Аппаратное обеспечение вычислительной техники
1. Что такое логический вентиль? Как создать логический вентиль из аппаратных средств? Приведите пример.
Логический вентиль — это базовый элемент цифровой электроники, выполняющий логическую операцию.
Пример — логический вентиль "И". Для формирования элемента "И" было необходимо использовать четыре транзистора, которые были объединены попарно в последовательную связь: два транзистора типа P (с кружочком) и два транзистора типа N, соединенных с землей и питанием соответственно.
2. Что такое КМОП логика? В чем ее особенность? Соберите логические вентили (И, ИЛИ, НЕ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ) на КМОП логике.
КМОП логика (Комплементарная металл-оксид-полупроводник) представляет собой технологию изготовления интегральных схем, с помощью комплементарных транзисторов (N-канальных и P-канальных)
Особенности КМОП логики:
Комплементарность (элементы дополняют друг друга)
Низкое энергопотребление
Высокая скорость работы
Логические вентили (И, ИЛИ, НЕ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ)
3. Какие типы транзисторов существуют? В чем их разница и особенности? Принцип работы МОП-транзистора p-типа и n-типа? Что означает p-тип и n-тип транзистора?
Типы транзисторов:
P-тип: Заряд положительный, ток протекает при отрицательном напряжении на воротах.
N-тип: Заряд отрицательный, ток протекает при положительном напряжении на воротах.
Принцип работы:
P-тип транзистор: Протекание тока от истока к стоку при отрицательном напряжении на воротах.
N-тип транзистор: Протекание тока от истока к стоку при положительном напряжении на воротах.
Значение:
n-типа — носителями зарядов являются электроны.
p-типа — носители зарядов – положительно заряженные «дырки».
4. Что такое реле? Принцип работы реле? В чем сходства и различия между реле и транзистором? Как собираются логические вентили (И, ИЛИ, НЕ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ) на реле?
Реле — это устройство, которое управляет электрическими сигналами с помощью магнитного поля, создаваемого электромагнитной катушкой.
Принцип работы: Контакты реле переключаются под воздействием этого поля, открывая или закрывая электрические цепи.
Сходства с транзистором: Используются для управления сигналами.
Различия:
Реле - электромеханическое, транзистор - полупроводниковое устройство.
Реле для высоких токов, транзисторы для малых токов.
Транзисторы компактнее и быстрее.
Логические вентили на реле могут быть собраны следующим образом:
Логическое И (AND): подключите два реле последовательно.
Логическое ИЛИ (OR): подключите два реле параллельно.
Логическое НЕ (NOT): Используйте одно реле и подключите его так, чтобы активация реле приводила к разрыву цепи.
Логическое ИЛИ-НЕ (NOR): сначала создайте логическое ИЛИ, затем добавьте реле для инверсии сигнала/ подключите два нормально замкнутых реле последовательно.
Логическое И-НЕ (NAND): сначала создайте логическое И, затем добавьте реле для инверсии сигнала/ подключите два нормально замкнутых реле параллельно.
5. Что такое электронные компоненты? Какие основные электронные компоненты вы знаете? Где и как они применяются? Что такое интегральная схема?
Электронные компоненты — это базовые элементы, из которых строятся электронные системы. Они выполняют различные функции, такие как усиление сигналов, фильтрация, коммутация и хранение данных в электрических цепях.
Основные электронные компоненты:
Резисторы: ограничивают ток. Везде, где нужно управлять электрическим током.
Конденсаторы: хранят и высвобождают электрическую энергию, фильтруют сигналы. Применяются в блоках питания, фильтрах и других устройствах.
Катушки индуктивности: создают магнитное поле при прохождении тока, используются в фильтрах и индуктивных устройствах.
Диоды: передают ток только в одном направлении. Используются в выпрямителях, светодиодах.
Транзисторы: управляют током и напряжением, используются для усиления сигналов, создания логических элементов.
Операционные усилители: усиливают сигналы в электрических цепях.
Микросхемы (Интегральные схемы): являются элементной базой всех современных радиоэлектронных устройств, устройств вычислительной техники, информационных и телекоммуникационных систем.
Реле — это устройство, которое управляет электрическими сигналами с помощью магнитного поля, создаваемого электромагнитной катушкой. Может применяться для различных функций, таких как защита, управление и автоматизация в различных устройствах.
Интегральная схема — функционально законченное микроэлектронное изделие, представляющее собой совокупность электрически связанных между собой элементов (транзисторов и др.), сформированных в полупроводниковой монокристаллической пластине.
6. Что такое сигнал? Какие виды физических сигналов вы знаете? В чем разница между аналоговым, дискретным и цифровым сигналом? Что такое дискретизация сигнала? Что означает период дискретизации сигнала? Что такое квантование сигнала? Как период дискретизации и квантования сигнала связан с точностью сигнала?
Сигнал — это физическая величина, представляющая изменение во времени, передаваемое через электрические, звуковые или оптические системы.
Виды сигналов:
Электрические (носитель информации - изменяющиеся во времени ток или напряжение в электрической цепи)
Магнитные
Тепловые
Сигналы ионизирующих излучений
Оптические/световые
Акустические (звуковые)
Типы сигналов:
Аналоговый: непрерывное изменение во времени. Пример - звуковая волна.
Дискретный: прерывистый сигнал, принимающий отдельные значения в определенные моменты. Пример – код Морзе.
Цифровой: можно представить в виде последовательности дискретных (цифровых) значений. Пример – цифровая аудиозапись.
Дискретизация сигнала — превращение аналогового сигнала в дискретный, то есть в последовательность отдельных значений.
Период дискретизации — интервал времени между отсчетами сигнала. Чем меньше период дискретизации, тем более детализированным будет представление сигнала.
Квантование сигнала — это превращение непрерывного диапазона значений амплитуды в ограниченный набор дискретных уровней.
Связь с точностью сигнала:
Меньший период дискретизации и меньший шаг квантования: более точное представление сигнала.
7. Что такое цифровой сигнал? Как он выглядит? Что такое передний фронт сигнала? Что такое задний фронт сигнала? Что такое верхний уровень сигнала? Что такое нижний уровень сигнала? Что такое помехи и как они влияют на сигнал?
Цифровой сигнал — сигнал, который можно представить в виде последовательности дискретных (цифровых) значений.
Внешний вид: Последовательность дискретных уровней, как лестница.
Передний фронт — переход с низкого уровня к высокому.
Задний фронт — переход с высокого уровня к низкому.
Верхний уровень — высокий уровень напряжения.
Нижний уровень — низкий уровень напряжения.
Помехи — внешние воздействия, могут искажать сигнал, вызывая ошибки.
8. Опишите принцип передачи сигнала? Что такое передатчик, приемник? Что такое канал передачи, приведите примеры канала передачи? Что означает кодирование и декодирование сигнала? Что такое кодировка и язык кодировки?
Принцип передачи сигнала
Источник: генерирует сигнал.
Передатчик: преобразует сигнал для передачи.
Канал передачи: среда передачи (провод, радиоволны).
Приемник: принимает сигнал от канала и декодирует его.
Получатель: получает сигнал.
Передатчик переводит информацию в передаваемую форму.
Приемник получает и восстанавливает информацию.
Канал передачи — среда передачи сигнала.
Проводной: кабель, витая пара.
Беспроводной: радиоволны, инфракрасное излучение.
Кодирование — представление информации для передачи (бинарный код, например).
Декодирование — обратное преобразование.
Кодировка — представление символов в виде битов.
Язык кодировки — набор правил для соответствия символов и их кодов (например, UTF-8).