Литература / vorob / Vorob01

ВВЕДЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ     Цифровые устройства в настоящее время широко используются во всех отраслях: связь, телевидение, управление промышленным и бытовым оборудованием, медицина, системы защиты и сигнализации и т. п. Характерной особенностью является использование цифровой техники специалистами различного профиля, подавляющее большинство которых не являются профессионалами в этой области. Большинство просто использует готовые схемы, другие повторяют опубликованные схемы, а часть специалистов пытается самостоятельно разработать аппаратуру, потребительские свойства которой являются сугубо специализированными. Важно отметить, что часто сложность такой разрабатываемой аппаратуры невелика и достаточно знать основы цифровой техники для грамотного самостоятельного проектирования.

    Теоретической базой цифровой техники являются булева алгебра, двоичная арифметика и теория конечных автоматов. Основные функциональные узлы, разработанные на основе этой базы, представлены широкой номенклатурой изделий микроэлектронной техники от простейшего вентиля до микропроцессора. Все эти узлы универсальны и многофункциональны, что часто позволяет использовать их не по прямому назначению.

    Вопросы проектирования цифровой техники отражены в массовой литературе, но, к сожалению, в рамках узкоспециализированных публикаций, трудных для понимания специалистов, для которых цифровая техника не является профилирующей.

    В последнее время число публикаций по схемотехническому проектированию резко сократилось, а потребности в разработках все возрастают. Наибольшие проблемы, возникающие при разработке цифровой аппаратуры, связаны с вопросами синхронизации, логических гонок (состязаний), стыковке различных блоков и т.п.

    Знание основ цифровой техники в настоящее время нужно рассматривать как вопрос элементарной грамотности любого разработчика современной аппаратуры. Основы цифровой техники нетрудно понять и освоить, так как суть их проста, а число важных принципов невелико. Конкретное же число схем, которые могут быть спроектированы на их основе, безгранично.

    Читателям предлагается тематика цикла статей учебного курса, посвященного базовым принципам цифровой техники. В него предлагается включить основы булевой алгебры, двоичной арифметики, вопросы синтеза и анализа комбинационных и последовательностных схем.

    Комбинационные схемы рассматриваются как совокупность следующих групп: базовые логические элементы; коммутационные узлы (ключи, мультиплексоры, селекторы, в том числе многофункциональные, матричные коммутаторы и др.); преобразователи кодов (дешифраторы, шифраторы, приоритетные шифраторы, специализированные преобразователи двоичных кодов); постоянные запоминающие устройства (ПЗУ); арифметические узлы (четвертьсумматоры, полусумматоры, сумматоры, схемы ускоренного переноса, инкременторы, декременторы, цифровые матричные умножители, цифровые компараторы, арифметико-логические устройства (АЛУ), схемы контроля на четность/нечетность и др.). Большое внимание будет уделено рискам сбоя в комбинационных схемах.

    Последовательностные схемы (схемы с памятью) будут представлены совокупностью следующих групп:

триггерные устройства,

регистры,

счетчики,

пересчетные устройства,

многостабильные схемы,

распределители импульсов,

статические и динамические оперативные запоминающие устройства,

конечные автоматы на примере простейших контроллеров.

    Весь цикл будет сопровождаться большим количеством конкретных примеров по рассматриваемой тематике с анализом типичных ошибок, совершаемых при самостоятельном проектировании.