2.5. Число каскадов элементов в логической схеме.

Известно, что информационный сигнал в процессе своего преобразования и выполнения заданной функции проходит в логической схеме через некоторое число каскадов элементов h. На каждом каскаде имеет место задержка сигнала, что в итоге характеризует скорость (или быстродействие) передачи информации в устройстве.

Число каскадов элементов является более общим понятием характеристики логической схемы. В зависимости от вида структурного уровня устройства этот параметр может быть выражен разными показателями: например, числом каскадов ЭЛЭ, числом каскадов ИС или БИС, числом каскадов функциональных ячеек и т.д. Использование этого общего понятия играет важную роль при проведении процессов компоновки элементов в логической схеме.

Наибольший интерес, независимо от вида структурного уровня, представляет характеристика схемы по числу каскадов элементов, выраженная числом каскадов ЭЛЭ (H). Для того чтобы определить число каскадов ЭЛЭ в узле, заданного, напр., числом каскадов ИС (h₂), необходимо знать (или определить) число каскадов ЭЛЭ в ИС (H₁). В результате общее число каскадов ЭЛЭ в таком узле Н₂ можно определить по формуле:

(2.2)

Наличие информации по числу каскадов элементов в логической схеме устройства позволяет оценивать более важные вторичные показатели быстродействия устройств с учетом задержки сигнала в линиях связи на любом уровне компоновки реальной конструкции. Сюда относятся показатели системного, функционального и тактового быстродействия, методы расчета которых с использованием параметров по числу каскадов элементов в устройствах приведены ниже.

2.6. Нагрузочная способность логических цепей.

Логические цепи являются вторым (после ЛЭ) по значимости объектом функционального структурного уровня СВТ. Без логических (электрических) цепей невозможно получить логическую функцию, точно также как невозможно ее получить без логических элементов.

Множество логических цепей, имеющихся в структурных уровнях элементов и устройств, подразделяются на 3‑и основных вида: разборные (разветвленные), сборные (объединительные) и сборно-разборные (или разветвленно-объединительные).

Разборная цепь характеризуется наличием одного источника (выходного контакта элемента) и n‑приемников (n‑входных контактов разных элементов). Это значит, что разборные цепи можно характеризовать параметром n, именуемым как нагрузочная способность логических цепей по входу. При n = 1 разборная цепь превращается в простую цепь (эквивалентную простой связи), соединяющую два контакта разных элементов. Следует отметить, что число связей в разборной цепи определяется ее нагрузочной способностью по входу n.

Сборная цепь характеризуется наличием одного приемника (входного контакта элемента) и l ‑ источников (l‑выходных контактов разных элементов). Следовательно, сборные цепи можно характеризовать параметром l, именуемым как нагрузочная способность логических цепей по выходу. При l = 1 сборная цепь превращается в простую цепь (простую связь), соединяющую два контакта разных элементов. Отметим также, что число связей в сборной цепи определяется ее нагрузочной способностью по выходу l.

Сборно-разборная цепь (иногда именуется как магистральная цепь) характеризуется наличием n ‑ приемников (входных контактов разных элементов) и l ‑ источников (выходных контактов разных элементов). Такие цепи характеризуются комбинацией параметров n и l, т.е. нагрузочной способностью как по входу, так и по выходу. При условии n = 1 и l = 1 сборно-разборная цепь превращается в простую цепь (связь), соединяющую два контакта (в данном случае 1‑входной и 1‑выходной) разных элементов. Необходимо отметить, что число связей в сборно-разборной цепи определяется суммой нагрузочных способностей цепи по входу и выходу за вычетом единицы, т.е. (n + l – 1).

В реальных логических схемах на любом функциональном структурном уровне (кроме 0‑го уровня, характерного для БЛЭ) могут иметь место все виды логических цепей. Однако характер их использования на этих уровнях имеет свои особенности, связанные с делением всех логических цепей на две основные группы: на внутренние цепи и внешние цепи. При этом внешние логические цепи подразделяются на внешние входные и внешние выходные. Таким образом, в целом на любом функциональном структурном уровне (уровне компоновки) имеет место, в зависимости от принадлежности, по существу 3‑и группы логических цепей: внешние входные, внешние выходные и внутренние. Если внешние входные цепи характеризуются использованием только разборного типа цепей, то внешние выходные цепи, наоборот, характеризуются использованием только сборного типа. Внутренние же логические цепи могут представлять собой различные сочетания разборных, сборных и сборно-разборных цепей.

Следует отметить одно обстоятельство. При заданном числе элементов и заданном числе внешних цепей можно получать различные функции в логической схеме узла или устройства при условии изменения значений параметров логических цепей по нагрузочной способности. При этом число внутренних цепей может изменяться в зависимости от параметров n и l и соотношений между ними.

Параметры логических цепей по нагрузочной способности играют важную роль при определении вторичных параметров конструкций устройств, в частности, при определении длин связей и цепей. Это позволяет производить расчеты конструктивных задержек в логических цепях и оценивать качество проектируемых устройств по параметрам быстродействия, а также определять суммарные длины логических цепей, необходимые для расчетов плотности связей, трассировочной способности и слойности коммутационных элементов конструкций микросхем, узлов и устройств ЭВМ.

Приведенные аргументы свидетельствуют о важности параметров n и l, которые отнесены к категории основных компоновочных параметров логических схем структурных уровней компоновки ЭВМ.