60.1.Основные характеристики и параметры интегральных логических элементов. Виды интегральных схем по функциональному назначению.

Логические элементы бывают:

Логический элемент ИЛИ. Логический элемент ИЛИ имеет несколько входов и один общий выход. Выполняет операцию логического сложения (дизъюнкция).

Логический элемент И. Логический элемент И также имеет несколько входов и один выход. Логический элементИвыполняет операцию логического умножения (конъюнкции)

Логический элемент НЕ. Логический элементНЕимеет один вход и один выход.ЭлементНЕвыполняет операцию инверсии (отрицания), в связи с чем его часто называют логическим инвертором.

Логический элемент ИЛИ—НЕ. Он объединяет элементы ИЛИ и НЕ c очередностью проведения операций, сначала ИЛИ, затем НЕ. В связи с этим входным сигналам, равным единице, соответствует логический "0" на выходе, а при нулевых сигналах на всех входах F = 1.

Логический элемент И - НЕ.Логической "1" на всех информационных входах соответствует логический "0" на выходе элемента. При логическом "0" на одном из входов создается логическая "1" на выходе.

Параметры логических элементов.К основным параметрам логических элементов (логических микросхем) относятся:

а)функциональные возможности элемента;

б)быстродействие;

в)потребляемая мощность;

д)помехоустойчивость.

Функциональные возможностилогического элемента определяются коэффициентом разветвленияппо выходу и коэффициентом объединениятпо входу.

Под коэффициентом разветвленияnлогического элемента понимают количество входов аналогичных элементов, которое может быть подключено к его выходу, а под коэффициентом объединенияm - число входов, которое может иметь элемент.

Быстродействие характеризует время реакции логического элемента на изменение сигналов на входах.

Показателем быстродействия логических микросхем является среднее время задержки прохождения сигнала через элемент:

t_зс = (t_з⁺ + t_з^-)/2 , (4)

где t_з⁺ - задержка переключения из состояния "0" в состояние "1";

t_з^- - задержка переключения из состояния "1" в состояние "0".

Существенным параметром логических элементов является потребляемая мощностьот источника питания. В зависимости от типа и серии, мощность, потребляемая логической микросхемой, составляет примерно 1,5 Вт - 1 мкВт. Ее обычно определяют по средней мощности,потребляемой элементом в состояниях "0" и "1".

Помехоустойчивость характеризует меру невосприимчивости логических элементов к изменению своих состояний под воздействием напряжения помех.

Помехи, действующие на входе логической микросхемы, подразделяются на статические и импульсные(статическая и импульсная помехоустойчивость).

Импульсные помехиобуславливаются различными наводками от соседних работающих установок.

Статическиминазывают помехи, напряжение которых остается постоянным в течение времени, значительно превышающего длительность переходных процессов в схеме.

Виды интегральных схем по функциональному назначению

Интегральная микросхема может обладать законченным, сколь угодно сложным, функционалом — вплоть до целого микрокомпьютера (однокристальный микрокомпьютер).

Аналоговые схемы

2. Операционные усилители.

3. Компараторы.

4. Генераторы сигналов.

5. Фильтры (в том числе на пьезоэффекте).

6. Аналоговые умножители.

7. Аналоговые аттенюаторы и регулируемые усилители

8. Стабилизаторы источников питания: стабилизаторы напряжения и тока.

9. Микросхемы управления импульсных блоков питания,

10. Преобразователи сигналов.

11. Схемы синхронизации.

12. Различные датчики (температуры и др.)

Цифровые схемы

3. Логические элементы

4. Триггеры

5. Счётчики

6. Регистры

7. Буферные преобразователи

8. Шифраторы

9. Дешифраторы

10. Цифровой компаратор

11. Мультиплексоры

12. Демультиплексоры

13. Сумматоры

14. Полусумматоры

15. Ключи

16. АЛУ

17. Микроконтроллеры

18. (Микро)процессоры (в том числе ЦП для компьютеров)

19. Однокристальные микрокомпьютеры

20. Микросхемы и модули памяти

21. ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы)

Цифровые интегральные микросхемы имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми:

4. Уменьшенное энергопотребление связано с применением в цифровой электронике импульсных электрических сигналов. При получении и преобразовании таких сигналов активные элементы электронных устройств (транзисторов) работают в «ключевом» режиме, то есть транзистор либо «открыт» — что соответствует сигналу высокого уровня (1), либо «закрыт» — (0), в первом случае на транзисторе нет падения напряжения, во втором — через него не идёт ток. В обоих случаях энергопотребление близко к 0, в отличие от аналоговых устройств, в которых большую часть времени транзисторы находятся в промежуточном (резистивном) состоянии.

5. Высокая помехоустойчивость цифровых устройств связана с большим отличием сигналов высокого (например, 2,5-5 В) и низкого (0-0,5 В) уровня. Ошибка возможна при таких помехах, когда высокий уровень воспринимается как низкий и наоборот, что маловероятно. Кроме того, в цифровых устройствах возможно применение специальных кодов, позволяющих исправлять ошибки.

6. Большое отличие сигналов высокого и низкого уровня и достаточно широкий интервал их допустимых изменений делает цифровую технику нечувствительной к неизбежному в интегральной технологии разбросу параметров элементов, избавляет от необходимости подбора и настройки цифровых устройств.

Аналогово-цифровые схемы

2. цифро-аналоговые (ЦАП) и аналогово-цифровые преобразователи (АЦП).

3. Цифровые вычислительные синтезаторы (ЦВС).

4. Трансиверы (например, преобразователь интерфейса Ethernet).

5. Модуляторы и демодуляторы.

1. Радиомодемы

2. Декодеры телетекста, УКВ-радио-текста

3. Трансиверы Fast Ethernet и оптических линий

4. Dial-Up модемы

5. Приёмники цифрового ТВ

6. Сенсор оптической мыши

3. Преобразователи напряжения питания и другие устройства на переключаемых конденсаторах

4. Цифровые аттенюаторы.

5. Схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с последовательным интерфейсом.

6. Коммутаторы.

7. Генераторы и восстановители частоты тактовой синхронизации

8. Базовые матричные кристаллы (БМК): содержит как аналоговые, так и цифровые первичные элементы.

2. Мировая информационная среда. Поисковые системы Internet.

Internet - глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь мир. Сегодня Internet имеет около 15 миллионов абонентов в более чем 150 странах мира. Ежемесячно размер сети увеличивается на 7-10%. Internet образует как бы ядро, обеспечивающее связь различных информационных сетей, принадлежащих различным учреждениям во всем мире, одна с другой.

Если ранее сеть использовалась исключительно в качестве среды передачи файлов и сообщений электронной почты, то сегодня решаются более сложные задачи распределеного доступа к ресурсам. Около двух лет назад были созданы оболочки, поддерживающие функции сетевого поиска и доступа к распределенным информационным ресурсам, электронным архивам.

Internet, служившая когда-то исключительно исследовательским и учебным группам, чьи интересы простирались вплоть до доступа к суперкомпьютерам, становится все более популярной в деловом мире.

Компании соблазняют быстрота, дешевая глобальная связь, удобство для проведения совместных работ, доступные программы, уникальная база данных сети Internet. Они рассматривают глобальную сеть как дополнение к своим собственным локальной сетям.

Фактически Internet состоит из множества локальных и региональных сетей, принадлежащих различным компаниям и предприятиям, связанных между собой различными линиями связи. Internet можно представить себе в виде мозаики сложенной из небольших сетей разной величины, которые активно взаимодействуют одна с другой, пересылая файлы, сообщения и т.п.

Кроме того Internet предоставляет уникальные возможности дешевой, надежной и конфиденциальной глобальной связи по всему миру.

Internet и информационная безопасность несовместны по самой природе Internet. Она родилась как чисто корпоративная сеть, однако, в настоящее время с помощью единого стека протоколов TCP/IP и единого адресного пространства объединяет не только корпоративные и ведомственные сети (образовательные, государственные, коммерческие, военные и т.д.), являющиеся, по определению, сетями с ограниченным доступом, но и рядовых пользователей, которые имеют возможность получить прямой доступ в Internet со своих домашних компьютеров с помощью модемов и телефонной сети общего пользования.

Платой за пользование Internet является всеобщее снижение информационной безопасности, поэтому для предотвращения несанкционированного доступа к своим компьютерам все корпоративные и ведомственные сети, а также предприятия, использующие технологию intranet, ставят фильтры (fire-wall) между внутренней сетью и Internet, что фактически означает выход из единого адресного пространства. Еще большую безопасность даст отход от протокола TCP/IP и доступ в Internet через шлюзы.