.26). Jedná sa o štvorbitový posuvný register
s asynchrónnym nastavením. Tento register umožňuje paralelný zápis dát (pre paralelný
zápis informácií používa asynchrónne vstupy R a S preklápacích obvodov) aj sériový
zápis dát (obsahuje samostatné vstupy pre sériový vstup vpred a vzad), obsahuje sériový a
paralelný výstup vpred i vzad, umožňuje zmenu smeru posuvu informácií vpred i vzad
(hodnotou signálu na vstupe „Smer“). Posun informácií je synchrónny, dochádza k nemu
pri nábežnej hrane impulzu na vstupe „Posuv“ (použité sú preklápacie obvody typu D).
Ovládanie smeru posuvu informácií je v zapojení realizované pomocou logiky
obsahujúcej tri členy NAND. Podľa úrovne signálu na vstupe „Smer“ sa na vstup D
príslušného preklápacieho obvodu tak dostáva buď výstupná hodnota nasledujúceho
členu, alebo predchádzajúceho členu.
- 78 -
Elektrotechnická fakulta
Obr. 3.3.26. Univerzálny štvorbitový posuvný register
Žilinská univerzita v Žiline
- 79 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Zapojenie obsahuje samostatné sériové vstupy a výstupy pre posun vpred i vzad.
Sériový výstup vzad a vstup vpred sú vztiahnuté k prvému členu a sériový výstup vpred
a vstup vzad sú vztiahnuté k poslednému členu zapojenia. Ďalej obsahuje aj paralelné
vstupy, ktoré umožňujú zapísať požadované hodnoty do ktoréhokoľvek preklápacieho
obvodu. Tieto vstupy sú asynchrónne a nezáležia od posúvacieho impulzu. Tieto vstupy
sú ošetrené proti vzniku nepovoleného stavu (R = S = 0) tým, že vstupy R a S príslušného
preklápacieho obvodu sú ovládané len jedným paralelným vstupom, pričom je
zabezpečené, že keď signál „Zápis“ je aktívny, sú vstupy R a S vzájomne inverzné. Keď
je signál „Zápis“ rovný nule, sú oba vstupy R a S rovné log. 1 a neuplatnia sa. Uplatnia sa
však len vtedy, ak je na vstupe „Zápis“ signál s úrovňou log. 1, čím je umožnený
paralelný zápis informácie do všetkých obvodov naraz pri príchode impulzu na tomto
vstupe. Paralelné výstupy obvodu umožňujú indikovať stav všetkých preklápacích
obvodov súčasne. Úpravou zapojenia je možné dosiahnuť aj synchrónnu verziu
univerzálneho posuvného registra, kde všetky operácie register vykonáva synchrónne
s taktovacím signálom.
Z uvedených typov zapojení rôznych posuvných registrov vidíme, že posuvné
registre majú široké uplatnenie a môžme ich použiť ako:
Ø
vyrovnávacia pamäť: uchovanie paralelne nahrávaných informácií bez posunu
medzi dvoma riadiacimi (posúvacími) impulzmi
Ø
sériovo-paralelný prevodník: sériovým vstupom a posunom sa sériové
informácie načítajú do registra a paralelne sa z neho vyčítajú
Ø
paralelno-sériový prevodník: do registra sa nahrajú paralelné informácie
a posunom sa vyšlú cez sériový výstup
Ø
oneskorovací obvod: výstupná informácia zo sériového výstupu je oneskorená
voči vstupnej o toľko taktov (impulzov), koľko bitov (preklápacích obvodov) má
register. Oneskorenie je dané súčinom počtu preklápacích obvodov registra
a periódy taktovacieho impulzu
Ø
radič (kruhový register): umožňuje kruhový posun informácie zapísanej do
registra, pričom je použitá spätná väzba z výstupu na vstup registra. V registri sa
kruhovo posúva informácia raz paralelne nahratých dát, alebo sa vonkajšími
obvodmi zaisťuje obnova špecifickej posúvanej informácie (posun jedinej
jednotky)
- 80 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
3.3.9. Hypertextové odkazy
< reverzibilné >
Reverzibilné posuvné registre sú také, ktoré umožňujú prepínať smer posúvania
informácií vpred i vzad. Reverzibilná činnosť registra je zabezpečená pomocou
kombinačnej logiky, ktorá sa nachádza medzi jednotlivými stupňami (preklápacími
obvodmi) registra.
< patrične ošetrené >
Ošetrenie vstupov znamená, že všetky nepoužité vstupy pripojíme na signál takej
úrovne, aby sa tieto vstupy nemohli uplatňovať a nemenili funkciu obvodu. V tomto
prípade to znamená, že vstupy R a S pripojíme trvale na signál úrovne log. 1, pretože pri
tejto hodnote sa tieto vstupy neuplatňujú (sú inverzné a uplatňujú sa pri signáloch
s úrovňou log. 0).
3.3.10. Testovanie vedomostí
1. Nasledujúci obrázok predstavuje posuvný register:
a) vzad
b) vpred
c) kruhový
d) reverzibilný
- 81 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
2. Nasledujúci obrázok predstavuje posuvný register:
a) vzad
b) vpred
c) kruhový
d) reverzibilný
3. Posuvný register vpred realizovaný členmi J - K zostrojíme tak, že:
a)
vstup J daného obvodu spojíme s negovaným výstupom nasledujúceho
obvodu a vstup K s priamym výstupom nasledujúceho obvodu
b) vstup J daného obvodu spojíme s priamym výstupom nasledujúceho obvodu
a vstup K s negovaným výstupom nasledujúceho obvodu
c)
vstup J daného obvodu spojíme s negovaným výstupom predchádzajúceho
obvodu a vstup K s priamym výstupom predchádzajúceho obvodu
d)
vstup J daného obvodu spojíme s priamym výstupom predchádzajúceho
obvodu a vstup K s negovaným výstupom predchádzajúceho obvodu
4. Posuvný register vzad realizovaný členmi D zostrojíme tak, že:
a) vstup D daného obvodu spojíme s priamym výstupom predchádzajúceho
obvodu
b) vstup D daného obvodu spojíme s negovaným výstupom predchádzajúceho
obvodu
c) vstup D daného obvodu spojíme s priamym výstupom nasledujúceho obvodu
d) vstup D daného obvodu spojíme s negovaným výstupom nasledujúceho
obvodu
5. Ako paralelné vstupy sa pri registroch používajú:
a) vstupy R a S preklápacích obvodov
b) registre majú len sériový vstup, paralelný môžu mať len výstup
c) taktovacie vstupy TC
d) vstupy J a K, resp. D
- 82 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
6. Predpokladajme stav registra, ako je na obrázku. Po príchode ďalších dvoch
posúvacích impulzov bude na výstupoch registra ABCD stav:
a) 0 0 1 0
b) 1 0 0 0
c) 1 1 1 0
d) 1 0 1 1
7. Časový diagram na obrázku predstavuje posuvný register:
a) vzad, realizovaný obvodmi D
b) vzad, realizovaný obvodmi J - K
c) vpred, realizovaný obvodmi D
d) vpred, realizovaný obvodmi J - K
8. Reverzibilný posuvný register je taký, ktorý:
a) umožňuje posun informácií oboma smermi
b) neumožňuje posun informácií
c) umožňuje prenos informácií z výstupu na vstup
d) umožňuje prenos informácií zo vstupu na výstup
- 83 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
9. Kruhový posuvný register sa používa najčastejšie ako:
a) vyrovnávacia pamäť
b) oneskorovací obvod
c) radič
d) prevodník
10. Čím je určený počet bitov registra:
a) dĺžkou vstupného slova
b) počtom dátových vstupov
c) počtom preklápacích obvodov
d) počtom taktovacích impulzov
- 84 -
Žilinská univerzita v Žiline
4.
Elektrotechnická fakulta
LMS SYSTÉM MOODLE
Výsledný mnou spracovaný kurz bol navrhovaný tak, aby mohol byť vložený
a ďalej distribuovaný LMS systémom MOODLE. Keďže v čase tvorby kurzu som ešte
nemal prístup do žiadneho takéhoto systému, rozhodol som sa nainštalovať si vlastný
systém (na www adrese „http://mnmoodle.tym.sk/“), v ktorom som kurz optimalizoval do
výslednej podoby so všetkými možnosťami, ktoré tento LMS systém ponúka. Neskôr
bude kurz vložený do vzdelávacieho systému Žilinskej univerzity, kde bude slúžiť
študentom, prípadne iným záujemcom o problematiku logických obvodov.
4.1.
Popis
Systém MOODLE (Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment)
v preklade znamená „modulárne objektovo orientované dynamické prostredie pre výuku“.
Je to softvérový balíček pre tvorbu výukových systémov a elektronických kurzov. Je
poskytovaný zdarma, ako „Open Source“ softvér spadajúci pod obecnú verejnú licenciu
GNU. MOODLE je možné použiť na akomkoľvek počítači s fungujúcim PHP. Podporuje
veľkú radu databáz, avšak najväčšiu podporu má pre databázu MySQL. Používatelia
môžu s týmto systémov pracovať pomocou bežných internetových prehliadačov. Všetky
aktivity (diskusné fóra, testy, zdroje, …) zabezpečujú jednotlivé moduly.
MOODLE poskytuje niekoľko prístupov bežných aj v iných LMS systémoch:
Ø
študentský
Ø
učiteľský
Ø
administrátorský
Vzhľad stránky sa v jednotlivých prístupoch príliš nelíši. Rozdiel je iba v
ponúkaných možnostiach a právach jednotlivých prístupov. Najmenšie možnosti a práva
má študentské konto, najväčšie možnosti a práva má administrátor. Veľmi dôležitou
súčasťou nastavení je formát kurzu. V súčasnosti sú možné tri formáty kurzov. Formáty
kurzov sú šablóny, ktoré určujú rozloženie jednotlivých súčastí kurzu do menších celkov.
V mojom prípade je najvhodnejší „tematický formát“ kurzu.
Kurz môže obsahovať elektronické multimediálne prvky, ktoré sa dajú prezerať v
internetových prehliadačoch. To znamená, že môžete použiť všetky grafické, zvukové a
- 85 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
video súbory, ďalej FLASH animácie, dokumenty z wordu, www stránky a iné. Tieto
súbory si môžete uložiť na serveri pomocou nástroja Prenos súborov. V kurze môžete tiež
robiť odkazy na www stránky iných serverov, na ktorých máte pripravené študijné
materiály.
4.2.
Aktivity
Pre realizáciu vzdelávacích kurzov je možné v systému MOODLE využiť viacero
aktivít. Tie môže učiteľ vkladať na ľubovoľné miesto v kurze. Jednotlivé aktivity fungujú
na princípe modulov, ktoré možno do systému dopĺňať a tým zlepšovať jeho možnosti
a využitie. Medzi základné a najpoužívanejšie aktivity patria:
Ø
Zadanie:
prestavuje stanovenie úlohy. Pritom sa určuje dátum a maximálna
známka, ktorú môže študent dosiahnuť. Pomocou tejto aktivity môžete od
študentov
požadovať
vypracovanie
nejakej
úlohy
a
jej
odovzdanie
prostredníctvom internetu. Jednotlivé vypracované zadania môžete ohodnotiť
známkou (bodmi) a môžete tiež pridať písomný komentár. Po krátkej dobe sa
študenti môžu dozvedieť svoje hodnotenie.
Ø
Odpoveď: na položenú otázku má študent možnosť vybrať si jednu odpoveď z
mnohých. Pomocou tejto aktivity môžete robiť jednoduché testy alebo zisťovať
názor študentov na vybrané témy.
Ø
Fórum: je to diskusné fórum s rôznymi variantmi (jednoduchá diskusia na jednu
tému, všeobecné fórum pre všetkých, ...). Pomocou tejto aktivity sa študenti môžu
dozvedieť odpovede na svoje otázky (od učiteľa alebo od svojich spolužiakov).
Ø
Spis: odpoveď na otázku s otvoreným koncom. Táto aktivita môže mať určené
obdobie, počas ktorého bude prístupná a maximálnu známku, ktorou sa bude
hodnotiť.
Ø
Zdroj: je to vlastne študijný materiál, z ktorého majú vaši študenti študovať. Sú
to dopredu pripravené materiály uložené na serveri, texty napísané priamo v
prostredí Moodle, alebo odkazy na www stránky so študijnými materiálmi.
Ø
Test: jednoduchý test vytvorený z niekoľkých typov otázok. Otázky sú v
kategorizovanej databáze a môžu byť opakovane použité. Testy povoľujú viacero
pokusov.
Ø
Prieskum: je to niekoľko typov dotazníkov.
- 86 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Tieto aktivity môžete pridávať pomocou voľby „Zapnúť upravovanie“. Použitím tohto
prepínača sa objavia nástroje na vkladanie a editovanie jednotlivých aktivít. Všetky
aktivity môžete študentom sprístupniť (v prípade prekročenia časového obdobia skryť)
pomocou ikony na to určenej (oko). Takým istým spôsobom môžete pred študentmi skryť
jednotlivé témy (aby sa nerozptyľovali tým, čo ich ešte čaká) a ukázať im len aktuálnu
tému.
4.3.
Činnosť kurzu
Obr. 4.3.1. Ukážka kurzu v systéme MOODLE
Na (obr. 4.3.1.) je vidieť dizajn kurzu umiestneného do systému MOODLE.
V ľavom menu sú aktivity systému, ako napríklad fórum, zdroje, kurzy, atď. V pravom
menu sa nachádzajú informácie o aktuálnej činnosti daného používateľa a udalosti.
Jadro celého kurzu sa nachádza v strede okna. Študent si môže spustiť kurz
priamo zo systému MOODLE, alebo si najskôr stiahnuť offline verziu CBT kurzu
a následne ju prezerať bez nutnosti pripojenia k internetu. Spustiť môže buď kompletný
- 87 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
kurz, alebo len vybratú kapitolu. Taktiež si môže ku každej kapitole stiahnuť verziu
vhodnú pre tlač. Kurz obsahuje niekoľko testov. Každá kapitola obsahuje test, v ktorom je
v náhodnom poradí generovaných 10 otázok, pričom dochádza aj k premiešaniu poradia
jednotlivých odpovedí. Vstup do testu je chránený heslom a kurz má časový limit 20
minút. Po dokončení testu systém automaticky vyhodnotí a zobrazí správne odpovede
a vypíše dosiahnutý počet bodov. Ak študent predčasne ukončí test (zlyhá internetové
pripojenie, zavrie prehliadač, …), pri opätovnom prihlásení môže pokračovať tam, kde
predtým skončil, systém si pamätá už zodpovedané otázky. Celý test beží
v zabezpečenom okne, aby študent nemohol kopírovať jednotlivé otázky prípadne inak
neoprávnene zasahovať do testu. V kurze je aj hlavný test, v ktorom je náhodne
generovaných 10 otázok zo všetkých kapitol (z celkového počtu 30 otázok). Ostatné
pravidlá sú rovnaké, ako pre ďalšie testy.
Pri akýchkoľvek komplikáciách s kurzom, alebo nejasností s danou problematikou
sa môže študent obrátiť na pomoc učiteľa alebo ostatných používateľov prostredníctvom
diskusných fór, alebo integrovanému systému zasielania správ.
- 88 -
Žilinská univerzita v Žiline
5.
Elektrotechnická fakulta
ZÁVER
Hlavným cieľom mojej diplomovej práce
bolo
navrhnutie a realizácia
multimediálneho kurzu pre dištančnú formu vzdelávania. Hlavný dôraz bol kladený na
schopnosť kurzu jednoduchým a názorným spôsobom objasniť danú problematiku , ale aj
na čo najmenšie požiadavky na prenosový kanál a archivačné média. Výsledný kurz je
vložený do systému MOODLE, ktorý zabezpečuje jeho distribúciu a v budúcnosti môže
zabezpečovať aj podporu a riadenie vyučovacieho procesu.
Tento kurz je určený najmä pre študentov venujúcich sa problematike logických
obvodov, ale aj pre ďalších používateľov, ktorý majú záujem a chuť získať, resp. rozšíriť
si vedomosti z tejto oblasti. Kvôli efektívnemu vysvetleniu poskytovaných informácií sú
v kurze
dlhé
bloky
textu
nahradené
názornou
animáciou.
Ako
je
známe
z psychologického hľadiska, človek si ľahko zapamätá to, čo vidí, ale najľahšie si
zapamätá to, čo si môže odskúšať alebo overiť. Preto väčšina animácií je interaktívnych,
čo umožňuje študenta „zatiahnuť“ do deja a rozmýšľať nad tým, čo študuje.
Každá kapitola obsahuje hypertextové odkazy, ktoré umožňujú ukryť doplnkové
informácie mimo hlavnej stránky a pozrú si ich len tí študenti, ktorí budú mať o ne
záujem. Po doštudovaní kapitoly si študujúci môže overiť nadobudnuté vedomosti
pomocou pripravených testov, ktoré sú automaticky vyhodnocované, čo je veľkou
výhodou. Na konci každej kapitoly je uvedená literatúra, ktorú som použil pri tvorbe
a odkazy na internetové zdroje, kde si môžu záujemci ešte viac prehĺbiť svoje vedomosti.
Počas tvorby som kurz nechával testovať pár záujemcom. Cieľom bolo zistiť
názory ostatných študujúcich, zistiť čo by bolo vhodné doplniť alebo prepracovať.
Ich pripomienky spolu s cennými radami vedúceho diplomovej práce som potom
aplikoval pri tvorbe kurzu.
Vývoj spoločnosti je vždy daný technologickým vývojom. Ten je v súčasnosti
najviac ovplyvnený prudkým rozvojom informačných a komunikačných technológií,
ktoré ovplyvňujú všetky odvetvia hospodárskeho a spoločenského života. Vzdelávanie
nemôže byť výnimkou. Pre nás sú niečím novým informačno-komunikačné technológie.
Prostredníctvom nich, ako novej technológie, nastal vo vzdelávaní problém, ktorý je
potrebné riešiť. Tento problém nie je v informačno-komunikačných technológiách, ale v
tom, k akému účelu ich máme vo vzdelávaní použiť. To znamená, že majú pomôcť
vytvoriť nové, moderné vzdelávanie, ktorým sa e-learning v posledných rokoch stáva.[1]
- 89 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY
[1]
Zborník eLearn 2007. Žilina 2007
[2]
DROZDOVÁ M., KLIMO M., KOVÁČIKOVÁ T.: E-learning – elektronické
vzdelávanie a spracovanie dokumentov. Žilina 2002, [cit. 2007-04-10] Dostupné na
WWW: http://www.cvtisr.sk/itlib/itlib022/drozdova.htm
[3]
MOLNÁR J.: Vzdelávanie v digitálnom svete. Nitra 2003, [cit. 2007-04-12]
Dostupné na WWW: http://divai.ukf.sk/clanky/2003/Molnar.pdf
[4]
IBM: IBM IT Education Services. Bratislava 2005, [cit. 2007-04-13] Dostupné na
WWW: http://www-304.ibm.com/jct03001c/services/learning/sk/pdfs/ecdl.pdf
[5]
DUDÍK T.: Virtuálne laboratórium, alebo stačí nám len HTML?. Martin 2004,
[cit. 2007-04-13] Dostupné na WWW:
http://virtual.fpv.umb.sk/zbornik/zb2004/Dudik.pdf
[6]
ANTOŠOVÁ M., DAVÍDEK V.: Číslicová technika. 1. vyd., České Budějovice:
KOOP, 2003. ISBN 80-7232-206-0
[7]
CHARLES H. ROTH, Jr.: Fundamentals of Logic Design (5th edition). Pws Pub
Co, 2003. ISBN 05-3437-804-8
[8]
KESL J.: Elektronika III - číslicová technika. Praha: BEN - technická literatura,
2005. ISBN 80-7300-182-9
[9]
PINKER J., POUPA M.: Číslicové systémy a jazyk VHDL. Praha: BEN - technická
literatura, 2006. ISBN 80-7300-198-5
[10] MATOUŠEK D.: Číslicová technika - základy konstruktérske praxe. Praha: BEN technická literatura, 2001. ISBN 80-7300-025-3
[11] COOK NIGEL P.: A First Course in Digital Electronics. Prentice Hall, 1999.
ISBN 0-13-779836-9
[12] PREDKO M.: Digital Electronics Demystified. United States: McGraw-Hill, 2005.
ISBN 0-07-144141-7
[13] STOREY N.: Electrical & Electronic Systems. Pearson Higher Education, 2004,
ISBN 01-30-93046-6
- 90 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
[14] FRIŠTACKÝ N. a kol.: Logické systémy. Bratislava: ALFA, 1986
[15] HRIANKA M.: Elektronické logické obvody. Žilina: Vysoká škola dopravy a spojov,
1992. ISBN 80-7100-066-3
[16] DIVIŠ Z., CHMELÍKOVÁ Z., PETŘÍKOVÁ I.: Logické obvody pro kombinované
a distanční studium. Ostrava 2003, [cit. 2007-02-10] Dostupné na WWW:
http://nwfei1.vsb.cz/www/files/LO_01.pdf
- 91 -
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Čestné vyhlásenie
Vyhlasujem, že som zadanú diplomovú prácu vypracoval samostatne, pod odborným
vedením vedúceho diplomovej práce doc. Ing. Miroslava Hrianku, PhD. a používal
som len literatúru uvedenú v práci.
Súhlasím so zapožičiavaním diplomovej práce.
V Žiline................................
Podpis diplomanta.....................................
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Poďakovanie
Touto cestou by som sa chcel poďakovať všetkým, ktorí mi pri tvorbe diplomovej
práce pomohli. Doc. Ing. Miroslavovi Hriankovi, PhD. ďakujem za odborné vedenie,
cenné rady a pripomienky, poskytnutie odbornej literatúry a ochotu pomôcť pri
vypracovaní tejto diplomovej práce.
Ešte raz Vám ďakujem.
Autor
ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE
Elektrotechnická fakulta
Katedra telekomunikácií
Optimalizácia informačného obsahu
v systéme LMS Moodle
Prílohová časť
Martin Nottný
2007
Žilinská univerzita v Žiline
ZOZNAM PRÍLOH
Príloha A
Ukážka CBT kurzu v prostredí Internet Explorer 7
Príloha B
Ukážka kurzu vloženého do systému MOODLE
Príloha C
CD-ROM s CBT kurzom a diplomovou prácou
Elektrotechnická fakulta
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Príloha A: Ukážka CBT kurzu v prostredí Internet Explorer 7
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Príloha B: Ukážka kurzu vloženého do systému MOODLE
Download

Diplomová práca - Žilinská univerzita