- •Лекция 1
- •Раздел 1. Совместная работа цифровых элементов в составе узлов и устройств
- •Тема 1.1. Типы выходных каскадов. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Логические функции и логические элементы. Основные понятия
- •Представление информации физическими сигналами.
- •Логические функции.
- •Литература
- •Лекция 2
- •Тема 1.2. Цепи питания. Согласование связей. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Законы алгебры логики
- •Произвольные функции и логические схемы
- •Литература
- •Лекция 3
- •Тема 1.3. Элементы задержки. Формирователи импульсов.
- •В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Элементы задержки. Формирователи импульсов. Генераторы одиночных импульсов. Кварцевый генератор импульсов. Расчет параметров.
- •Минимизация функций
- •Литература
- •Лекция 4
- •Тема 1.4. Элементы индикации. Оптоэлектронные развязки. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Интегральные логические элементы.
- •Характеристики лэ.
- •Серии лэ.
- •Правила схемного включения лэ.
- •Лэ с тремя состояниями выхода
- •Литература
- •Лекция 5
- •Раздел 2. Синхронизация в цифровых устройствах.
- •Тема 2.1. Синхронизация в цифровых устройствах.
- •В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Цифровые устройства со статическим и динамическим управлением. Понятие «гонок» в цифровых устройствах и методы их устранения. Устройства синхронизации.
- •Этапы построения (синтеза) комбинационной схемы.
- •Литература
- •Лекция 6
- •Тема 2.2. Риски сбоя в комбинационных и последовательных схемах.
- •В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Понятие комбинационных и последовательных схем. Риски сбоя в комбинационных и последовательных схемах. Понятие «гонок» в цифровых устройствах и методы их устранения.
- •Литература
- •Лекция 7
- •Раздел 3. Функциональные узлы комбинационного типа.
- •Тема 3.1. Дешифраторы. Шифраторы. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Типовые комбинационные устройства
- •Преобразователи кодов (пк)
- •Дешифраторы.
- •Шифраторы
- •Преобразование произвольных кодов.
- •Литература
- •Лекция 8
- •Тема 3.2. Мультиплексоры. Демультиплексоры. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Коммутаторы Мультиплексоры
- •Демультиплексоры.
- •Литература
- •Лекция 9
- •Тема 3.3. Сумматоры. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Арифметические устройства.
- •Сумматоры.
- •Цифровые компараторы.
- •Контроль четности
- •Литература
- •Лекция 10
- •Раздел 4. Функциональные узлы последовательного типа.
- •Тема 4.1. Регистры. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Последовательностные схемы
- •Триггеры
- •Двухступенчатые триггеры
- •Асинхронные входы триггеров
- •Регистры Параллельные регистры
- •Регистровая память
- •Сдвигающие регистры
- •Литература
- •Лекция 11
- •Тема 4.2. Счетчики. Распределители. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Счетчики Общие понятия
- •Асинхронные счетчики
- •Синхронные счетчики
- •Интегральные счетчики.
- •Счетчики с различными коэффициентами пересчета.
- •Литература
- •Лекция 12
- •Раздел 5. Бис/сбис с программируемой структурой.
- •Тема 5.1. Программируемые логические матрицы. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Программируемые логические матрицы
- •Литература
- •Лекция 13
- •Тема 5.2. Программируемая матричная логика. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Классификация логических микросхем программируемой логики
- •Общие (системные) свойства микросхем программируемой логики
- •Литература
- •Лекция 14
- •Тема 5.3. Базовые матричные кристаллы. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Базовые матричные кристаллы (вентильные матрицы)
- •Литература
- •Лекция 15
- •Тема 5.4. Оперативно перестраиваемые fpga. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Программируемые пользователем вентильные матрицы (fpga) Xilinx Spartan-3e открывают новые перспективы для jvc gy-hd250
- •Литература
- •Лекция 16
- •Раздел 6. Схемотехника зу.
- •Тема 6.1. Статические и динамические зу. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Оперативные запоминающие устройства (озу) Разновидности оперативной памяти
- •Построение блоков озу
- •Параметры пзу.
- •Применение пзу для реализации произвольных логических функций.
- •Литература
- •Лекция 17
- •Тема 6.2. Масочные и прожигаемые зу. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Зу с одномерной адресацией.
- •Литература
- •Лекция 18
- •Тема 6.3. Зу на основе бис/сбис. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Построение блоков памяти на бис пзу.
- •Литература
- •Лекция 19
- •Раздел 7. Микропроцессорные комплекты бис/сбис. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Литература
- •Лекция 20
- •Раздел 8. Автоматизация функционально-логического этапа цифровых узлов и устройств. В данной лекции затронуты следующие вопросы:
- •Логические и эксплуатационные основы средних и больших интегральных схем
- •Литература
Цифровые компараторы.
Цифровые компараторы (от compare - сравнивать) выполняют сравнение двух чисел, заданных в двоичном ( двоично-десятичном ) коде.
Простейшие компараторы формируют на выходе однобитовый сигнал равенства – “1” или неравенства - “0” двух чисел. Более сложные компараторы в случае неравенства определяют, которое из чисел больше.
Пример. Построить на ЛЭ схему сравнения на равенство двух 8-разрядных чисел.
Особенность задачи в том, что для ее решения практически невозможно построить таблицу: число строк в ней будет 2(8+8) = 65536. Подобные задачи решают иначе – методом декомпозиции задачи - разбиения ее на более мелкие подзадачи. В нашем случае: два числа равны, если попарно равны их одноименные разряды. Структурная схема компаратора показана на рис. 3.13, а. Известно, что функция равенства двух аргументов – это инверсия их суммы по модулю 2. Чтобы исключить из проектируемой схемы 8 инверторов воспользуемся соотношением:
Рис. 3.13 Узел сравнения на равенство.
Это решение показано на рис. 3.13,б. Оно учитывает, что в семействах ЛЭ нет элемента 8ИЛИ - НЕ, а есть только 4ИЛИ – НЕ.
Примером компаратора, определяющего знак неравенства, может служить 4-разрядная микросхема К555СП1. Она имеет три выхода: ”A>B”, “А=В” и “A<B”, и в зависимости от соотношения А и В активный уровень появляется на одном из этих выходов. Входы “>”,”<”,”=” служат для наращивания разрядности.
Рис.3.14 Компаратор К555СП1.
Контроль четности
На передаваемые по линии связи или хранимые в памяти данные воздействуют различные помехи, которые могут исказить эти данные. Простейшим способом удостовериться, что данные искажены ошибкой, служит введение контроля по четности (parity check). В его основе лежит операция сложения по модулю 2 всех двоичных разрядов контролируемого слова. Если число единиц в слове четное, то сумма по модулю 2 его разрядов будет “0”, если нечетное то “1”. Признаком четности называют инверсию этой суммы.
Реализация этого метода осуществляется с помощью специальных схем контроля четности, которые выпускаются в микросхемном исполнении.
На основе информации на выходе передающего устройства такая схема формирует дополнительный бит (1 или 0), так называемый паритетный или контрольный бит (parity bit), который добавляется к выходной информации. Назначение этого бита - доводить число единиц в каждом передаваемом слове до четного или не четного в зависимости от принятой системы кодирования. При всех передачах информации, включая запись в память, контрольный бит передается вместе с n-разрядным словом.
На приемном конце линии или после чтения из памяти от полученного (n+1)-разрядного слова снова берется свертка его четности. Если паритет поступившего слова правилен, разрешается прием. Если нет, то или в передаваемом слове, или в контрольном разряде при передаче или хранении произошла ошибка. Столь простой контроль не позволяет исправить ошибку, но он дает возможность при обнаружении ошибки исключить неверные данные, затребовать повторную передачу и т.д.
На практике чаще используется нечетный паритет. Контроль нечетности позволяет фиксировать полное пропадание информации, т.к. слово из одних нулей (включая контрольный бит) противоречит нечетному паритету.
Конроль по четности основан на том, что одиночная ошибка ( безразлично пропадание еденици или появление лишней ) инвертирует бит паритета. Однако две ошибки проинвертируют его дважды, поэтому двойную ошибку контроль по четности не обнаруживает. Очевидно, что контроль по четности обнаруживает все нечетные ошибки и не реагирует на любые четные. Пропуск четных ошибок - это следствие предельно малой избыточности контроля, равной всего одному разряду. Для более глубокого контроля требуется соответственно и большая избыточность.
Если ошибки взаимно независимы, то из необнаруживаемых чаще всего будет встречаться двойная ошибка. При вероятности одиночной ошибки равной q, вероятность двойной будет q2. Поскольку в цифровых устройствах q<<1, не обнаруженные двойные ошибки встречаются значительно реже, чем обнаруженные одиночные. Поэтому даже при таком простом контроле качество работы устройства существенно возростает. В ответственных случаях для выявления и коррекции ошибок применяют специальные методы кодирования.