2. Способы представления информации в цифровых устройствах. Параметры электрических сигналов. Модель логического элемента. Технические характеристики. Уго по гост и iso.

Природа большинства физических величин такова, что они могут принимать любые значения в каком-то диапазоне (температура, давление, скорость и т.д.) – аналоговые сигналы (непрерывные). Существуют также дискретные сообщения, параметры которых содержат фиксированный набор отдельных значений.

Технологически проще обрабатывать информацию в виде электрических сигналов.

Основные способы представления двоичных цифр:

1. Потенциальный

Разность потенциалов относительно уровня земли (0), 1 – положительная величина, больше заданного граничного значения. Уменьшив диапазон между двумя уровнями напряжения можно:

• увеличить быстродействие

• уменьшить потребление энергии

• уменьшить выделение тепла

Запас помехоустойчивости - определяется как разница между входным и выходным уровнями логического нуля или логической единицы.

Задаются два уровня напряжения. Тут возможны различные подходы. Например, высокому уровню мы можем сопоставить значение "1", а низкому уровню - значение "0". Это будет так называемая положительная логика. Но можно сделать и наоборот. Можно сопоставить низкому уровню напряжения "1", а высокому "0". Это отрицательная логика. Поэтому соотносить "1" и "0" как числа - невозможно; это не числа - это символы алфавита. Возьмём два разных тактовых импульса - в один момент была "1", в другой "0"; а если мы возьмём какой-то промежуточный момент времени, то здесь получился бы уровень напряжения, который находится между уровнем "1" и уровнем "0". С точки зрения двоичной логики - это полная неопределённость. Поэтому при представлении информации в потенциальном виде, всегда нужно задавать коридор напряжений - нижний и верхний уровень напряжения, соответствующий символу "1" и символу "0". А все остальные уровни напряжения, которые выходят за рамки этого коридора, они считаются недопустимыми при использовании двоичного алфавита.

2. Импульсный

Импульс – переход из одного состояния в другое и обратно.

В тактовый момент времени возникает кратковременный импульс - либо импульс тока, либо импульс напряжения. Если в определённые моменты времени (такты) регистрируется импульс - это соответствует сигналу "1"; если импульса нет - это соответствует "0". Такое представление информации соответствует биполярному представлению импульсов - импульсы либо положительной полярности, либо вовсе отсутствуют.

Возможно ещё представление информации в импульсном виде с использованием двухполярных импульсов (импульсов различных полярности): импульс отрицательной полярности соответствует "0", положительной полярности - единице. Это импульсное представление информации при использовании двухполярных импульсов.

T 01 – время перехода из 0 в 1

T 10 – время перехода из 1 в 0

T n- время импульса

Декремент затухания - количественная характеристика быстроты затухания колебаний.

Модель логического элемента

Логический эл-т = функция + tзадержки

F(x0,…,xn) – относится к классу функций алгебры логики (переключательная функция, булева функция).

Технические характеристики:

1. Напряжение входное и выходное - определяется от 0 до 1.

2. Входные и выходные токи - определяют нагрузочные способности этого элемента через коэффициент объединения по входу (сколько элементов можно подключить) и коэффициент разветвления для выходов (сколько логических элементов можно подключить к выходу).

3. Запас помехоустойчивости – разность между потенциалом, определяющим логический сигнал (0/1) и реальным моментом переключения элемента.

4. Потребляемая мощность элемента (Вт).

5. Временные параметры (Т01 и Т10).

УГО элементов ГОСТ:

И

ИЛИ

НЕ

И-НЕ (штрих Шеффера

ИЛИ-НЕ (Стрелка Пирса)

Искл ИЛИ (XOR)

Мультиплексор

Дешифратор

УГО элементов ISO:

And: Or: Not:

Примеры элементов, используемых в Xilinx:

И с тремя входами, два из которых инверсные

ИЛИ с двумя входами, один из которых инверсный

И-НЕ с двумя входами, один из которых инверсный

ИЛИ-НЕ

2-2И-2ИЛИ (SOP4)

1-2И-2ИЛИ (SOP3)