Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
[1] Основные принципы построения ЭВМ. [2] Архитектура современных ЭВМ. [3] Архитектура персональных ЭВМ. [4] Системная шина, её структура, роль и место в архитектуре ЭВМ.
[5] [6] Устройства ЭВМ и их составные части.
[7] [8] Состав элементной и конструктивной базы ЭВМ. [9] Элементная база ЭВМ. Типы транзисторов, используемых в ЭВМ. Полупро водниковые интегральные схемы.
[10] [11] 1L Показатели качества конструкций ЭВМ [12] Условные обозначения микросхем и микросборок. Корпуса интегральных мик росхем.
[13] [14] Логические вентили диодно-транзисторной логики (ДТЛ).
[15] [16] Логические вентили эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ).
[17] [18] Интегральные микросхемы ТТЛ серий. Функциональный состав и принцип функционирования.
[19] [20] Функциональный состав и принципы функционирования интегральных микро схем серий: К500, К1500.
[21] [22] Технология изготовления фотошаблонов для производства интегральных мик росхем.
[23] [24] Технология изготовления микросхем. Топология и структура микросхемы. [25] 26. Технология изготовления печатных плат. Требования к печатным платам. [26] 27. Память ЭВМ. Запоминающие устройства. Ячейки памяти ЭВМ.
[27] [28] Структурное построение и состав ИМС и БИС статической памяти ОЗУ [29] Структурное построение и состав ИМС и БИС динамической памяти ОЗУ [30] Ячейки памяти микросхем ПЗУ.
[31] [32] Установочные и монтажные элементы ЭВМ. Индикаторы.
[33] [34] Элементы средств электрической коммутации в ЭВМ. [35] RS-триггеры на логических элементах 2И-НЕ, принцип функционирования и использование в ЭВМ. [36] RS-триггеры на логических элементах 2ИЛИ-НЕ, принцип функционирования и использование в ЭВМ.
[37] [38] Т-триггер, принцип функционирования и его использование в ЭВМ. [39] D-триггер, принцип функционирования и его использование в ЭВМ.
[40] [41] Шифраторы и дешифраторы. Назначение и принцип функционирования.
[42] [43] Регистры, их назначение и принцип функционирования.
[44]
[45] [46] Базовые конструкции технических средств ЕС ЭВМ.
[47] [48] Базовые конструкции технических средств микро-ЭВМ. [49] Базовые конструкции технических средств системы КАМАК. [50] 60. Клавиатура ЭВМ. Конструкция, принцип функционирования.
[51] [52] Конструкции панелей и блоков ЭВМ. [53] Конструкции модулей технических средств высших иерархических уровней ЭВМ. [54] Носители информации внешних запоминающих устройств ЭВМ. НЖМД.
[55] [56] Носители информации внешних запоминающих устройств ЭВМ. Накопители на магнитной ленте. [57] Оптические запоминающие устройства. [58] Внешние запоминающие устройства. Флэш-память.
[59] [60] Конструкция и принцип функционирования ЖК-дисплеев. |
Основные принципы построения ЭВМ:*любую ЭВМ образует 3я основных эл-та:-процессор;-память;-уст-во ввода/вывода.*информ. с которой работает ЭВМ делятся на:-набор команд по обработке;-данные подлежащие обработки;*команды и данные вводятся в память-принцип хранения программы;*руководит обработкой процессор, уст-во управления, которого выбирает команду из ОЗУ и организует их выполнение в АЛУ проводит арифметические и логические опер. над данными;*с процессами и ОЗУ связаны уст-ва ввода-вывода.
Архитектура ЭВМ
Положения фон Неймана: *Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода); *Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти; *Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками) ; *Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме; *Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве; *Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода
Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы – требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация.
Хар-на открытая архитектура:большое кол модулей; большое кол контрол; слоты для доп контроллеров.
Магистральная шина состоит из:*шина данных(передаются только данные подлежащие обр-ке); *адресная шина(передаются адреса уст-в из которых необходимо получить или в которые нужно отправит данные);*шина управления(передаются команды об операциях).
Схема устройства компьютера.
По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса: аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ).
Критерием деления вычислительных машин на эти три класса являются форма представления информации, с которой они работают. & ЦВМ – вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме. & АВМ - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, то есть в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). & ГВМ – вычислительные машины комбинированного действия работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.
По этапам создания и используемой элементной базе ЭВМ условно делятся на поколения: *Первое поколение, 50-е годы; ЭВМ на электронных вакуумных лампах. *Второе поколение, 60-е годы; ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах). *Третье поколение, 70-е годы; ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни – тысячи транзисторов в одном корпусе). *Четвертое поколение, 80-е годы; ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах – микропроцессорах (десятки тысяч – миллионы транзисторов в одном.*Пятое поколение, 90-е годы; ЭВМ с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы; *Шестое и последующие поколения; оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейтронной структурой – с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейтронных биологических систем.
Каждое следующее поколение ЭВМ имеет по сравнению с предыдущими существенно лучшие характеристики. Так, производительность ЭВМ и емкость всех запоминающих устройств увеличивается, как правило, больше чем на порядок.
Структурная схема ПК Процессор- явл осн-м узлом ЭВМ вып операц в соотв с прогрвыд-ой ему устрой-м управ-я
В ОЗУ – обл сверх ОЗУ кот содерж инфо к кот проц-р часто
обращ-ся при вып данной программы
ПЗУ – для хранения констант и пост вел необход-х для раб машины
Для согласов-я внутр устройст исп контроллеры: - видеокарта, - звуккатра, - сетевая карта, - модем
Память - запоминающее устройство для хранения информации. Память делится на два основных вида - оперативную и внешнюю. Оперативная память предназначена для временного хранения информации. Она состоит из ячеек, которые имеют адрес и содержимое. Ячейки состоят из более мелких элементов памяти - байтов, их может быть от 1 до 8. Адрес ячейки - номер левого байта ячейки. Содержимое - это данное, находящееся в ячейке и закодированное в двоичном виде. Внешняя память предназначена для длительного хранения информации и обмена с оперативной памятью. К внешней памяти относят накопители (устройства для работы с носителями на дисках и лентах) на жестких и гибких дисках, магнитных лентах (стример), в последние годы оптические (лазерные диски). Единицами измерения памяти являются байты, килобайты, мегабайты, гигабайты, терабайты, петабайты. Процессор - устройство для выполнения арифметических, логических операций и контроля над работой всей ЭВМ. Процессоры характеризуются своей архитектурой (набором команд и др.), разрядностью, скоростью выполнения операций. Как правило, компьютеры имеют один процессор, однако существуют многопроцессорные ЭВМ, тогда каждый процессор выполняет параллельно команды программы или одну команду по тактам. УВВ - внешние устройства, предназначенные для общения пользователя с компьютером.
К основным характеристикам ЭВМ относятся: *Быстродействие это число команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду. *Производительность это объем работ, осуществляемых ЭВМ в единицу времени. *Надежность это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени (стандарт ISO (Международная организация стандартов) 2382/14-78). *Точность это возможность различать почти равные значения (стандарт ISO - 2382/2-76). *Достоверность это свойство информации быть правильно воспринятой.
Логич эл-ы из которых строят ЭВМ – транзисторы
Полевые транзисторы сост из p или n типа. Развитием полупроводниковых технологий явл микросхемы. Микросхемы хар-ся степенью интеграции. Полевые транзисторы построенные по технологии имеющие малые размеры и их можно больше разместить на ИС созд более слож устройство.
МИС 10^2; СИС 10^3; БИС 10^4; СБИС 10^6; УльтроБИС 10^9; ГБИС более 10^9.
Полев транзист облад малым быстродейств по срав с биполярным в 10-ки раз.
ЭВМ - совокупность разл эл-ов соед между собой эл. или технич. связям.
1) электро радио материалы соед между собой эл. связями в соответствии с принципиальной схемой:*транзисторы; *диоды; *резисторы; *емкости; *троссели(катушки индуктивности); *конденсаторы; *трансформаторы.
2) Второстепенные устройства кот обеспеч крепление электро радио материалов их охлажд и защиту от механич поврежд и возд внеш среды.
эл.база - явл универсальной и может использоваться а разл ЭВМ.
Конструктивная база - зависит от класса ЭВМ, кажд классу соответств своя констр. база.
классификация ЭВМ: По принципу действия: ^аналоговые; ^цифровые; ^гибридные. По назначению: ~ Общего назначения; ~специализированные; ~персональные
К элементной базе относятся:-микросхемы,-транзисторы,-резисторы,-емкости и др.
Особенности:1.длительное функционирование с сохранением рабочих параметров 2.работа с сигналами,принимающ. Два устойчивых состояния 0 и 1 3.плотная упаковка электрических схем,вызывающий перегрев,паразитные наводки 4.воздействие внешних факторов 5.вибрационная и ударная устойчивость 6.устойчивость к ускорениям 7.механическая прочность.
Устройства элементной базы должны:-обеспечивать выполнения функционированного предназначения,-устойчивость к воздействию внешних факторов,-уст. К воздействию ионизирующих излучений,-уст.к воздействию радиопомех,-механическая прочность элементов,-устойчивость к вибрациям и ударам,-минимальные габариты и массы.
Условия работы ЭВМ:длительная бесперебойная работа; плотность упоковки аппаратуры; нагрев; внешнее воздействие.
~функйиональность; ~надежность; ~теплостойкость; ~влагостойкость; ~стойкость к мехоническим воздействиям; ~экономисность; ~эргономичность; ~низкое энергопотребление; ~потентозащищенность.
Все многообразие выпускаемых серий микросхем согласно принятой системе условных обозначений по конструктивно-технологическому исполнению делится на три группы: полупроводниковые, гибридные, прочие. К последней группе относят пленочные микросхемы, которые в настоящее время выпускаются в ограниченном количестве, а также вакуумные и керамические. Указанным группам микросхем в системе условных обозначений присвоены следующие цифры: 1, 5, 7 - полупроводниковые (обозначение 7 присвоено бескорпусным микросхемам); 2, 4, 8 - гибридные; 3 - прочие микросхемы.
По характеру выполняемых функций микросхемы подразделяются на подгруппы (генераторы, модуляторы, триггеры, усилители, логические схемы и др.) и виды (преобразователи частоты, фазы, длительности, напряжения и др.). Классификация наиболее популярных микросхем по функциональному назначению приведена в таблице 6.1.
По принятой системе, обозначение микросхемы должно состоять из четырех элементов. Первый элемент - цифра, соответствующая конструктивно-технологической группе. Второй элемент - две-три цифры, присвоенные данной серии как порядковый номер разработки. Таким образом, первые два элемента составляют три-четыре цифры, определяющие полный номер серии микросхемы. Третий элемент - две буквы, соответствующие подгруппе и виду (табл. 6.1). Четвертый элемент - порядковый номер разработки микросхемы в данной серии, в которой может быть несколько одинаковых по функциональному признаку микросхем. Он может состоять как из одной цифры, так и из нескольких.
В качестве примера рассмотрим условное обозначение полупроводниковой микросхемы серии 1554ИР22. Из условного обозначения следует, что эта микросхема - регистр с порядковым номером 554 и номером разработки микросхемы в данной серии по функциональному признаку 22 выполнена по полупроводниковой технологии.
На начальной стадии развития техники цифровых ИС прежде всего использовались схемы, которые легко можно было реализовать и свойства которых уже были известны (на основе аналогии с обычными схемами, собранными из дискретных компонентов). Простейшими из этих схем являются схемы резисторно-транзисторной логики (РТЛ), которые под разными названиями выпускались несколькими фирмами. На рис. 3 показана базовая РТЛ-схема, в которой транзистор находится в режиме насыщения, если на одном или нескольких входах имеется напряжение высокого уровня (H). При этом выходное напряжение схемы равно 0 В (L). Таким образом, в рамках положительной логики эта РТЛ-схема является схемой ИЛИ-НЕ с функцией F=A+B+C. Выходное напряжение схемы имеет высокий уровень (H), если все три входных напряжения равны нулю (L).
На рис. 4 приведены две схемы, в которых логические функции реализуются с помощью полупроводниковых диодов. В схеме, показанной на рис. 4 а, выходное напряжение поло-жительно, если положительны А или В или С. Выходное напряжение отрицательно, если отрицательны А и В и С. Таким образом, эта схема ведет себя как схема ИЛИ при положительных и как схема И при отрицательных входных сигналах. В диодной схеме, показанной на рис. 4. б, наоборот, реализуется функция ИЛИ для отрицательных входных сигналов и функция И для положительных.
Выходной сигнал диодных схем можно использовать для управления другими логическими диодными схемами. За счет неизбежных потерь уровни напряжения для различных состояний рассматриваемых схем сближаются между собой. По истечении некоторого времени высокий уровень (H) нельзя будет отличить от низкого уровня (L). В логических схемах, где требуется высокая надежность, за диодным вентилем обычно включают транзистор, который фиксирует уровень логического напряжения. Подобные логические схемы обозначаются как ДТЛ-схемы На рис. 5 приведена ДТЛ - схема, которая в течение ряда лет использовалась в качестве стандартной. Эта схема является схемой И-НЕ для единиц (Н) при положительной логике и ИЛИ-НЕ для нулей (L). Комбинация И-ИЛИ при положительной логике получается путем соединения ДТЛ - элементов В случае схемы И-НЕ (рис. 5) выходное напряжение равно 0 В (L), если все входные напряжения положительны (H). При этом входные диоды запираются и транзистор управляется через входной резистор с сопротивлением 4 кОм. Выходное напряжение этой схемы имеет высокий уровень (Н), если на один или несколько входов подается напряжение низкого уровня (L).
На рис. 2 показаны электрическая и функциональная схемы ЛЭ ИС типа RTL, реализующего функцию ИЛИ-НЕ. Операция ИЛИ осуществляется на резистивной сборке, а транзистор исполняет роль усилителя-инвертора.
Рис. 2. Элемент двухступенчатой логики(DTL_-2)
а) схема элемента И-ИЛИ-НЕ;б) функциональное обозначение
Необходимо отметить, что ЛЭ может работать в двух логических режимах. При высоком уровне сигнала, принятом за логическую единицу (1), осуществляется так называемая положительная логика работы элемента. Если за логическую 1 принять низкий уровень, то имеет место отрицательная логика. В этом случае ЛЭ реализует операцию И-НЕ. Такое преобразование логики работы элементов в зависимости от принятой полярности сигнала логической 1 характерно и для всех других типов потенциальных микросхем.
Транзисторные ИМС с непосредственной, резистивной и резистивно-емкостной связью (DCTL, TRL, RCTL)
Транзисторные ИМС с непосредственной связью являются одним из основных схемотехнических направлений. Наиболее широко эта схемотехника применяется в ИМС на основе МДП-структур. Возможна также реализация транзисторных ИМС с непосредственными связями на основе биполярных транзисторов (Рис. 3).
Рис 3. Схемы ЛЭ: а)TRL; б)DCTL; в)RCTL; г) расширитель ИЛИ; д) функциональное обозначение
Включение компенсирующих резисторов в базовые цепи транзисторов ЛЭ (рис. 3, а) позволило значительно снизить рабочие токи и потребляемую мощность в TRL-ИМС. На основе элементов TRL были разработаны серии микромощных ИМС с . Однако включение компенсирующих резисторов существенно снизило предельное быстродействие микросхем до 1 МГЦ, но в тоже время обеспечило высокое значение параметров n и m (n>4 и m>8). Для повышения быстродействия элементов TRL параллельно базовому резистору были включены форсирующие конденсаторы (рис. 3, в). Микросхемы такого типа получили название транзисторных ИМС с резистивно-конденсаторными связями (RCTL). Предельное быстродействие элементов такого типа повысилось до 5 МГц при сохранении значений параметров n и m.
Несмотря на очевидные преимущества RCTL-ИМС не получили распространения из-за сложности их изготовления, так как создание идентичных и стабильных емкостей методами интегральной технологии является сложной задачей. Конденсаторы, выполненные на основе короткозамкнутых p-n переходов, занимают большую площадь и имеют значительный разброс характеристик, что снижает степень интеграции и процент выхода годных ИМС в производстве.
В базовом ECL-элементе ИЛИ, ИЛИ-НЕ обе логические операции (ИЛИ, НЕ) выполняются эмиттерно-связанными транзисторами, чем и обусловлено название типа логики. Элемент имеет два выхода, на одном из которых фиксируется результат операции ИЛИ, а на другом — операции ИЛИ-НЕ. Обозначают такой элемент ИЛИ, ИЛИ-НЕ.
Особенностью микросхем транзисторной логики с эмиттерными связями (ECL) является ненасыщенный режим работы транзисторов, что обеспечивает их высокое быстродействие. Вентильная ECL-ИМС выполняется на двух переключателях тока (рис. 5). Один из них, нормально открытый, реализован на транзисторе, на базу которого подано отпирающее напряжение U0. Уровень U0 ниже минимального уровня логической 1. Второй переключатель тока состоит из m (по числу логических входов) транзисторов, имеющих общие коллекторы и эмиттеры, что обеспечивает реализацию функции ИЛИ. При отпирании любого транзистора второго переключателя тока, повышается уровень напряжения на общем эмиттерном резисторе R0 и обеспечивается запирание первого переключателя тока, что приводит к формированию на выходе Y высокого уровня (логическая 1), в то время как на выходе формируется низкий уровень (логический 0). Следовательно, по выходу реализуется функция ИЛИ-НЕ, а по входу Y — логическая функция ИЛИ.
Выполнение выходных каскадов логической схемы на эмиттерных повторителях (выходное сопротивление 30…50 Ом) обеспечивает большую нагрузочную способность базового элемента (n>10). Кроме того, при наличии эмиттерных повторителей смещается выходной уровень 1 элемента на величину падения напряжения на переходе кремниевого транзистора (Uбэ=0,7…0,8 В), создавая условия для ненасыщенного режима работы транзисторов последующей логической группы.
Транзисторы выходных эмиттерных повторителей работают в ненасыщенном режиме, так как напряжение на коллекторе всегда выше напряжения на базе и переходы коллектор-база никогда не оказываются смещенными в прямом направлении. Перепад напряжений логических уровней 1 и 0, как правило, находится в пределах 0,7…0,8 В, а помехоустойчивость составляет 0,15…0,2 В. За счет низкого выходного сопротивления уровень помех в линиях связи между элементами невысок, а постоянная токовая нагрузка элемента не вызывает всплесков напряжения в цепях питания. Наличие двух парафазных логических выходов в ECL-ИМС обеспечивает большую гибкость при проектировании цифровых устройств.
Увеличение коэффициента объединения по входам ИЛИ осуществляется за счет подключения к базовой ECL-ИМС логического расширителя. Однако на практике стремятся избежать применения логических расширителей, подключение которых существенно снижает быстродействие ИМС из-за значительных паразитных емкостей, что ограничивает параметр m в ECL БИС.
Для обеспечения высокой нагрузочной способности в состав серий ECL-ИМС включаются, микросхемы с мощным выходом (рис. 6), обеспечивающие n>30 при Cн>100 пФ. Возможна реализация ECL-ИМС, выходной каскад которой выполнен в виде повторителя со свободным эмиттером. Такая реализация выхода позволяет подключать в качестве нагрузки микросхемы с различными входными сопротивлениями. Это обеспечивает расширение логических возможностей по ИЛИ за счет объединения выходов ИМС без применения логических расширителей.
Инвертор на КМОП. Представленные выше инверторы на n- канальном или p- канальном МОП - транзисторе имеют недостатки: они потребляют ток в состоянии «ВКЛ» и имеют относительно высокое выходное сопротивление в состоянии «ВЫКЛ». Можно уменьшить выходное сопротивление (уменьшив R), но только ценой увеличения рассеиваемой мощности, и наоборот. За исключением источников тока иметь высокое выходное сопротивление, конечно же, всегда плохо. Даже если подключенная к выходу нагрузка имеет высокое сопротивление (например, это затвор другого МОП - транзистора), все равно возникают проблемы шумов из-за емкостных наводок и уменьшается скорость переключения из состояния «ВКЛ» в состояние «ВЫКЛ» («хвост переключения») за счет паразитной емкости нагрузки. В этом случае, например, инвертор на n- канальном МОП - транзисторе со стоковым резистором, имеющим компромиссное сопротивление, скажем 10 кОм, даст на выходе форму сигнала, показанную на рис. 3.57.
Ситуация напоминает однокаскадный эмиттерный повторитель из разд. 2.15, в котором потребляемая мощность в состоянии покоя и мощность, направляемая в нагрузку выбираются из тех же компромиссных соображений. Решение здесь одно - использование пушпульной схемы, особенно хорошо подходящей для переключателей на МОП - транзисторах. Взгляните на рис. 3.58; здесь показано, как можно было бы организовать пушпульный (двухтактный) ключ. Потенциал земли на входе вводит нижний транзистор состояние отсечки, а верхний - во включенное (замкнутое) состояние, в результате чего на выходе будет высокий логический уровень. Высокий (+ Ucc) уровень входа действует противоположным образом, давая на выходе потенциал земли. Это инвертор с низким выходным сопротивлением в обоих состояниях и в нем совершенно отсутствует ток покоя. Называют его КМОП - инвертор (инвертор на комплементарных МОП - транзисторах), и он является базовой структурой для всех цифровых логических КМОП - схем - семейства, которое уже стало преобладающим в больших интегральных схемах (БИС) и которому, похоже, предопределено заменить более ранние семейства логических схем (так называемые ТТЛ - схемы), построенные на биполярных транзисторах. Обратите внимание на то, что КМОП - инвертор представляет собой два комплементарных МОП - ключа, соединенных последовательно и включаемых попеременно, в то время как аналоговый КМОП - ключ (рассмотренный ранее в этой главе) - это параллельно соединенные комплементарные МОП - ключи, включаемые и выключаемые одновременно.
Семейство ИМС мультиплексоров ТЛЛ серий К155 и К555 представлено в табл. 3.2. Мультиплексор К555КП7 (К155КП7), К555КП15 имеют организацию мультиплексирования восьми каналов в один (8→1).
ИМС К555КП15 имеет три устойчивых состояния на выходе, то есть при Е=1 ее выходы Y и Y переходят в третье Z – состояние с высоким импедансом. Мультиплексор К155КП5 в отличие от К155КП7 имеет только инверсный выход и не имеет входа стробирования. ИМС К155КП1 имеет четыре адресных входа, 16 информационных входов и вход стробирования. Выход у этой
схемы только инверсный. Все свойства и способы включения у нее аналогичны схеме К155КП7.
ИМС К555КП2 (155КП2), приведенная на рис. 3.3, включает два мультиплексора 4→1 с объединенными адресными входами 0 A , 1 A , разделенными входами стробирования 0 E и 1 E и прямыми (без инверсии) выходами Y0 и Y1.
По схемотехнической реализации основных логических функций цифровые ИМС, наиболее распространенные в настоящее время, подразделяются на следующие группы: *ИМС транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ, ТТЛШ); *ИМС эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ); *ИМС на МДП транзисторах (КМДП-логика, р-МДП-логика, n-МДП-логика); *ИМС на элементах инжекционной логики (И2Л).
В составе схем малой и средней степеней интеграции ТТЛ и КМДП типов имеются специально разработанные преобразователи уровней.
Отечественная промышленность выпускает микросхемы ПУ типов КМДП ТТЛ и ТТЛ КМДП серий К176, К561, К564.
Наиболее известными ПУ КМДП ТТЛ являются микросхемы К176ПУ5, К561ЛН1, К564ЛН2.
Микросхема К176ПУ1 содержит пять инверторов и имеет два вывода питания: Е1 = 5 В и Е2 = 9 В. Микросхема К176ПУ2 содержит в одном корпусе шесть преобразователей КМДП ТТЛ. Особенностью этой микросхемы является повышение значения выходных токов логического 0 и логической 1, что необходимо для работы на значительную емкостную нагрузку.
В корпусе микросхемы К176ПУЗ расположены шесть ПУ КМДП ГТЛ без инверсии выходов, имеются два вывода питания Е1 и Е2. Время завершения переходных процессов преобразования уровней КМДП ТТЛ не превышает 100 нс для случая перехода от низкого уровня к высокому и 40 нс для случая обратного перехода.
Отличительной особенностью микросхемы К176ПУ5 является то, что каждый из четырех ее ПУ имеет прямой и инверсный выходы. Микросхема К176ПУ4 содержит в своем корпусе шесть ПУ - буферных усилителей и работает от одного источника питания Е1.
Базовый элемент ИЛИ-НЕ/ИЛИ микросхемы ЭСЛ с волновым сопротивлением 50 Ом. Схе.ма ЭСЛ подключается к источнику отрицательного напряжения питания U n = -5,2 3±5%. Коллекторные цепи заземляются. Такое включение обеспечивает меньшую зависимость выходного напряжения от наводок по цепи питания и лучшую помехоустойчивость. Значение перепада напряжения для схем ЭСЛ составляет 0,69 В, а за/iac помехоустойчивости 125 мВ. Отрицательные и малые по величине логические уровни схем ЭСЛ {Uj,i,.x=-0.96 В; иых В) не позволяют обеспечить их непосредственную стыковку со схе.ма.ми ТТЛ. Сов.честная работа микросхем ТТЛ и ЭСЛ осуществляется с помощью специальных схем взаимных преобразователей уровней, входящих в состав всех указанных схем серий ЭСЛ.
Все входы базового ЛЭ через резисторы утечки R3-R6 с сопротивлением примерно 50 кОм подключены к источнику отрицательного напряжения IJ ;,=-5,2 В±5 Такое включение позволяет оставлять в аппаратуре неиспользованные входы неприсоединеннымн. Для псключения влияния на логическую часть схемы импульсных помех, возникающих в коллекторных цепях эмиттерных повторителей в момент переключения схемы при работе на оизкоомную нагрузку, используются две общие шипы: одна для выходных эмиттерных повторителей, другая - для внутренней логической части схемы.
Опорное напряжение Uon=-2,09 В создается специальной тем-пературно-компенснрованной схемой (транзистор VT6, диоды VD1, VD2, резисторы R8-R10) и выбирается такн.м образом, чтобы оно было ниже минимального напряжения 1.
Наличие на выходах схемы эмиттерных повторителей, имеющих низкое выходное сопротивление, обеспечивает как высокое быстродействие, так и значительную нагрузочную способность схем ЭСЛ (Краз>15), Для повышения нагрузочной способности в состав цифровых микросхем серий ЭСЛ включены специальные схемы с большим коэффициентом разветвления (Kpaj = 50...100 при С >100пФ). Увеличение коэффициента объединения по входам может быть достигнуто за счет подключения к базовой схеме логического расширителя, однако это приводит к существенному снижению быстродействия схемы из-за значительных паразитных емкостей, поэтому схемы расширителей ие включаются в состав схем ЭСЛ.
Для создания полупроводниковых приборов и МС требуется подложка из кристаллического однородного материала:германий,кремний,аксенид галлия,фторид галлия. Наиб.дешевый и часто применяемый-галий. Тигель с расплавом 1 размещается в печи 2. Затравка 3, охлаждаемая холодильником 4, медленно поднимается под действием механизма вытягивания 5, увлекая за собой монокристалл полупроводникового материала. Монокристалл растет на затравке со скоростью до 80 мм/ч. Расплав смачивает затравку и удерживается на ней силами поверхностного натяжения. Температуру расплава и скорость кристаллизации можно изменять независимо. Отсутствие прямого контакта растущего монокристалла с тиглем и возможность изменения его геометрической формы позволяет получать бездислокационные монокристаллы. Получаемые методом Чохральского монокристаллы имеют форму цилиндра длиной до 1 метра и более и диаметром 20…300 мм.
Разрезку монокристаллов на пластины осуществляют чаще всего абразивными дисками с режущей кромкой, покрытой алмазной крошкой размером 40…60 мкм. Толщина режущей алмазной кромки диска 0,18…0,20 мм, при этом ширина реза получается 0,25…0,35 мм.
Так как на поверхности пластин остаются царапины, сколы, трещины и другие дефекты, нарушающие однородность структуры поверхностного слоя, их шлифуют, травят и полируют. При шлифовании достигается неплоскопараллельность пластин не более 3 мкм и прогиб по поверхности не более 10 мкм.
При травлении удаляется нарушенный слой толщиной 5…30 мкм и снимаются внутренние напряжения, возникшие в процессе шлифования.
Окончательная тонкая доводка поверхности пластин производится полированием абразивными порошками или пастами, а затем химико-механическим способом с применением суспензий, золей и гелей. В результате получают полупроводниковую пластину диаметром 20…250 мм толщиной от десятков до нескольких сотен микрометров с шероховатостью обработанной поверхности не более 0,04 мкм.
Фотошаблоны широко применяются в технологии интегральных микросхем как на стадии формирования активных элементов в полупроводниковом материале, так и при создании пассивных элементов и межсоединений.Фотошаблон – стеклянная пластина (подложка) с нанесенным на ее поверхности маскирующим слоем – покрытием, образующим трафарет с прозрачными и непрозрачными для оптического излучения участками. В процессефотолитографии слой фоторезиста экспонируется в соответствии с рисунком покрытия, имеющегося на фотошаблоне.
Подложку фотошаблона выполняют либо из обычного стекла (при экспонировании светом с длиной волны l более 300 нм), либо из кварцевого стекла (при l менее 300 нм). В качестве материала маскирующего слоя фотошаблона обычно используется хром, оксиды хрома, железа и др., образующие твердые износостойкие покрытия.К фотошаблонам для производства полупроводниковых структур предъявляется комплекс требований, к которым в первую очередь следует отнести следующие: оптическая плотность маскирующего материала должна быть не менее 2,0; толщина маскирующего материала – не более 100 нм; его отражательная способность не выше 15%; неплоскостность от нескольких мкм до десятков мкм (для разных классов фотошаблонов); микродефектность порядка 0,1 см-2; краевая четкость рисунка не ниже 0,1 мкм для элементов изображения с размером менее 1 мкм.
Для создания на подложке участков с различной проводимостью могут применятся разные способы.Одним из распространенных является метод ионной имплантации.На подложку наносится изолирующий слой с помоью маски .В этом слое с помощью способа фотолитографии создается окно, а в этом окне произв. Имплантация атомов легирующего вещ-ва.Для импланции окно бомбандир.ионами легирующ.вещества:-для создании обл «р» примен ионы бора,алюминия.-для создан обл «n» ионы мышьяка,фосфора.
Для бомбардировки прим-ся ускоряющее электрическое поле.
Технология: Кремниевые подложки вырезаются из слитка чистого кремния, на их основе затем создаются микропроцессоры. Кремний, основной компонент, например песка на пляже, является полупроводником - в разных условиях он может вести себя и как проводник электрического тока, и как изолятор.
Химические препараты и газы также применяются при производстве микросхем. Некоторые из них, например, гексаметилдизилазан, достаточно сложны даже в названии, другие, такие как бор, - простые элементы таблицы Менделеева.
Металлы, в частности, алюминий и медь, используются для нанесения проводящих слоев (шин) внутри процессора. Для электрического соединения кремниевой микросхемы с корпусом используется золото.
Ультрафиолетовое излучение отличается от видимого света меньшей длиной волны. Такое излучение обычно применяется для засвечивания определенного рисунка на верхнем слое кристалла - нанесение схемы на кристалл во многом подобно фотографическому процессу.
Маски используются при производстве микросхем в качестве шаблонов. Ультрафиолетовое излучение, проходя через маску, высвечивает на соответствующем слое кристалла нужную электрическую схему.
Технология изготовления:1предварительная подготовка заготовки,2нанесение защитного покрытия,3травление,4 очистка заготовки,сверловка,лужение,5нанесение изолирующей маски.
Требования:1контактные площадки к которым припаиваются электронные эл-ты не должны создать сквозных металлизированных отверстий, 2 проводящие дорожки на платах должны быть защищены от внешних воздействий –защитной изолирующей маской. 3 максимальные габариты 457*300, 4 минимальные 50*50, 5 на противоположных сторонах платы должны предусматриваться участки шириной 5 мм свободные от электронных элементов.
Память-функциональная часть ЭВМ предназначенная для приема,хранения,и избирательной выдачи инф.
Запоминающее устройство-тех.средства реализующие функцию памяти.
Ячейки памяти-память наим.объема имеющая свой отдельный адрес.Они бывают статические,динамические.
-пластина выполненная из диэлектрика предназнач для механического удержания электронных элементов и их электрического соединения в соответствии со схемой. В основе печатных плат лежит диэлектрическая пластина кот должна быть хорошим диэлектриком и ее кач-ва не должны зависеть от внешних условий. В кач-ве диэлектриков исп.гейтинакс,оропласт,флан. В наст время наиб распр получили печатные платы на основе стеклотекстолита а при высоких тактовых частотах из фторопласта.для изготовл печатных плат исп фальгированные диэлектрические пластины.
Базовые материалы, используемые при изготовлении печатных плат, должны быть выбраны согласно указаниям конструкторской документации на печатную плату и удовлетворять требованиям ГОСТ 26246.1-89 - ГОСТ 26246.14-91 и технических условий на конкретный материал.
Технологические материалы и реактивы, применяемые при изготовлении печатных плат, должны соответствовать стандартам или техническим условиям на них.
Все применяемые для изготовления печатных плат материалы и реактивы должны иметь паспорта (сертификаты) и быть использованы в течение срока их годности.
Для приготовления и корректировки растворов палладиевого активатора, химического меднения, электролитов для осаждения олова, меди, сплава олово-свинец, благородных металлов должны быть применены вещества категории «ч.» или «х.ч.».
Для приготовления растворов для подготовки поверхности, проявления и снятия фоторезиста, декапирования, подтравливания, травления и осветления допускается использовать материалы категории «технический». 6.6 Фотошаблоны, предназначенные для изготовления печатных плат, должны соответствовать ГОСТ 27716-88, ГОСТ Р 50562-93.
При выключ комп-сохраняют инф
Статические ОЗУ:-дешифратор адрес,-накопитель,-разрядная шина.
При выключ.комп они не сохраняют инф. Динамические ОЗУ по своей форме такие же как и статические,но вместо триггеров в кач-ве ЗЭ применяются запомиющие емкости.
ПЗУ-предназнач.для хранения инф.как при наличие питания,так и при его отсутствие. Микросхемы представляют собой совокупность дешифратора адреса и наборов схем –ИЛИ-. См рис В исходном состоянии когда все перемычки целы при любом адресе на вход схем -или- поступит хотя бы ода 1,поэтому на всех выходах У0,У1 будут =1.При сжигании перемычек в нужных разрядах схема –или- отключается от шины адреса и на ее выходе появл 0.
ППЗУ (программируемое постоянное запоминающее устройство), устройство компьютерной памяти, состоящее из ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ, содержание которого индивидуально инсталлируется после изготовления компьютера (и не может быть перепрограммировано впоследствии). ППЗУ используется для управляющих цепей в лифтах и домашних приборах, например, в стиральных машинах.
Основная отличительная особенность микро схем РПЗУ (репрограммируемые ПЗУ) заключается в их способности к многократному (от 10 до 10 тыс.) перепрограммированию, которое осуществляет пользователь. Это свойство мик росхемы имеют благодаря применению элементов памяти с возможностью уп равляемой перемычки. Функции таких элементов памяти выполняют транзисторы со структурой МНОП или транзисторы со структурой ЛИЗМОП (Металл – Окисел кремния – Полупроводник с Лавинной Инжекцией Заряда). Микросхемы РПЗУ подразделяют на две группы: стираемые электрическим сигналом (ЭСППЗУ) и стираемые УФ излучением (СППЗУ). Микросхемы ЭСППЗУ содержат элементы памяти типа МНОП или ЛИЗМОП с двойным затвором.
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
2 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
3 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
4 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
5 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
6 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
7 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
8 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
9 |
Индикаторы – средства для отображения инф-и о состоянии ЭВМ. В зависимости от представляемой инф-и: –бинарные; – десятичные индикаторы.
Бинарные индикаторы имеют 2 состояния и сигнализируют о 2-х событиях: «да» или «нет». Могут вып-ся в виде сигнальных лампочек или светодиодов, кроме того они могут реализовыв-ся в виде пиктограмм: 1. Сигнальная лампочка; 2. Пиктограммы.
Для подключения сигнальных лампочек, служащих индикаторами прим-ся схема, преобразующая сигнал лог-й «1» в ток, протекающий по лампочке (ок. 5В):
Для подключения светодиодов могут исп-ся 2 варианта схемы:
Десятичные индикаторы: позв-ют представлять инф-ю в десятичном коде путем высвесивания цифр от 0 до 9. Кол-во десятичных индикаторов выбир-ся в зависимости от кол-ва разрядов выдаваемой инф-и. Десятичные индикаторы: 1. Газоразрядные (декатрон); 2. Жидкокристаллические (семиразрядные) (исп-ся только для отображения цифр и некоторых букв); 3. Матричные (матричный индикатор). Для упр-я газоразрядными индикаторами исп-ся спец дешифраторы, кот преобразуют двочный код выводимого сигнала в двоично-десятичный код.
Операцию преобразования вып-ют спец дешифроторы. Газоразрядные индикаторы подкл-ся к дешифратору с пом схемы:
Для упр-я сегментным или матричным индикатором могут после дешифратора уст-ся эмиттерные повторители.
Переключатели предназн-ны для оперативной коммутации сигналов, т.е. для переключения низковольтных и низкотоковых сигналов. Типы переключатели: 1. Клавишные; 2. Галетные; 3. Щеточные; 4. Перекидные (тумблеры); 5. Микропереключатели (ПМ). Требования к переключателям: 1. Высокая надежность и долговечность (кол-во допустимых переключений); 2. Стабильность механических и электрических параметров; 3. Малые переходные сопротивления; 4. Малые усилия переключения. Самыми распростр-ми яв-ся кнопочные микропереключатели, кот широко исп-ся в мини, микро, больших ЭВМ и т.д. Их марки МП1, МП3, МП 5, МП 7. Эти переключатели позв коммутировать постоянное напряжение до 30В и переменное напряжение до 220В, но коммутируемый ток должен быть 1-4А. МП и построенные на их основе перекидные и кнопочные выключатели прим-ся в пультах упр-я ЭВМ, в сигнальных устр-х технич-х ср-в ЭВМ. Клавишные переключатели (ПК). ПК без блокировки и фиксации. ПКБ – ПК с блокировкой. ПКБФ – ПК с блокировкой и с фиксацией. Щеточные и галетные переключатели имеют неск фиксиров-х положений (3,4,5,24 и т.д.).
Эл-ты коммутации в технич-х ср-х ЭВМ предназначены для электрич-го соединения между собой конструктивных модулей. В технич-х ср-х ЭВМ след способы коммутации: 1. Постоянные соединения – соединения проводящих проводников с пом сварки. Демонтаж ЭВМ приводит к разрушению проводников. Прим-ся в особых условиях. 2. Полупостоянные соединения – осущ-ся путем пайки. Демонтировать модули можно с исп-ем спец инструмента. 3. Временные соединения – осущ-ся с помощью разъемов. Каждый разъем сос из 2 частей: розетка, вилка. Поскольку разъемы имеют большое кол-во контактов, они должны обеспечивать надежное соединение всех проводников в разъеме, т.е. все контакты должны быть подпружиненными и должны быть стойкими к окислению.
Триггер – электронное устройство, вых-е сигналы которого могут принимать 2 устойчивых состояния 0 и 1. RS триггер получил название по названию своих входов. Вход S (Set — установить) позволяет устанавливать выход триггера Q в единичное состояние. Вход R (Reset — сбросить) позволяет сбрасывать выход триггера Q (выход) в нулевое состояние.
|
S¯ |
R¯ |
Y |
Y¯ |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
При повторном установлении сигнала Set при попытке второй раз записать 1 триггер своего положения не меняет, т.е он яв-ся антидребезговой схемой. Схема яв-ся асинхронной, т.е 1 и 0 на их выходах появляется практически в моменты подачи вх-х сигналов. В ряде устройств треб-ся, чтобы запись инф-и в триггер происходила по команде, для этого исп-ся сигнал синхронизации.
|
X1 |
X2 |
Y |
|
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
|
S |
R |
Y |
Y¯ |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
Этот триггер обладает двумя устойчивыми состояниями, которые обеспечиваются за счет связи выхода каждого элемента с одним из входов другого. Свободные входы служат для управления и называются информационными или логическими. Одному из выходов присвоено наименование прямого, его обозначают буквой Q, а другому – наименование инверсного и обозначают Q¯. Вход, по которому триггер устанавливается в единичное состояние (Q = 1, Q¯= 0), называют входом S (от английского Set – установка), а в нулевое (Q = 0, Q¯= 1) – входом R (reset – возврат).
Синхронные триггеры снабжаются доп. входом, по которому поступает синхронизирующий (тактирующий) сигнал. При этом изменение состояния триггера происходит только в те моменты времени, когда на спец. синхровход триггера поступает тактирующий импульс. Синхронизирующий вход обозначается буквой С. Входные сигналы S и R являются информационными, а на входе - С синхронизирующими, по ним происходит переключение триггера. Следует отметить, что для надежной работы триггера необходимо, чтобы длительность переключающего сигнала (синхронизирующего сигнала) на входе С была не меньше времени переключения триггера. Временем переключения (срабатывания, установки) триггера называется время, которое проходит от момента изменения входных сигналов до соответствующего изменения состояния выходов и определяющееся задержками распространения сигнала логическими элементами, входящими в состав триггера.
Синхронный RS триггер отличается от асинхронного триггера тем, что состояние триггера меняется при синхронизирующем сигнале равным «1». Синхронизирующий вход обозначается буквой C (clock).
|
С |
S |
R |
Y |
Y¯ |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
Т-триггер - это счетный триггер. Т-триггер имеет один вход (вспомогательные входы принудительной установки “0” и “1” не рассматриваются), куда подают тактирующие (счетные) импульсы. После подачи каждого тактирующего импульса состояние Т-триггера меняется в обратное (инверсное) предыдущему состоянию (аналогично состоянию JK-триггера при комбинации входных переменных J=1 и K=1). Т-триггеры строятся только на базе двухступенчатых (RS, D, к) триггеров. Т-триггер можно синтезировать из любого типа двухступенчатого триггера. Рассмотрим пример синтеза Т-триггера из JK-триггера.
Отличается от RS-триггеров тем, что кроме сигнала синхронизации на них подается только один входной сигнал и с каждым его изменением вых-й сигнал тоже меняется на противоположный. Применяется в счетчиках импульсов.
Сумматоры – цифровые устройства для суммирования чисел в двоичной системе счисления. Одноразрядный сумматор:
Ai,Bi– слагаемые, Pi-1– сигнал переноса из млпдшего разряда. Si – результат сложения. Pi – перенос в старший разряд.
|
Pi-1 |
Ai |
Bi |
Pi |
Si |
Десятичная система |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
2 |
Сумматоры — устройства, осуществляющие основную арифметическую операцию — суммирование чисел в двоичном коде. Простейший случай — суммирование двух одноразрядных чисел: О + 0 = 0, 1 + 0 = 1, О + 1 = 1 и 1 + 1 = 10. В последнем случае выходное число 10 (в десятичной записи это 2) оказалось двоичным двухразрядным. Появившаяся в старшем разряде суммы единица называется единицей переноса.
На рисунке показана реализация схемы полусумматора для суммирования двух одноразрядных чисел, состоящая из элементов исключающее ИЛИ и И. Схема имеет два выходных провода: суммы ∑ и переноса С. Таблица состояний полусумматора показана на рисунке.
Дешифратор – это устройство, предназначенное для преобразования двоичного кода в напряжение логической единицы (логического нуля) на том выходе, номер которого совпадает со значением двоичного кода на входе. При n входах в полном дешифраторе имеется 2n выходов, т.е. для каждой комбинации входных сигналов имеется соответствующий выход. Дешифратор, у которого при n входах число выходов меньше 2n, называется неполным. Другое название дешифратора -декодер. Принцип работы полного трехразрядного дешифратора рассмотрим на примере его таблицы истинности.
|
Входы |
Выходы |
|||||||||
|
X3 |
X2 |
X1 |
Y7 |
Y6 |
Y5 |
Y4 |
Y3 |
Y2 |
Y1 |
Y0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
Входы |
Выходы |
|||||||||
|
X7 |
X6 |
X5 |
X4 |
X3 |
X2 |
X1 |
X0 |
Y3 |
Y2 |
Y1 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
Шифраторы выполняют задачу обратную той, которую выполняют дешифраторы: появление логической единицы (логического нуля) на определенном входе приводит к появлению соответствующей кодовой комбинации на выходе. Также как и дешифраторы, шифраторы бывают полными и неполными. Работа восьмивходового полного шифратора задается следующей таблицей истинности:
Мультиплексор является устройством, которое осуществляет выборку одного из нескольких входов и подключает его к своему выходу. Мультиплексор имеет несколько информационных входов (D0, D1, ...), адресные входы (А0 А1, ...), вход для подачи стробирующего сигнала С и один выход Q. На рис. 6.26,ф показано символическое изображение мультиплексора с четырьмя информационными входами.
Каждому информационному входу мультиплексора присваивается номер, называемый адресом. При подаче стробирующего сигнала на вход С мультиплексор выбирает один из входов, адрес которого задается двоичным кодом на адресных входах, и подключает его к выходу.
Демультиплексор имеет один информационный вход и несколько выходов. Он представляет собой устройство, которое осуществляет коммутацию входа к одному из выходов, имеющему заданный адрес (номер). На рис. 6.30 показано символическое изображение демультиплексора с четырьмя выходами. Функционирование этого демультиплексора определяется табл. 6.18.
Объединяя мультиплексор с демультиплексором, можно построить устройство, в котором по заданным адресам один из входов подключается к одному из выходов (рис. 6.31). Таким образом, может быть выполнена любая комбинация соединений входов с выходами.
Например, при комбинации значений адресных переменных xl = l, x2 = 0, x3 = 0, x4 = 0 вход D2 окажется подключенным к выходу Y0. Использование демультиплексора может существенно упростить построение логического устройства, имеющего несколько выходов, на которых формируются различные логические функции одних и тех же переменных.
Заметим, что если на вход демультиплексора подавать константу D = 1, то на выбранном в соответствии с заданным адресом выходе будет лог. 1, на остальных выходах - лог. 0. При этом по выполняемой функции демультиплексор превращается в дешифратор.
Регистр (от буржуйского to register - регистрировать) - это цифровой узел, предназначенный для записи и хранения числа. Некоторые регистры могут преобразовывать информацию из последовательной формы в параллельную и наоборот. Для начала рассмотрим регистр хранения.
Регистр хранения
Структура регистра хранения на D-триггерах показана на рисунке 1.
Рис. 1 - Регистр хранения на D-триггерах
Каждый триггер служит для хранения одного разряда числа. Вход R служит для установки триггеров в нулевое состояние перед записью информации. Входное двоичное число подается на входы D0-D2 и при подаче импульса на вход С в триггеры записывается этот код, т. е. информация. Эта информация может храниться сколь угодно долго, если на вход С не поступают импульсы (или если не обрубят питание). Информация может выводиться как в прямом (с прямых выходов триггеров), так и в инверсном коде (с инверсных выходов). Вроде все понятно.
Регистр сдвига
Регистр сдвига предназначен для преобразования информации путем ее сдвига под воздействием тактовых импульсов. Посмотрим на структуру регистра сдвига на D-триггерах:
Рис. 2 - Регистр сдвига на D-триггерах
Как видно из рисунка, в регистре сдвига также объединяются входы R и C триггеров. Перед записью информации регистр устанавливается в нулевое состояние. Информация подается на D-вход первого триггера. При подаче импульса на вход С бит информации (лог. 0 или лог. 1) записывается в триггер. При подаче следующего импульса этот бит записывается в следующий триггер. При этом в первый триггер записывается следующий бит информации и т. д. Другими словами, при воздействии тактовых импульсов информация продвигается по регистру от первого триггера к последнему. При заполнении всех триггеров число в параллельном коде можно вывести с выходов Q0-Q2. При этом первый бит информации будет присутствовать на выходе Q2, второй - на выходе Q1 и т. п.
Схемы на рисунках 1 и 2 можно объединить. Если между входами и выходами триггеров поставить схемы электронных переключателей, то при воздействии управляющего сигнала регистр можно переводить из последовательного в параллельный и наоборот.
Показанный на рисунке регистр сдвигает информацию только в одну сторону. Такие регистры называют регистром со сдвигом вправо или регистр со сдвигом влево (смотря куда он сдвигает). Существуют регистры, сдвигающие информацию в обе стороны. Направление сдвига определяется управляющим сигналом, подаваемым на специальный вход (подобно реверсивным счетчикам.)
Регистр последовательных приближений
Обычно такие регистры используют в аналого-цифровых преобразователях (АЦП). Структура такого регистра довольно сложна, поэтому на рисунке обобщенно показан вариант регистра последовательных приближений.
Рис. 3 - Рег истр последовательных приближений
Вот такая штуковина. RG обозначает, что это регистр. На вход D поступает информация с устройства сравнения. Запись информации производится за два такта на каждый разряд регистра. Вход С - вход этих самых тактов. Например, на вход D подается уровень лог. 1 и при воздействии тактового импульса в разряд, скажем, Q11 записывается эта единичка. Во втором такте этот бит либо подтверждается, либо отменяется, в зависимости от состояния входа D (его потенциала). После этого в третий такт уровень лог. 1, если он, конечно, есть на входе D, записывается в следующий разряд - Q10, а во втором такте также либо подтверждается, либо отменяется и так далее. После 24 тактов на выходе регистра, а именно на выходах Q0-Q11, записанное число оказывается цифровым эквивалентом аналоговой величины, воздействующей на входе устройства сравнения. Вход Е служит для разрешения работы регистра, вход S - вход стартового запуска (обычно эти сигналы инверсные), выход D0 - выход последовательного кода, С0 - выход конца преобразования.Помимо рассмотренных существуют так называемые многоцелевые регистры или сверхоперативные запоминающие устройства. Это устройства, содержащие в себе несколько параллельных регистров и две выходные шины. Информацию из любого регистра можно вывести на одну шину, из другого регистра - на другую. При этом в любой регистр можно одновременно вести запись.
Цифровой счетчик импульсов - это цифровой узел, который осуществляет счет поступающих на его вход импульсов. Результат счета формируется счетчиком в заданном коде и может храниться требуемое время. Счетчики строятся на триггерах, при этом количество импульсов, которое может подсчитать счетчик определяется из выражения N = 2n - 1, где n - число триггеров, а минус один, потому что в цифровой технике за начало отсчета принимается 0. Счетчики бывают суммирующие, когда счет идет на увеличение, и вычитающие - счет на уменьшение. Если счетчик может переключаться в процессе работы с суммирования на вычитание и наоборот, то он называется реверсивным. Коль счетчики строят на триггерах, посмотрим, как все это работает:
Рис. 1 - Схема счетчика с последовательным переносом на Т-триггерах и графики, поясняющие принцип его работы
В качестве исходного состояния принят нулевой уровень на всех выходах триггеров (Q1 - Q3), т. е. цифровой код 000. При этом старшим разрядом является выход Q3. Для перевода всех триггеров в нулевое состояние входы R триггеров объединены и на них подается необходимый уровень напряжения (т. е. импульс, обнуляющий триггеры). По сути это сброс. На вход С поступают тактовые импульсы, которые увеличивают цифровой код на единицу, т. е. после прихода первого импульса первый триггер переключается в состояние 1 (код 001), после прихода второго импульса второй триггер переключается в состояние 1, а первый - в состояние 0 (код 010), потом третий и т. д. В результате подобное устройство может досчитать до 7 (код 111), поскольку 23 - 1 = 7. Когда на всех выходах триггеров установились единицы, говорят, что счетчик переполнен. После прихода следующего (девятого) импульса счетчик обнулится и начнется все с начала. На графиках изменение состояний триггеров происходит с некоторой задержкой tз. На третьем разряде задержка уже утроенная. Увеличивающаяся с увеличением числа разрядов задержка является недостатком счетчиков с последовательным переносом, что, несмотря на простоту, ограничивает их применение в устройствах с небольшим числом разрядов.
Счетчики с параллельным переносом
Для повышения быстродействия применяют способ одновременного формирования сигнала переноса для всех разрядов. Достигается это введением элементов И, через которые тактовые импульсы поступают сразу на входы всех разрядов счетчика. Посмотрим на схему:
Рис. 2 - Счетчик с параллельным переносом и графики, поясняющие его работу
С первым триггером все понятно. На вход второго триггера тактовый импульс пройдет только тогда, когда на выходе первого триггера будет лог. 1 (особенность схемы И), а на вход третьего - когда на выходах первых двух будет лог. 1 и т. д. Задержка срабатывания на третьем триггере такая же, как и на первом. Такой счетчик называется счетчиком с параллельным переносом. Как видно из схемы, с увеличением числа разрядов увеличивается число лог. элементов И, причем чем выше разряд, тем больше входов у элемента. Это является недостатком таких счетчиков.
C появлением ИМС наибольшее распространение получили 3и системы ЭВМ: микро-ЭВМ; СМ ЭВМ; ЕС ЭВМ.
Для каждой системы разработаны и стандартизированы типовые конструкции модульных уровней. Стандарты: ЕС ЭВМ: ГОСТ 25122-82; СМ ЭВМ и микро ЭВМ: ГОСТ 26202-81.
Стандартизация позволяет достичь след. преимуществ: @ унификация отдельных конструкций которые могут быть использованы в ряде других аналогичных устройств; @ уменьшение затрат на разработку и производство; @ повышение надежности изделия; @улучшение обслуживания, т.к ненужно дополнительно обучать персонал; @ повышение ремонтопригодности.
ЕС ЭВМ – разработана и внедрена в производство с 1972г. Ее основные базовые конструкции имели назначения: размещение и компоновки эл-ов оборудования.
1-лицевая панель, 2-невыпадающий винт, 3-печатная плата, 4-микросхема, 5-развязывающий конденсатор, 6-электрический соединитель (разъем).
Основные базовые конструкции ЕС ЭВМ:
1)При конструировании модулей первого уровня выполняются следую щие работы: *Изучение функциональных схем с целью выявления одинаковых по назначению подсхем и унификации их структуры в пределах изделия, что приводит к уменьшению многообразия подсхем и номенклатуры различных типов ТЭЗ; *Выбор серии микросхем, корпусов микросхем, дискретных радиоэлементов; *Выбор единого максимально допустимого числа выводов соединителя для всех типов модулей. За основу принимают число внешних связей наиболее повторяющегося узла с учетом цепей пи тания и нулевого потенциала и до 10 % запаса контактов на возмож ную модификацию; *Определение длины и ширины печатной платы. Ширина платы, как правило, кратна или равна длине соединителя с учетом полей установки и закрепления платы в модуле второго уровня. Требования по быстродейст вию и количество устанавливаемых на плату компонентов влияют на ее длину; *Собственно конструирование печатных платы; *Выбор способов защиты модуля от перегрева и внешних воздействий. Конструкция низшего иерархического уровня – ТЭЗ (законченная конструкция, выполняющая определенную функцию в сост. ЭВМ). Она строится на основе печатной платы. При конструировании печатных плат необходимо решать задачи: 1.выбор проводниковых и изоляционных материалов, формы и раз меров печатных плат, способов установки компонентов; 2.определение ширины, длины и толщины печатных проводников, расстояний между ними, диаметров монтажных и переходных отверстий, размеров контактных площадок; 3.трассировка печатного монтажа.
1-каркас, 2-лицевая панель, 3-монтажная панель, 4-соединитель, 5-ТЭЗ.
2) Панели – конструктивные модули предназначены для объединения нескольких ТЭЗов в узле. На панели имеются ряд разъемов для подключения ТЭЗов. конструктивную модель представляет собой металлическую пластину в которой имеются окна для уст. разъемов.
3) Рама – служит для установки моделей и блоков, размер блоков должен быть кратным размеру панели. Конструктивно это сварная конструкция на каркас кот. укрепляются панели для крепления панели в раме предусматривается окно 360*360 мм. Все панели соед. между собой элект. жгутами с разъемами. 4) Стойка – предназначена для расположения в ней нескольких рам, рамы между собой соед. жгутовыми соединениями. Конструкция стойки –сворной несущий каркас, закрытый кожухом и имеющий двери.
Серия машин СМ ЭВМ предназначена, как для решения численных задач. Малые ЭВМ занимают 1-2 комнаты и сост из следующего ряда базовых элементов.
1. Изделия нулевого уровня: *печатные платы- пластина из тексталита; *блок элементов- печатная плата закрепл. на каркасе металлическом и несущая разъем для подключения; * объединительная печатная плата; *вспомогательные устройства. 2.Изделия первого уровня: ^частичный каркас, предназначен для размещения блоков элементов; ^блок вентиляторов; ^вспомогательные изделия(соед. устройства, кожух и т.д). 3.Изделия третьего уровня: шкаф.
Микро ЭВМ предназначены для проведения вычислительных работ, а также для управления тех. процессом на производстве. Такие ЭВМ имеют небольшой объем ОЗУ, быстродействие не более 100 тыс. операций в секунду, но малые габариты и вес. Микро ЭВМ бывают: *однокристальными; *одноплатные; *многоплатные. Наиболее широкое распространение получили многоплатные ЭВМ, которые переросли в персональные ЭВМ. Конструкции: печатные платы, частичный корпус, кожух.
По мере внедрения ЕС ЭВМ возникла необходимость в их сопряжении с измерительными приборами, физич. установок, произ-ыми установками. Для разработки устройств сопряжения был создан стандарт (КАНАХ). Стандарт предусматривает нормативы по разработки уст. сопряжения и протокола их подключений к ЭВМ. Основные особенности КАМАК: а) система является модульной, состоящей из функциональных блоков, которые могут объ единяться для создания комплектов оборудования; б) функциональные блоки выполнены вставными н устанавливаются в стандартный крейт; в) механическое устройство рассчитано на высокую плотность монтажа с применением интегральных схем или подобных устройств; г) каждый вставной блок имеет непосредственное соединение со стандартной магистралью крейта. Эта магистраль образует часть крейта и служит для передачи цифровых данных, сигналов управления и подвода питания. Стандарт на магистраль не зависит от типа вставного блока или используемой ЭВМ; д) система спроектирована таким образом, что сборка, состоящая из крейта и вставных блоков, может быть соединена с системной цифровой ЭВМ. Однако использование ЭВМ совершенно необязательно, и ни одна часть этого стандарта не зависит от ее присутствия в системе; е) внешние соединения вставных блоков могут соответствовать стандартам на аналоговые и цифровые сигналы подключаемых преобразователей информации. ЭВМ и т. п. или рекомендуемым стандартам на цифровые сигналы, приводимым в настоящем стандарте; ж) несколько крейтов КАМЛК (до 7) могут объединяться в систему через магистраль ветви.
Клавиатура - это унифицированное устройство, представляющее совокупность датчиков, воспринимающих давление (прикосновение) на клавиши и замыкающих тем или иным образом определенную электрическую цепь, со стандартным разъемом и последовательным интерфейсом связи с системной платой.
Организация клавиш
Клавиши клавиатуры разделены на несколько групп, в зависимости от функций.
Внутри клавиатуры находится одна микросхема, которая выполняет специализированные функции. Она отслеживает нажатия на клавиши и посылает номер нажатой клавиши в центральный компьютер.
Во всех классах ЭВМ к низшим иерархическим уровням относятся: *интегральные МС; *электро-радио элементы; *печатные платы; *ТЭЗ; *блоки элементов построения на их основе.
Основу модулей низшего иерархического уровня сост. печатные платы, которые характеризуются типоразмером. Эти платы стандартизированы в 1982г – международная электротехническая комиссия приняла стандарт по которому размеры печатных плат измерялись в мм и имеют след. измерения: L, H, B.
Базовым размером печатной платы выбрали H0*B0=100*100 мм. По горизонтали шаг увеличения базового размера 60 мм, т.е. ширина опред. по форме B=B0+60*n?n=0,1,2. По высоте шаг приращения сост. 44,45 мм, размер определяется H=H0+44,45*n, n=0,1,2. Наиболее часто используются размеры печатных плат: H=144,45; 233,35; 322,25; 366,7 мм.
B=160; 220; 280; 400 мм. В мини ЭВМ (СМ ЭВМ) применяют 4 вида размера: Е1, Е2, Е3, Е4.
Типоразмеры: Е1=100*160 мм. Используется для изготовления печатных плат, источников питания. Е2=233б35*220 мм. Используется для изготовления функциональных модулей логических эл-ов, процессоров, контроллеров, согласователей и др. Е3 и Е4 вспомогательные типоразмеры, в частности Е3=233б35*160 мм применяется для вспомогательного оборудования. Е4=100*200 мм – специальные блоки. Толщина печатных плат 1,5 мм обуславливается тем, что при этом размер минимальный при сохранении мех-ой прочности. при разработке печатных плат микро ЭВМ и мини ЭВМ используются координатная сетка 1,25 мм. Исключением считается ЕС ЭВМ, там шаг координатной сетки 2,5 мм.
Блоки используются в микро и мини ЭВМ, а панели в ЕС ЭВМ, а также в ПК. В мини ЭВМ использ автономные комплексные блоки, а в микроЭВМ – комплексные блоки.
В состав блока может входить либо частичный каркас, либо корпус частичный, в кот вставляются ТЭЗ и печатные платы. Также в состав блока могут входить устр-ва вентиляции и питания. В наст время 60 типоразмеров блоков АКБ: ширина блока 19 дюймов, высота с шагом U=44,45мм:3U÷12U.
Конструкция блока состоит из переднего и заднего каркасов, выполненных из алюминиевого сплава. Между собой каркасы соеденины металич распорками. На переднем каркасе блока располог эл-ты контроля , сигнализации и коммутации. Аппаратура внутри блока подключ к внешним сетям с помощью разъемных соединений. Панель. Содержит 40 ТЭЗов.
В ЕС ЭВМ панели устанавливаются на раму, а три рамы устанавливаются в стойку. Стойка – сварная конструкция закрытая кожухом и имеющая двери. Внутри располагаются направляющие для 3х рам с панелями.
Такие накопители обладают гораздо большим быстродействием и объемом памяти. В них носителем информации явл жесткий метал диск на кот нанесен магнитный слой (может быть из окиси железа, кот наносится в виде лака на диск). При таких дисках дорожки с магнитной записью ост широкими, что уменьшает объем ПЗУ, кроме того магнитный слой толстый поэтому для записи требуется больше времени, следоват быстродействие низкое. Таких недостатков нет в дисках с кобольтовым покрытием. Как правило на одной оси уст-ся несколько магнитных дисков и запись ведётся на каждой из сторон каждого диска. На каждую поверхность имеется своя магнитная головка. Головки не касаются дисков, они отстают от них на 10 долей микро метра. Это позволило увеличить скорость вращения диска, а, следовательно, скорость записи или считывания. Все магнитные дорожки расположены друг под другом на всех поверхностях, образуя цилиндр.
Бывают неск разновидностей построена на 3,5дюймах.
В дисководах имеется кранштейн с магнитными головками, кот перемещается вдоль диска устанавливая головку либо в 40, либо в 80 положений. Головки перемещаются с помощью шагового двигателя. Такие двигатели позволяют обеспечить высокую точность позиционирования головки. Магнитный диск вращаясь движется относительно головки, в результате на ней создается дорожка магнитной записи. Каждая дорожка разделяется на сектора, кол-во кот определяется плотностью записи (секторов может быть 8,9,15,18). В каждом секторе можно записать различное кол-во информации в зависимости от типа дискеты (128,286,512,1024). В настоящее время распространены HD. Цифровые содержат 80 дорожек, емкость каждого сектора 512, запись осуществляется с 2ух сторон. Перед употреблением дискета форматируется и на каждой дорожке в начале каждого сектора записывается соответ метки обозначающие номер дорожки и сектора и сторону диска.
Стримеры – внешние накопители на магнитной ленте, они применяютя для сохранения информации (архивирования), которая используется очень редко. Эти устройства подключаются через адаптер накопители на дисках. Скорость записи 120-250 кб/сек.
CDROM 50÷720 Мб. В качестве носителя инф-ции используется поликорбанатный диск, на нем с помощью полупроводникового лазера осуществляется прожигание поверхности в соответствии с записанным сигналом. Поскольку лазерный луч узкий, расстояния между дорожками можно делать малые на 5 дюймовом компакт диске помещается 16 тыс дорожек. Другой разновидностью явл DVD для их записи применяется более короткая длина волны, поэтому объем памяти одной стороны составляет 4,7Гбайт. Двухсторонние DVD объемом до 8Гбайт, а двухслойные до 17 Гбайт.
Особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. Энергонезависимая - не требующая дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи). Перезаписываемая - допускающая изменение (перезапись) хранимых в ней данных. Полупроводниковая (твердотельная) - не содержащая механически движущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), построенная на основе интегральных микросхем (IC-Chip).
В отличие от многих других типов полупроводниковой памяти, ячейка флэш-памяти не содержит конденсаторов – типичная ячейка флэш-памяти состоит всего-навсего из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка флэш-памяти прекрасно масштабируется, что достигается не только благодаря успехам в миниатюризации размеров транзисторов, но и благодаря конструктивным находкам, позволяющим в одной ячейке флэш-памяти хранить несколько бит информации.
Мониторы на основе ЭЛТ – наиболее распространенные устройства отображения информации. Используемая в этом типе мониторов технология была разработана много лет назад и первоначально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, т.е. для осциллографа.
Электронно-лучевые трубки, используемые в современных мониторах, имеют следующие основные элементы: • электронные пушки (по одной на каждый цвет RGB-триады или одну, но испускающую три пучка); • отклоняющую систему, то есть набор электронных "линз", формирующих пучок электронов; • теневую маску, обеспечивающую точное попадание электронов от пушки каждого цвета в "свои" точки экрана; • слой люминофора, формирующий изображение при попадании электронов в точку соответствующего цвета.
Мониторы получают сигнал от компьютера и преобразуют его в форму, воспринимаемую электронно-лучевой пушкой, расположенной в «горлышке» огромной колбы. Пушка «стреляет» в нашу сторону, а широкое дно (куда мы, собственно, и смотрим) состоит из «теневой маски» и люминесцентного покрытия, на котором создается изображение. Электромагнитные поля управляют пучком электронов: отклоняющая система изменяет направление потока частиц таким образом, что они достигают нужного места на экране, проходя через теневую маску, падают на фосфоресцирующую поверхность и формируют изображение (активизированный электронным лучом участок экрана испускает свет, видимый глазом. Такая технология называется «эмиссионной».
Экраны LCD-мониторов сделаны из вещества - цианофенил, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. Работа ЖК основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом поляроид как бы "просеивает" свет, данный эффект называется поляризацией света. Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, назвали жидкими кристаллами. Рисунок 1.1. Конструкция ЖК-монитора.
Контроллер
Видиокарта
Контроллер
Контроллер
Контроллер
Сетев.адапт
Сист.магистральная шина
клавиатура
монитор
НЖМД
НГМД
Принтер и мышь
Локал сеть
АЛУ
Регист
УУ
Центр.микропроцессор
Схема упр шиной и порт.
ОЗУ
ППЗУ
Основ.память
EMBED Excel.Sheet.8