МАРК РЕГНЕРУС ДОСЛІДЖЕННЯ: Наскільки відрізняються діти, які виросли в одностатевих союзах
РЕЗОЛЮЦІЯ: Громадського обговорення навчальної програми статевого виховання ЧОМУ ФОНД ОЛЕНИ ПІНЧУК І МОЗ УКРАЇНИ ПРОПАГУЮТЬ "СЕКСУАЛЬНІ УРОКИ" ЕКЗИСТЕНЦІЙНО-ПСИХОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ПОРУШЕННЯ СТАТЕВОЇ ІДЕНТИЧНОСТІ ПІДЛІТКІВ Батьківський, громадянський рух в Україні закликає МОН зупинити тотальну сексуалізацію дітей і підлітків Відкрите звернення Міністру освіти й науки України - Гриневич Лілії Михайлівні Представництво українського жіноцтва в ООН: низький рівень культури спілкування в соціальних мережах Гендерна антидискримінаційна експертиза може зробити нас моральними рабами ЛІВИЙ МАРКСИЗМ У НОВИХ ПІДРУЧНИКАХ ДЛЯ ШКОЛЯРІВ ВІДКРИТА ЗАЯВА на підтримку позиції Ганни Турчинової та права кожної людини на свободу думки, світогляду та вираження поглядів Контакти
Тлумачний словник |
|
|||||||
Поняття елементів, вузлів і пристроїв комп'ютерної схемотехнікиТема 1.1 Вступ. Логічні елементи Комп’ютерна схемотехніка – це науково-технічна дисципліна, яка вивчає теоретичні методи аналізу і синтезу схем комп’ютерів (електронних обчислювальних машин) і засоби їхньої технічної реалізації. Розвиток комп’ютерної схемотехніки є основою удосконалення архітектури комп’ютерів, якісного підвищення їхньої продуктивності та надійності, істотного зменшення масових та габаритних показників. Комп’ютери широко використовують у цивільній авіації та інших галузях господарства. Технічні засоби комп'ютерної схемотехніки залежно від функцій, які вони виконують, поділяють на елементи, функціональні вузли і пристрої, а також мікропроцесори та комп'ютери (рис. 1.1). Вони призначені для оброблення дискретної інформації і тому називаються цифровими. Технічні засоби комп'ютерної схемотехніки в даний час основані на інтегральних мікросхемах (IMC) різного ступеня складності. Елементами в комп'ютерній схемотехніці називаються найменші неподільні мікроелектронні схеми (вироби), призначені для виконання логічних операцій або зберігання біта інформації. До елементів умовно відносяться і допоміжні схеми – підсилювачі, повторювачі, формувачі та ін. Елементи будуються на основі двопозиційних ключів, що технічно реалізується найпростіше. Елементи з двома станами називаються двійковими. На входах і виходах двійкового елемента діють напруги, які набувають у сталому режимі двох значень – високого UH і низького UL рівнів (індекси від англійських слів High і Low). Ці напруги відображають електричні сигнали. Сигнал з двома станами називається двійковим. Перехід елемента з одного стану в інший називається його перемиканням. На основі елементів будують типові функціональні вузли. Елементарні дії, які виконуються в комп'ютерах за один машинний такт, називаються мікроопераціями. У комбінаційних схемах логічний стан виходів елементів залежить тільки від комбінації вхідних сигналів у даний момент часу. До функціональних вузлів комбінаційного типу відносяться суматори, дешифратори, шифратори, мультиплексори і демультиплексори, схеми порівняння (компаратори) і контролю за парністю, кодоперетворювачі.
Частота ГТІ вимірюється десятками і сотнями мегагерц. У літературі ГТІ часто називають генераторами синхронізуючих імпульсів, а самі імпульси називають синхронізуючими або синхроімпульсами. Амплітуда і полярність імпульсу C залежить від фізичних принципів побудови машини. Принцип подачі інформації на входи елементів і вузлів у тактові моменти називається дискретизацією сигналів у часі.
У логіці значення двійкового сигналу і відповідної змінної Х кодуються символами 0 (лог. 0) і 1 (лог. 1). Напругу, що відображає символ 1, позначимо через U1, а символ 0 – через U0. Розрізняють два способи кодування логічних сигналів Хі потенціальними сигналами – позитивний та негативний. При позитивному кодуванні (позитивна логіка чи угода) більший рівень напруги UН з урахуванням знака відображає лог. 1, а менший UL – лог.0, тобто Х = 1, якщо U1 = UH, та Х = 0 при U0=UL (рис. 1.4, а). При негативному кодуванні (негативна логіка чи угода) більший рівень напруги UH з урахуванням знаку відображає лог. 0, а менший UL – лог. 1, тобто Х = 1, якщо U1 = UL, та Х = 0 при U0 = UH (рис. 1.4, б).
Для імпульсних сигналів розрізняють два роди кодування (рис. 1.5): перший – наявність імпульсу відображає лог. 1, відсутність – лог. 0; другий – наявність імпульсу однієї полярності відображає лог. 1, а іншої полярності – лог. 0. Елементи комп’ютерів класифікуються за такими ознаками: використовуваними фізичними приладами; видом інформаційних сигналів; функціональним призначенням; конструкційно-технологічним виготовленням; рівнем і ступенем складності. За типом фізичних приладів розрізняють такі елементи: побудовані на електронних лампах – перше покоління; на транзисторах – друге покоління; на ІМС малого і середнього ступеня інтеграції – третє покоління; на великих і надвеликих ІМС – четверте покоління. За функціональним призначенням елементи комп’ютерної схемотехніки поділяють на такі класи: логічні елементи, призначені для виконання логічних операцій – НЕ, І, ЧИ, НЕ І, НЕ ЧИ, НЕ І ЧИ та ін.; елементи, які запам'ятовують – тригери, призначені для зберігання значення однієї двійкової змінної – нуля або одиниці, тобто одного біта інформації; За конструкційно-технологічним виготовленням елементна база сучасної комп'ютерної схемотехніки складається з інтегральних мікросхем. Це – мікроелектронні вироби з високою щільністю упаковування електрорадіоелементів (резисторів, діодів, транзисторів) і з'єднань між ними. З погляду специфікації, випробування, постачання та експлуатації ІМС розглядаються як єдине ціле. Мікросхеми класифікують за такими головними ознаками: технологією виготовлення – напівпровідникові, гібридні, плівкові; конструкційним оформленням – корпусні та безкорпусні; формою оброблення інформації – аналогові, цифрові й аналого-цифрові; ступенем інтеграції (складності) – малі, середні, великі, надвеликі й ультравеликі; типом активних елементів – побудованих на біполярних і МОН-транзисторах; Набір цифрових мікросхем із спільними конструктційно-технологічними і схемотехнічними ознаками утворює серію ІМС. У комп'ютерній схемотехніці широко застосовуються цифрові напівпровідникові корпусні ІМС на основі кремнію і арсеніду галію. Функціонально повна система логічних елементів дозволяє побудувати будь-яку складну логічну схему. Такі системи утворюються такими наборами логічних елементів: 1) ЧИ, НЕ; 2) І, НЕ; 3) НЕ ЧИ; 4) НЕ І та іншими. З урахуванням вищевикладеного можна сказати, що система елементів являє собою функціонально і технічно повний набір елементів, який використовує однакові способи представлення інформації, а також має спільні конструктивно-технологічні характеристики. Характеристики логічних елементів Логічні, схемотехнічні й експлуатаційні властивості логічних елементів визначаються сукупністю характеристик і параметрів, до яких відносяться: 1) функції логічних елементів; 2) логічні угоди; 3) коефіцієнти об'єднання за входом і виходом; 4) коефіцієнт розгалуження; 5) швидкодія; 6) потужність споживання; 7) робота перемикання; 8) вхідні й вихідні напруги і струми; 9) статична і динамічна стійкість до перешкод; 10) надійність елементів; 11) допустимі розміри механічних впливів, діапазони тиску і температури навколишнього середовища, стійкість до радіаційних впливів; 12) маса, вартість і конструктивне оформлення. У більшості випадків зазначені характеристики і параметри відносяться і до ІМС, на яких реалізовані логічні елементи. Коефіцієнт об'єднання за виходом N0 характеризує допустиму кількість з’єднаних між собою виходів логічних елементів з метою утворення нових функцій.
Прийняті такі визначення і буквені позначення електричних параметрів цифрових мікросхем (ДСТУ 2883-94): вхідні UI і вихідні UO рівні напруг (індекси – від англійських слів Input і Output); вхідні напруги низького UIL і високого UIH рівнів; для них установлюються максимальне значення низького рівня UIL max та мінімальне значення високого рівня UIH min (рис. 1.8, а); вихідні напруги низького UOL і високого UOH рівнів; для них установлені максимальне значення низького рівня UОL max та мінімальне значення високого рівня UОH min (рис. 1.8, б); вхідний II і вихідний IO струми; вхідний струм IIL – при низькому рівні напруги на вході, IIH – при високому; вихідний струм IOL – при низькому рівні напруги на виході, а IOH – при високому; UCC – значення напруги джерела живлення; IСС – струм, споживаний ІМС від джерела живлення; PСС – потужність, споживана ІМС від джерела живлення;
Основні параметри логічних елементів визначають за допомогою вхідної, вихідної і передатної характеристик. Типові графіки цих характеристик для інвертувальних елементів транзисторно - транзисторної логіки наведені на рис. 1.9.
Рис. 1.9. Характеристики логічного транзисторно - транзисторного елемента: а – вхідна; б – вихідна; в – передавальна Вихідна характеристика логічного елемента UO = f (IО) визначає залежність вихідної напруги від струму навантаження для станів високого і низького рівнів (рис. 1.9, б). Середня споживана потужність P*CC елементом від джерела живлення обчислюється за формулою де ICCL, ICCH – струми споживання при низькому і високому рівнях напруги на виході відповідно; I*CC – середній струм споживання. Сучасні елементи споживають потужність від мікроват до десятків міліватів. Для вимірювання часових параметрів сигналу встановлюють умовні рівні в частках від амплітуди – 0,1; 0,5 і 0,9. Швидкодію мікросхем визначають за значеннями таких тривалостей: Для практичних розрахунків використовують середній час затримки поширення сигналу
б – часу вмикання tTHL і вимикання tTLH; в – часу затримок розповсюдження сигналу при вмиканні tPHL та вимиканні tTLH Надійність ІМС характеризується трьома взаємозалежними показниками: 1) інтенсивністю відмов l = n / (mt), де n – число відмов за час випробування, год; m – загальна кількість випробуваних мікросхем; 2) напрацюванням на відмову T = 1/l; 3) можливістю безвідмовної роботи протягом заданого інтервалу часу P = exp (–lt).
|
||||||||
|