- •Логические операции и элементарные логические функции.
- •2. Законы отрицания
- •3. Комбинационные законы
- •3.Способы представления логических функций. Минимизация функций алгебры логики методом Вейча-Карно.
- •3. Логические элементы. Параметры логических элементов. Типы выходных каскадов.
- •4. Типовые комбинационные схемы. Назначение, принципы построения, примеры использования.
- •5.Триггеры.
- •6.Регистры. Классификация, принципы построения, выполняемые функции, примеры использования.
- •7. Счётчики: назначение, классификация, принципы построения, примеры использования
- •8. Полупроводниковая память: назначение, классификация. Принципы построения адресных зу.
- •9. Принцип работы эвм. Классификация мп. Программная модель мп Intel 8086. Сегментация памяти
- •10. Система памяти эвм. Особенности памяти типа стек. Назначение и принцип действия кэш-памяти.
- •Общие замечания
- •Целостность данных
- •11. Система команд универсального микропроцессора.
- •Команды передачи управления.
- •13.Организация взаимодействия человека оператора с вычислительной системой.
- •14. Видеосистемы пк типа ibm pc. Устройство и характеристики мониторов.
- •15. Виды обмена с внешними устройствами.
- •16.Внешний интерфейс. Примеры реализации
- •17. Обобщенная структура микропроцессорной информационной измерительно-управляющей системы(ииус). Схемы построения многоканальных измерительных систем.
- •18. Микроконтроллеры: назначение, особенности архитектуры. Типовые периферийные устройства.
- •19. Измерение временных параметров импульсно-модулированных сигналов. Формирование импульсно-модулированных сигналов управления.
3. Логические элементы. Параметры логических элементов. Типы выходных каскадов.
Логические элементы строятся на базе ключа. Под логическими элементами понимаются схемы малой интеграции. Можно реализовать на следующих элементах: электромагнитные реле, диоды, транзисторные интегральные микросхемы.
Различают статические и динамические параметры логических элементов:
Статические параметры:
Помехоустойчивость.
-это максимальное напряжение, которое можно добавить к Umax без переключения инвертора из 1 в 0.
- это напряжение, которое можно отнять от Umin без переключения инвертора из 0 в 1.
Коэффициент разветвления по выходу (нагрузочная способность) – это максимальное количество входов элементов той же серии на которую можно нагрузить выход логического элемента.
Коэффициент объединения по выходу – это наибольшее количество входов логического элемента.
Быстродействие.
Напряжение питания: 5В5%
Потребляемая мощность: Статическая и динамическая:
Работа переключателя – добротность.
Разновидности цифровых интегральных схем:
ДЛ- диодная логика; ДТЛ – диодно-транзисторная логика; ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика; ТТЛШ, ЭСЛ, МОП, КМОП. Самый быстродейственный – ТТЛШ.
Гонки: Связаны с разновидностью срабатывания элементов схемы, при одновременной подаче на входы узла сигнала. Если в схеме имеются элементы памяти, то гонки могут привести к неправильной работе схемы. Методы борьбы – синхронизация.
Типы выходных каскадов:
Логический (стандартный). Выход выполняется по 2-хтактной схеме. Rвых малое. Iвых делают большим с целью быстрой перезарядки Cн. Стандартные выходы нельзя объединять. Если после объединения выходы ЛЭ будут находиться в разных сосотояниях, то выходной уровень напряжения при этом становится неопределен. При этом в выходной цепи протекает большой уравнительный ток, значение которого пропорционально Uвых. В таких каскадах возникает явление сквозного тока. Это явление состоит в том, что при переключении Uвых из 0 в 1 VT2 закрывается позже, чем открывается VT1. Rогр ограничивает амплитуду импульса Iскв.
Выход с открытым коллектором или с открытым стоком. Это выход с плавающей 1. Выходы с ОК можно объединять. Это один из способов организации общих линий связи. Если n выходов с ОК объединены и (n-1) из них находятся в 1, т.е. выходные VT закрыты, то выходной уровень будет определяться состоянием оставшегося ЛЭ. Выходы с ОК потенциально менее быстродействующие, чем логические. Для повышения быстродействия надо повышать Iвых. Поэтому надо понижать Rн, но при этом растет мощность потерь, что является ограничителем снизу. Выходы с ОК используют для организации информационных магистралей, в схемах согласования с линиями связи, для согласования с ИС других серий. В различных схемах формирования сигналов(ОВ, схемах задержки).
Выход с тремя состояниями (с уровнем слабой логической 1). Кроме 0 и 1 имеют состояние “выключено” – высокоимпедансное состояние. В этом состоянии оба VT выходного каскада закрыты и состояние Uвых не определено. ТС – третье состояние. В этих ЛЭ существует специальный вход управления выходом. EO – enable output. Выходы можно объединять, но при этом надо выполнить следующее условие. Из n объединенных выходов n-1 в ТС и только один в активном состоянии 0 или 1. Выходы используются для организации информационных шин, согласования с линиями связи.
VT1
VT2
Uвых
О
З
1
З
О
0
З
З
ТС
Выход с открытым эммитером (ОЭ) или с открытым истоком (ОИ). Эти выходы имеются у интегр. Схем выполненных по технологии Эммитерно-связанной логики. Эти элементы используют внутри серии и не имеют широкого применения.
Серии ИС ЛЭ.
В зависимости от технологии изготовления ИЛЭ делятся на серии, отличающиеся потреблением питания и т.д. Наибольшее распространение получили ТТЛ (ТТЛШ), ЭСЛ, КМОП. Каждая из технологий совершенствовалась, поэтому каждая из них представлена разными сериями.
ТТЛ. Texas Instruments – первая ТТЛ микросхема SN74. Отечественный аналог 155. Дальнейшее усовершенствование этой серии направлено на повашение быстродействия и снижения мощности потребления.
Серия ИС |
Заруб. аналог |
tз, нс |
fmax, МГц |
Коэф. развлетвления |
Pпотр. мВт |
155 |
SN74 |
10 |
35 |
10 |
10 |
158 |
SN74L |
33 |
3 |
10 |
1 |
131 |
SN74H |
6 |
50 |
10 |
22 |
555 |
SN74LS |
9,5 |
45 |
20 |
2 |
531 |
SN74S |
3 |
125 |
10 |
19 |
1533 |
SNALS |
4 |
50 |
40 |
1 |
1531 |
SN74F |
2 |
130 |
33 |
4 |
ЭСЛ. Первым разработчиком была Motorola. MC10000 – 500 cерия, MC100000 – 1500 cерия. Базовый ЛЭ на основе дифференциального усилителя – это самая быстрая технология. Ключ не находится в насыщении, снижен порог переключения, снижается помехоустойчивость.
КМОП. В ИС в качестве базового элемента используют ключи на комплементарных МОП VT. Первые серии в 1968 RCA. Использование полевых VT обеспечивает высокое Rвх=1012 Ом, Свх малое. Они чувствительны к статическому электричеству. Пробой изоляции происходит от 30 до 300 В. Для защиты от статического электричества включают защитные диоды или стабилитроны. Достоинства: мощность потребления мала в определенном частотном диапазоне, высокое Rвх, широкий диапазон Uпит от 3 до 15 В, большая нагрузочная способность, высокая помехоустойчивость при больших Uпит. Недостатки: низкое быстродействие, Rвых большое. Лучшие серии КМОП приближаются к ТТЛ по быстродействию..