Введение

Квалификация инженера-системотехника ориентирована на знание как аппаратной части вычислительной техники, так и программного обеспечения. Одной из таких областей является схемотехника. В настоящее время в развитии вычислительной техники устанавливается тенденция превалирования программных средств над аппаратными. Это выражается в том, что настройка и эксплуатация оборудования выполняется в основном программными средствами. Повышение степени интеграции привело к тому, что схемотехника перешла на кристалл, а следовательно разработка и отладка элементов и узлов компьютеров реализуется с помощью специализированных систем автоматизированного проектирования. Все это создает впечатление, что знание принципов построения элементов, из которых состоит тот или иной блок ЭВМ необязательно.

Это мнение ошибочно, так как при сборке, модернизации и настройке вычислительных средств, перед специалистом возникают такие вопросы, как совместимость уровней сигналов, нагрузочная способность, обеспечение питания необходимой мощности, подбор блоков, обеспечивающих оптимальную производительность системы. Все это требует знания организации отдельных блоков на уровне схемотехники. При разработке специализированных вычислительных систем и бортовых ЭВМ для управления объектами, в том числе и устройств железнодорожной автоматики, знания схемотехники обязательны.

В освоении схемотехники можно выделить три основных этапа:

- освоение базовых принципов расчета транзисторных ключей и режимов их работы;

- построение логических вентилей на транзисторных ключах;

- построение из набора логических вентилей схем, выполняющие функции хранения информации, различные арифметические операции над числами в двоичных кодах.

В данное учебное пособие входит материал, охватывающий первые два этапа схемотехники ЭВМ.

1. Параметры цифровых сигналов и элементов

1.1. Способы представления цифровой информации

Наиболее распространенными являются три способа представления цифровой информации электрическими сигналами: статическое, динамическое и кодирование состояния выхода.

При статическом представлении выделяется два различных уровня сигнала. Одному уровню присваивается значение логической “1”, а другому присваивается значение логического “0” (рис.1.1,а). Существуют различные варианты присваивания уровням логических значений. Если более положительный уровень определяется как логическая «1», то такое представление называется положительной логикой, в противном случае – это отрицательная логика (рис. 1.1,б). На практике используются оба способа представления. При этом, наибольшее распространение получили варианты, в которых единичное значение по модулю больше нулевого.

Рис. 1.1. Статическое представление цифровой информации.

Второй тип представления – динамический. При таком представлении информации, в сигнале фиксируется момент смены уровня с низкого на высокий и наоборот. На рис. 1.2,а показан вариант динамического представления, в котором смена уровня с низкого на высокий представляется как «1», а все остальные как «0», а на рис. 1.2,б смена уровня с высокого на низкий представляется как «1», а все остальные как «0». На рис. 1.2,в приведены варианты обозначения входов логических схем с динамическим представлением.

Рис. 1.2. Динамическое представление цифровой информации.

Третий тип представления цифровой информации определяется состоянием выходов элементов. Если выход – коллектор транзистора или контакты реле, то одному из состояний транзистора или реле ставится в соответствие «0» (транзистор открыт, контакты замкнуты), другому – «1».

В дальнейшем рассматривается только статическое представление информации.