1 Сурет - мпж фон-нейманды архитектурасы

 

Жалпы шиналы архитектура көбірек таралған, ол мысалы дербес компьютерлерде және күрделі микрокомпьютерлерде қолданылады. Бөлек шиналы архитектура негізінен біркристалды микроконтроллерде қолданылады

№ 3 Емтихан билеті

1. Микропроцессорлардың негізгі құрылым принциптері мен жұмыс тәртібін түсіну үшін олардың нақтылы бір түрін қарастыру ыңғайлы. Осындай үлгі ретінде қарапайым Intel 8085 микропроцессоры алынды. Өзінің қартаң жасына қарамай, бұл микропроцессор осы күнге дейін өз маңыздылығын жоймай, әлі де өндірісте шығарылады. Әрине, оның қолданылым аймағы – компьютерлер емес, оларда қазіргі заманда одан қуаттырақ және өнімділеу микропроцессорлар қолданылады. Intel 8085 сияқты микропроцессорлар, негізінде, олардың мүмкіншілігі жететін басқару жүйелерінде пайдаланылады.Микропроцессордың құрама блоктарының арасындағы информация алмастырылуы оның ішкі сегіз разрядты дерек желісі арқылы жүзеге асырылады.

2. Қарапайым инвенторлы Транзисторлы-транзисторлы логика (ТТЛ) сұлбасы (5.1 сурет) – ТТЛ- ның дамуының нәтижесі. Диодтар матрицасы көпэмиттерлік транзистормен (КЭТ) ауыстырылады. Бұл диодтық логикалық сұлбалар мен транзисторлық күшейткішті қосатын интегралды құрылғы. КЭТ құрамында бірнеше эмиттерлер бар, олар бір-бірімен тура әрекеттеспейтін етіп орналастырылған. КЭТ тез-әрекеттесуді үлкейтуге, қолданылатын қуатты төмендетуге және ықшамсұлбаларды дайындау технологиясын кемелдендіруге мүмкіндік береді. КЭТ интегралды сұлбатехника кезеңінде дайындалғандықтан, дискретті компонентті ТТЛ аналогтары болмады. ТТЛ потенциалды элементтерге жатады. ЭЕМ сұлбаларын құру кезінде олардың негізінде олар потенциалды байланыспен, яғни конденсатор мен трансформаторларсыз байланыстырылады.

3. Микропроцессор құрамы әртүрлі қиын микросхемалардан тұратын біртұтас элементті базадан - қарапайым операциялардан бастап миллион логикалық элементтерден тұратын қиын бағдарламалық кристалдарды орындайтын логикалық элементтерден  құрылады.

Микропроцессор – бұл бір немесе бірнеше үлкен интегралды схемалар (ҮИС) (БИС)  түрінде жүзеге асырылған функционалды процессор. Микропроцессорлы топтама – белгілі бір командалар топтамасы көмегімен жұмысты басқару мүмкіндігіне ие болатын ҮИС жиынтығы. Микропроцессорлы жүйе өзінің құрылымы бойынша  дербес компьютерге ұқсас, бірақта, ішкі әлеммен беттесу құралдарының жиынтығы  және жадысының көлемі шектеулі. Бір стандартты микропроцессорлық жүйенің бағдарламасын ауыстыра отырып, оны көптеген құрылғылар мен жүйелерде  қолдануға болады: техникалық процестегі автоматты басқаруда, техникалық диагностикалар жүйелерінде және күзету жүйелерін қосу арқылы объектілердің жағдайын бақылауда. Бағдарламаланатын құрылымды ҮИС-тің  негізгі ерекшелігі микросхема құрылымын өзгерте отырып, бағдарламалы түрде әртүрлі блоктарды қоса алуында. Электронды жүйе – бұл кез келген электрондық түйін, блок және кіріс сигналдарын өңдеп шығыс сигналдарын шығаратын құрылғы (1-сурет).

Кіріс және шығыс сигналы ретінде мыналар қолданылады: аналогты сигналдар, бірлік цифрлық сигналдар, цифрлық кодтар, цифрлық кодтар тізбегі. Жүйе ішінде сигналдар сақталады, жинақталады және аналогты-цифрлық түрлендіргіш көмегімен кодтарға айналады, ал шығыс аналогтық сигналдар цифрлы-аналогтық түрлендіргіш көмегімен цифрлық кодтар тізбегінен құралады.

4-Емтихан Билеті

1. Күрделі инверторлы ТТЛ сұлбасы .

Күрделі инвертерлі ТТЛ сұлбасы (сурет 5.2) екі бөліктен тұрады:

а) КЭТ көпэмиттерлі транзисторды қосатын ЖӘНЕ конъюнкторы және R1 резисторы. ЖӘНЕ сұлбасының 2-ден 8-ге дейін кірістері болуы мүмкін (кірістер санының көбеюі ТТЛ-дің логикалық мүмкіндіктерін кеңейтеді);

б) құрамында VT1, VТ2, VТ3, VD, R2, R3, R4 бар ЕМЕС күрделі инвертері.

Күрделі инвертерді фаза-ажыратушы каскад пен кіріс күшейткішінен тұрады деп қарастыруға болады.

Фаза-ажыратушы немесе фазоинверсті каскад (VT1, R2, R3-тен тұрады) VТ2 және VТ3 транзисторларын басқару үшін қызмет етеді. VТ1 транзисторы ауыстырып қосып ажырату шегін үлкейтеді, ТТЛ-дің бөгеуілдерге тұрақтылығын арттырады.

Кірістегі күшейткіш (VТ2, VТ3, VD, R4) эмиттерлік қайталағыш болып табылады. VТ1, VТ3 транзисторлары қосарланған транзисторлар немесе Дарлингтон жұбы болып табылады. Жұмыстың статикалық режимдерінде VT3 сұлбалары VT1 күйін қайталайды. VT1 жабылса, VT3 транзисторының базасы R3 резисторы арқылы корпусқа қосылады, сонда VT3 жабық күйі қамтамасыз етіледі.

VТ2 транзисторы қаныққан және токсыз күйде жұмыс істей алады. Жұмыстың статикалық режимдерінде оның күйі әрқашан VT3 күйіне, сәйкесінше VT1 күйіне қарама-қарсы болады. VT3 транзисторының қаныққан күйінде VT2 жабық немесе керісінше. VТ2, VТ3 транзисторлары екітактілі қуат күшейткіші болып табылады.

VD диоды VТ3 ашық кезінде VТ2 транзисторын берік жабу мақсатында қызмет етеді. VT3 транзисторының қаныққан күйі кезінде VT2 ашылу шегін көтеру арқылы оның жабық күйін қамтамасыз етеді. Шынымен:

UБЭ2 = UКЭН1 + UБЭ3 – UКЭН3 – UVD ≈ U БЭ3 - UVD < Uтаб2, мынадай мәндерге ие болғандықтан: UБЭ = 0,7 В; UКЭ=0,3 В; UVD = 0,7 В; Uтаб = 0,6 В.

UБЭ2 = UБ2 - (UD+UКЭ3) = UКЭ1+UБЭ3 – UVD - UКЭ3 =0,3 + 0,7 - 0,7 - 0,3 = 0.

Егер VD жоқ болса, UБЭ2 = UКЭ1 + UБЭ3 - UКЭ3 = 0,7 В, мұнда VТ2 ашық.

UБЭ2 = UБ2 - UЭ2 = (UКЭ1+UБЭ3н) - (UКЭ3н+UD) = 0.

Егер VT1 қаныққан болса, VT3 базасы арқылы ток ағады

IБ3 = IЭ1 – IR3 = [(EК - UКЭН1 – UБЭ3)/2∙R2] – (UБЭ3/R3). VT2 транзисторы және VD диодының жабық кезіндегі VT3 транзисторының қаныққан күйін қамтамасыз ету үшін келесі шартты орындау кажет

IБ3∙В3 ≥ IКН = n∙I0кір жүкт,

мұндағы В – үлкен сигнал режиміндегі токты жіберу коэффициенті;

n – қарастырылып жатқан сұлбаның шығысына қосылған жүктемелі ТТЛ-сұлбалар саны;

I0кір жүкт – жүктемелі ТТЛ-сұлбаның кіріс тогы.

Осы жерден берілген сұлбаның жүктемелік қабілеттілігін анықтауға , яғни VT3 транзисторы әлі де қаныққан режимде жұмыс істей алатын кездегі жүктемелік сұлбалардың максималды санын анықтауға болады:

nмакс = IБ3∙В3 / I0кір жүкт.

R4 резисторы төменгілер үшін қажет:

а) кірісте қысқа тұйықталу жағдайында VТ2 және VD қорғау;

б) сұлбаны логикалық нөлден логикалық бірге ауыстырған кезде коллекторлық тогын шектеу. VT1 жабылғаннан соң, VT2 транзисторы VT3 қаныққан транзисторынан бұрын ашылады өйткені, транзисторына қанығу режимінен шығу үшін біршама уақыт қажет. Нәтижесінде, біршама уақыт аралығында, VT2 және VT3 транзисторлары ашық, және Ек, VT2, VD и VT3 элементтерінен тұратын тізбек бойынша, Ек қоректендіру көзінен тұтынылып жатқан ток ағады, және қоректендіру шинасы бойыша бөгеуіл импульсі пайда болады. Бөгеуіл амплитудасын шектеу үшін, шамамен бірнеше ондаған Ом-ға тең R4 резисторы қойылады.

2.Эмиттерлі байланысқан логика ЭСЛ- сұлбалары.

ЭСЛ технологиясы

ЭСЛ технологиясы ТТЛ технологиясы сияқты биполярлы, яғни элементтері биполярлы құрылымдардан жасалады. ЭСЛ элементтерінің негізі «ток ауыстырғышы» деп аталады, Немесе-Емес (3-сурет); 1-шығысында логикалық НЕМЕСЕ-ЕМЕС, ал 2-шығысында – НЕМЕСЕ логикалық функциясы бар.ЭСЛ схемаларының кіріс кедергісі төмен болғандықтан жылдамдықтары жоғары және активті режимде жұмыс істейді, кіріске түскен бөгеттер күшейеді. Бөгеуіл төзімділігін жоғарылату үшін коллекторлы қорек көзінің шинасын жуан жасайды және жалпы шинамен байланыстырады. 3-сурет - ЭСЛ базалық элементі

ЭБЛ сұлбасы - эмиттерлі-байланысқан логика сұлбасы.

ЭБЛ сұлбаларының ерекшеліктері.

ТТЛ сұлбаларына қарағанда, эмиттерлі-байланысқан логиканың цифрлық микросұлбаларының тез әрекет ету қабілеттілігі жоғарырақ. Олар қазіргі уақытта субнаносекундтық диапазонға қол жеткізді, себебі:

а) транзисторлардың қанығуы болмайды (артық заряд тасушыларды тарату уақыты t тар = 0);

б) сұлбада эмиттерлік қайталағыштар (ЭҚ), сыйымдылық зарядының процесін жылдамдататын жүктемелер қолданылады, эмиттерлік қайталағыштың Rшығ шығыс кедергісі аз болғандықтан, шығыс ток үлкен;

в) логикалық ауысу азырақ . 1 0 л UU U 

Жұпфазалы шығыстың болуы түзу және инверсті мәндер алуға мүмкіндік береді, бұл қолданылатын микросұлбалар санын азайтады.

ТТЛ-дың қарапайым сұлбаларынан айырмашылығы – логикалық мүмкіндіктерді шешу үшін, ЭБЛ бірнеше элементтерінің шығыстарын біріктіруге болады.

3.ЭСЛ базалық сұлбасының жұмыс істеу қағидасы.

ЭСЛ элементтерінің негізгі қасиеті мыналар: өте жоғары жылдамдық, үлкен жүктемлік қабілет, жұмыс температурасы мен қоректену кернеуі өзгергендегі динамикалық параметрлерінің жоғары тұрақтылығы, төмен онда келісілген желі мен жүктемеде жұмыс істеу қабілеті, салыстырмалы жақсы бөгеуілге тұрақтылық.  Жасалған сандық ЭСЛ ИС-ң ішінде К500 және К1500 сериялы микросұлбалар кең таралады, бұлар МС 10000 мен Ғ100К микросұлбаларының функционалдық аналогы.  К500 сериялы микросұлба істік шығыста пластмасслық және керамикалық қорапта шығарылады, ал К1500 сериялы микросұлба негізінен керамикалық қорапта шығыстары планарлы болып дайындалады. Сурет1 көрсетілген К500 сериялы базалық ЭСЛ элементі үш бөліктен құралады: токтық ауыстырғыш (ТА), шығыс эмиттерлік қайталағыштар (ЭҚ) және тірек кернеуінің көзі тізбегі (ТКК). Негізінде ЭСЛ элементтерінің екі не үш кірісі бар. Кіріс санын көбейту кіріс паразисттік сиымдылығын өсіреді, бұл жылдамдықты төмендетеді.  ТА - Т0, Т1 және Т2 транзисторларында RЭ, RК1 және RК2 резисторларында тұрғызылған. ТА-ң негізінен кілттік режимде жұмыс істейтін дифференциалдық күшейткіш құрайды, бұл кезде Т0, Т1 и Т2 транзисторлары қанығу режимінде енеді. ТА кіріс сигналдарын күшейтеді, элементтің қажетті бөгеуіл тұрақтылықпен қамтамасыз етеді,

 А)токтық кілттің схемасы, Б) ЭСЛ базасының элементі.

5-Емтихан билеті

Өрістік транзистор – жартылай өткізгіш құрылғы, оның тогы кіріс сигналынан пайда болатын электр өрісінің перпеникуляр тогының әсерінен өзгереді.

Өрістік транзисторда жұмыс тогының ағыны тек бір таңбалы заряд тасымалдаушыларға(электрондар немесе кемтіктер) негізделген, сондықтан мұндай құрылғыларды униполярлы электронды құрылғылардың кеңірек класына қосады(биполярлымен салыстырғанда). Өрістік транзисторларды физикалық құрылымы мен жұмыс жасау механизмі бойынша 2топқа бөледі. Біріншісін басқарылатын p-n өткелді транзисторлар немесе металл – жартылай өткізгіш өткелі құрайды, екіншісін басқарылатын бөлектелген электродты транзистор, яғни МПД (металл-диэлектрик-жартылай өткізгіш) транзисторлар құрайды.

пМДП логикалық элементтері пМДП технологисының жоғарыда қарастырылған технологиялардан айырмашылығы олар МДП транзисторларына негізделген, биполярлы құрылымдарға қарағанда мынадай жетістіктерге ие болады: - кіріс тізбегі (затвор тізбегі) статикалық режимде ток қолданбайды (жоғары кіріс кедергісі бар); - өндірістің қарапайым технологиясы және кристалдағы алатын орны аз. пМДП негізінде жасалған негізгі логикалық схемалар НЕМЕСЕ-ЕМЕС, ЖӘНЕ-ЕМЕС (4-5сурет). 4-сурет. НЕМЕСЕ-ЕМЕС схемасы 5-сурет. ЖӘНЕ-ЕМЕС схемасы

1.КМДП логикалық (қисындық)элементтері.

Логикалық элементтер — логика алгебрасы ережелеріне сәйкес кіріс сигналдарымен қарапайым логикалық операцияларды (функцияларды) жүзеге асыратын электрондық құрылғылар. Осындай операцияларға логикалық қосу — '''дизъюнкция''' (“немесе”), көбейту — '''конъюнкция''' (“және”), терістеу — '''инвертирлеу''' (“емес”) жатады. Қарапайым Логикалық элементтердің шартты белгілері суретте көрсетілген. Ақпараттық сигналдар ретінде электр кернеуі немесе тогының дискреттік мәндері (деңгейлері) қолданылады. Мысалы:

0 — төмен деңгейге, 1 — жоғары деңгейге сәйкес келеді.

Логикалық элементтер функционалдық белгіленуі, ақпарат беру әдісі, сұлбатех. шешімі және пайдаланылатын электрондық құралдары бойынша ажыратылады. Күрделі Логикалық элементтер қарапайым операциялар орындайтын элементтерді біріктіру арқылы жасалады. Мысалы:

“немесе” — “емес”, “және — емес”, “немесе — және — емес”, т.б.

Құрылымдық түрде Логикалық элементтер жекеленген (дискретті) құраушылардан немесе интегралдық сұлба (ИС) түріндешала өткізгіш, гибридті, үлдірлі (пленкалы), т.б. орындалуы мүмкін. Қазіргі дербес компьютерлерде жоғары дәрежелі интеграциясы бар ИС-дағы Логикалық элементтер жүйелері қолданылады. Логикалық элементтер компьютерлердің, цифрлық автоматтардың элементтік негізін қалайды.

КМДП технологиясы бойынша құрылған интегралды схемалар ерекшеліктері мыналар:

- статикалық электрлікке сезімталдылық (буферлік каскадтарға қорғаныс үшін диодтар қойылады);

- тиристорлық эффект (КМДП құрылымдарында қорек көзі шиналары арасында паразитті биполярлы тиристорға ұқсас құрылымдар пайда болады). Қорек көзін қосқанда тиристор қосылады, «+» шинасын жалпы шинаға тұйықтайды.

6 - Емтихан билеті

3.Дешифратор қызметі.

Дешифратор (фр. dechiffrer - шешу) — байланыста ұшақтарда, телебасқаруда тек дұрыс кодталған сигналдар мен пәрмендерді қабылдауға, сондай-ақ оларды ракетанын, ұшақтын атқарушы орғандарына әсер ететін сигналдарға айналдыруға арналған құрал. Қабылдаушы кондырғыға түсетін көптеген электр импульетерінін ішінен дешифратор тек белгілі бір импульстер жиынтыгын кабылдайды. Атмосфералық разрядтар мен қарсыластар жасаған кедергілер дешифраторға әсер етпейді және оларды атқарушы орғандарга жібермейді.

Дешифратордың түрлендіргіші.

Сандақ электронды термометр функционалдық сұлбасында (температура диапазоны 20-дан 400оС дейн) құрылғының аналогтық бөлігіне тұрақты тоқ күшейткіші (ТТК) және 12-разрядты АЦТ жатқызады, сандық бөлігіне – екілік кодты екілік ондық кодқа түрлендіргішін (X/Y) және бұл кодты төрт сандық жетісегментті индикаторлы басқарушы кодқа түрлендіргіш DC дешифраторы (сур.1.1).

Сурет 1.1

Сандық микросұлбаларды комбинационды және сатылы деп бөлуге болады. Комбинационды сандық құрылғының шығыс сигналының мәні уақыттың кез-келген мәнінде кіріс сигналының сол уақыт мәнәмен анықталады. Оларға логикалық элементтер, сумматорлар, код компараторлары, дешифраторлар, мультиплексорлар, код түрлендіргіштері жатқызылады.

Сатылы сандық құрылғыларда есте сақтау жадылар болады. Олардың ағымдағы тактідегі шығыс сигналдары, осы тактідегі немесе алдыңғылардығы кіріс сигналдарының мәнімен анықталады. Сандық құрылғының жұмыс тактісі деп сандық кодтаудың уақыт бойынша да және деңгей бойынша да дискретизацияланады деп есептелінетін, әр бір сигнал деңгейіне берілетін соңғы уақыт қимасы. Сатылы сандық құрылғының қатарына триггерлер, регистрлер, санауыштар, оперативті есте сақтау құрылғысы, микропроцессорлар және микроконтроллер жатқызылады.

Сандық микросұлбаның белгіленуі, функционалдық белгісі бойынша мысалға, К555ЛА3 серия нөмірі (К555), топтама (Л-логикалық элемент) және түрі (А-элемент ЖӘНЕ-ЕМЕС). Серияның бірінші саны конструкторлық-технологиялық белгісін сипаттайды (1,5,6,7-жартылайөткізгішті; 2, 4, 8-гибридті; 3-қалғандары). Кең қолданылатын сандық микросұлбалар жартылай өткізгішті технология бойынша орындалады, яғни кремнийлі кристалдың көлемін және беттігін фотолитография әдісімен.

Дешифратор деп - екілік кодты унитарлыға түрлендіргішті айтады. Мысалға 3-разрядты санның екілік унитарлы коды сегіз разрядты болып табылады, оның ішінде біреуі активті деңгейлі болады.

Екі кірісінде толық дешифраторда (сур.5.1) адресі А және В кірісінің екілік сигнал теріміне сәйкес келетін шығысында логикалық бірлік түзіледі. Бұндай дешифратордың унитарлы кодының “төрттен бірі” деген атауы бар.

Рис.5.1

Рұқсат ететін Е кірісі болғанда (сур.5.2) дешифраторды бір кірістен бірнеше шығысқа сигнал демультиплексор – коммутаторы ретінде қолдануға болады. Е кірісіне берілетін сигнал, адресі А және В кірісіне берілген Yi шығысында қайталанады. Е=0 болғанда дешифратор жұмысы рұқсат етілмейді (құрылғының барлық шығысында логикалық 0).

Сур.5.2

1.КМДП логикалық (қисындық)элементтері.

Логикалық элементтер — логика алгебрасы ережелеріне сәйкес кіріс сигналдарымен қарапайым логикалық операцияларды (функцияларды) жүзеге асыратын электрондық құрылғылар. Осындай операцияларға логикалық қосу — '''дизъюнкция''' (“немесе”), көбейту — '''конъюнкция''' (“және”), терістеу — '''инвертирлеу''' (“емес”) жатады. Қарапайым Логикалық элементтердің шартты белгілері суретте көрсетілген. Ақпараттық сигналдар ретінде электр кернеуі немесе тогының дискреттік мәндері (деңгейлері) қолданылады. Мысалы:

0 — төмен деңгейге, 1 — жоғары деңгейге сәйкес келеді.

Логикалық элементтер функционалдық белгіленуі, ақпарат беру әдісі, сұлбатех. шешімі және пайдаланылатын электрондық құралдары бойынша ажыратылады. Күрделі Логикалық элементтер қарапайым операциялар орындайтын элементтерді біріктіру арқылы жасалады. Мысалы:

“немесе” — “емес”, “және — емес”, “немесе — және — емес”, т.б.

Құрылымдық түрде Логикалық элементтер жекеленген (дискретті) құраушылардан немесе интегралдық сұлба (ИС) түріндешала өткізгіш, гибридті, үлдірлі (пленкалы), т.б. орындалуы мүмкін. Қазіргі дербес компьютерлерде жоғары дәрежелі интеграциясы бар ИС-дағы Логикалық элементтер жүйелері қолданылады. Логикалық элементтер компьютерлердің, цифрлық автоматтардың элементтік негізін қалайды.