Соглашение Положительной и Отрицательной Логики.

Определение элементов, узлов и устройств ЭВМ.

Цифровая Схемотехника- это научно-техническое направление, задачи которого: анализ и синтез элементов, узлов и устройств ЭВМ, составляющих её элементную базу.

В основе проектирования лежат методы и принципы схемотехники, базирующегося на аппарате форальных преобразований алгебры логики, на теории цифровых автоматов, а также на неформальных инженерных решений.

ЭВМ состоит из множества элементных частей – элементов ЭВМ, наименовавших функциональных частей ЭВМ, служащих для обработки, преобразования, хранения и использования информации при логическом проектировании и технической реализации ЭВМ.

Функциональный Узел ЭВМ-совокупность электрических соединений эл-ов ЭВМ, предназначенных для выполнения микроопераций над словом (или словами) определённой разрядности.

Устройство ЭВМ- функциональная часть ЭВМ, выполняющая определённую функцию и представляющая собой соединение элементов и функциональных узлов.

Традиционное деление ЭВМ по поколениям базируется на элементной базе:

1 поколение: на электрических лампах.

2 поколение: п/п диоды и транзисторы

3 поколение: ИМС малой и средней степени интеграции.

4 поколение ИМС большой и сверхбольшой степени интеграции.

Эволюция ЭВМ развивается в следующих направлениях:

-схемотехника

-архитектура (структура ЭВМ)

-мат и программное обеспечение

-возможность общения человека с машиной.

Основные требования к машине должны составлять:

-быстродействие

-высокая помехоустойчивость (надёжность)

-низкая стоимость.

Классификация элементов ЭВМ.

5) по реализуемой логической функции различают логические элементы И(конъюнктор), ИЛИ(дизъюнктор), НЕ(инвертор), И-НЕ(штрих Шеффера), ИЛИ-НЕ(стрелка Пирса), И-ИЛИ-НЕ и другие…

По форме представления информации: аналоговая (с помощью множества значений физической величины, т.е. физическая величина меняется по закону непрерывной фу-ии.) и дискретная (конечным множеством значений-уровней физической величины). Частный случай дискретного – цифровой элемент, который оперирует с цифровым сигналом (который имеет 2 уровня представления).

Цифровые элементы функционируют в дискретный момент времени.

По функциональному назначению:  логические (выполняют элементарные логические функции), запоминающие (выполняют функции запоминания, хранения и регенерации информации. В ЭВМ это часто триггеры, магнитные и оптические среды, конденсаторы) и вспомогательные элементы и специальные элементы.

В зависимости от основного активного ЭРЭ различают полярные и униполярные элементы на транзисторах.

 От схемы построения основного логического элемента зависит типы логики на БПТ:

 - диодная логика (ДЛ);- транзисторная логика с непосредственными связями (НСТЛ);- транзисторная логика с резисторными связями (РТЛ);- транзисторная логика с емкостными связями R-C (РЕТЛ);

- диодно-транзисторная логика (ДТЛ); - ТТЛ(Ш);- ЭСЛ;- И2Л (интегрально-инжекционная логика);

- на n-МОП транзисторах;- на p-МОП транзисторах;- на КМОП (последние 3 – с непосреднственной связью, управляются напряжением);

По виду электрических сигналов: потенциальные(входные и выходные сигналы - потенциальные), импульсные(вх. и вых. сигн. - импульсные), импульсно-потенциальные(входные как импульсные, так и потенциальные, выходные – только импульсные), динамические(логическая единица отображается пачкой импульсов, ноль – отсутствием импульсов) и фазовые(сигналы могут иметь разные фазы гармонических сигналов для изображения 0 и 1, например синусоида и косинусоида; 0-1 – фазы гармонического сигнала).

В зависимости от конструктивности лог эл-та различают эл-ты на дискретных ЭРЭ или выполняются на интегральном исполнении в виде интегральных микросхема.

В зависимости от выполняемой фу-ии различают логические и комбинированные эл-ты.По выполняемой логической функции – И, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, ИЛИ, НЕ.

Средства запоминания:

1.Оптические (основывается на отражении света).

2.Магнитные

3.Конденсаторные.

Специальные элементы (вспомогательные):

Средства запоминания д.б. дополнены спец элементами (дисплей, монитор).

Соглашение Положительной и Отрицательной Логики.

В зависимости от способа кодирования лог уровня «0» или «1» различают:

-импульсные                           (вх и вых сигнали импульсные)

-потенциальные                      (вх и вых сигнали динамические)

-импульсно-потенциальные.  (вх и вых и такие и такие)

 Само кодирование «0» или «1» потенциальными сигналами выглядит так:

«0» и «1» кодируется различными фазами гармонич сигнала относит опорного сигнала.

При динамич. способе «1» кодируется пачкой импульсов и отсутствует при «0».

Соглашение пол. логики (HIGH AND LOW)

LOG0->L LOG1->H 

Соглашение отр. логики

LOG0->H LOG1->L 

ПРИМЕР: ТАБЛИЦА ИСТИННОСТИ ЛОГ. ЭЛЕМЕНТА

                          1.Согласно пол. логике                             1.Согласно отр. логике

ВХ1 ВХ2 ВЫХ           X1 X2   Y                                        X1 X2 Y

UL UL UL             0   0  0                                       1  1 1                              

UL UH UL         0   1  0                                         1 0 1

UH UL UL         1   0  0                                          0 1 1

UH UH UH            1   1  1                                        0  0 0

                                y=x1&x2(нарисовать эл-т И)                    y=x1Vx2                    

4. Требования к Системе Элементов.

Система элементов – совокупность элементов, предназначенных для совместного использования, имеющих единое питание, едино констр-технологическое исполнение и отвечающая требования функциональной и технической полноты и совместимости входных и выходных сигналов.

1) Функциональная полнота

Функционально полные системы:1)И, ИЛИ, НЕ2)И, НЕ3)ИЛИ, НЕ4)И-НЕ5)ИЛИ-НЕ

2) Физическая полнота(система должна включать усилители, преобразователи, индикаторы, генераторы, и т.п. вспомогательные элементы)

3) Совместимость входных и выходных сигналов (выходными сигналами одного элемента можно управлять или переключать состояния другого элемента).

Т.к. сейчас элементы ЭВМ выполняются в интегральном исполнении, то степень сложности ИМС оценивается с помощью степени интеграции и функциональной сложности.

 (I, II, III и т.д. степени интеграции)

КаУ- хар-ся количеством ЭРЭ на кристалле МС

КаУ – коэфф-т сложности (интеграции)

(1-МИС, 2-СИС, 3,4-БИС, =>5-СБИС)

КаФ- коэфф-т функц. сложности

Также применяется оценка по кол-ву транзисторов,разм. На кристалле.