16

ЭиМПТ тезисы

Лекция №16

Цифровая техника - заключение

Содержание

Введение 1

1. Цифровые устройства (иерархия) 2

1.1 Логические элементы  2

1.2. Интегральная микросхема 2

1.2.1 Степень интеграции 3

1.2.2.Типы логики 3

1.2.3. Управляющие автоматы на элементах с жесткой логикой 4

1.2.4 Достоинства и недостатки автоматов с жесткой логикой. 5

1.2.5. Технологический процесс 5

2.3. Серии микросхем 5

2. ПЛИС 5

2.2 Основные современные типы ПЛИС 6

2.3 Некоторые производители ПЛИС 6

3. Микропроцессорные устройства 6

3.1. Компьютер 7

3.2. Микрокомпьютер  7

3.3. Проце́ссор 7

3.4.Типы процессоров 8

3.4.2 Микропроцессор  9

3.4.4 Ядро микропроцессора 9

3.5 Микроконтроллер (MCU)  10

3.6.1 Принципы фон Неймана 12

3.6.2 Гарвардская архитектура 13

3.6.3 Классическая гарвардская архитектура 13

3.6.4 Модифицированная гарвардская архитектура 13

3.7. Процессоры подразделяются … 14

3.7.2 MISC 14

3.7.3 RISC 14

3.7.4 Архитектуры, обычно обсуждаемые в связи с RISC 15

3.8. Архитектуры контроллеров 16

Введение

Основами электронной техники являются - аналоговая и цифровая (частью которой является микропроцессорная техника).

Инструментом создания мп устройств - программирование.

1. Цифровые устройства (иерархия)

• Дискретная логика

- логические элементы (И, ИЛИ, НЕ, +2, И- НЕ, ИЛИ- НЕ, и пр;

- Триггеры;

- Счётчики;

- Шифраторы ;

- Дешифраторы;

- Цифровой компараторы;

- Мультиплексоры;

- Демультиплексоры;

- Регистры;

- Полусумматор;

- Сумматоры;

- Арифметическо-логическое устройство;

- Компаратор напряжений (U->1, 0);

- АЦП и ЦАП

• ПЛИС- программируемые логические интегральные схемы

Основные – CPLD и FPGA

• Микропроцессорные устройства

- Запоминающие устройства;

- Микрокомпьютер;

- Микропроцессор (в том числе ЦПУ в компьютере);

- Микроконтроллер;

- Однокристальные микрокомпьютеры/

1.1 Логические элементы

Логические элементы — устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме (последовательности сигналов высокого — «1» и низкого — «0» уровней в двоичной логике, последовательность "0", "1" и "2" в троичной логике, последовательности "0", "1", "2", ….."9" в десятичной логике).

Логические элементы выполняют логическую функцию (операцию) с входными сигналами (операндами, данными).

рассматриваются только простейшие и важнейшие логические элементы.

Конструктивная реализация в виде ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ.

1.2. Интегральная микросхема

Интегральная (микро)схема (ИС, ИМС, м/сх, англ. Integrated circuit, IC, microcircuit, microchip, silicon chip, chip), чип, микрочи́п 

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА микроэлектронное устройство — электронная схема произвольной сложности, изготовленная в едином тех. процессе и помещённая в неразборный корпус.

• Полупроводниковая микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены на одном полупроводниковом кристалле (например, кремния, германия, арсенида галлия).

• Плёночная микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плёнок:

  • толстоплёночная интегральная схема;

  • тонкоплёночная интегральная схема.

• Гибридная микросхема — кроме полупроводникового кристалла содержит несколько бескорпусных диодов, транзисторов и(или) других электронных компонентов, помещённых в один корпус.

Современные интегральные микросхемы, предназначенные для поверхностного монтажа

1.2.1 Степень интеграции

В СССР были предложены следующие названия микросхем в зависимости от степени интеграции (указано количество элементов для цифровых схем):

• Малая интегральная схема (МИС) — до 100 элементов в кристалле.

• Средняя интегральная схема (СИС) — до 1000 элементов в кристалле.

• Большая интегральная схема (БИС) — до 10000 элементов в кристалле.

• Сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — миллионы ементов в кристалле.

В настоящее время название все схемы с числом элементов, превышающим 10 000, относят к классу СБИС.

1.2.2.Типы логики

Основным элементом аналоговых микросхем являются транзисторы (биполярные или полевые).

Разница в технологии изготовления транзисторов существенно влияет на характеристики микросхем. Поэтому нередко в описании микросхемы указывают технологию изготовления, чтобы подчеркнуть тем самым общую характеристику свойств и возможностей микросхемы.

• Микросхемы на полевых транзисторах:

  • МОП-логика (металл-окисел-полупроводник логика) — микросхемы формируются из полевых транзисторов n-МОП или p-МОП типа;

  • КМОП-логика (комплементарная МОП-логика) — каждый логический элемент микросхемы состоит из пары взаимодополняющих (комплементарных) полевых транзисторов (n-МОП и p-МОП).

• Микросхемы на биполярных транзисторах:

  • ТТЛ — транзисторно-транзисторная логика — микросхемы сделаны из биполярных транзисторов с многоэмиттерными транзисторами на входе;

  • ТТЛШ — транзисторно-транзисторная логика с диодами Шотки — усовершенствованная ТТЛ, в которой используются биполярные транзисторы с эффектом Шотки.

  • ЭСЛ — эмиттерно-связанная логика — на биполярных транзисторах, режим работы которых подобран так, чтобы они не входили в режим насыщения, — что существенно повышает быстродействие.

КМОП и ТТЛ (ТТЛШ) технологии являются наиболее распространёнными логиками микросхем.

Микросхемы, изготовленные по ЭСЛ-технологии, являются самыми быстрыми, но наиболее энергопотребляющими (ф. Motorola).