Курсач / Курсовая работа. 20 вариант. Сейткалиев Диас.ИС-16-1п
.pdf
искусственных линий задержки с сосредоточенными параметрами, создания магнитных полей, датчиков перемещений и так далее.
Рисунок – 3.3 Катушка индуктивности (дроссель) на материнской плате компьютера
Транзистор
Транзистор (англ. transistor), полупроводниковый триод радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. В настоящее время транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных устройств и интегральных микросхем. Транзисторами также называются дискретные электронные приборы, которые, выполняя функцию одиночного транзистора, имеют в своем составе много элементов, конструктивно являясь интегральной схемой, например составной транзистор или многие транзисторы большой мощности.
11
Рисунок – 3.4 Дискретные транзисторы в различном конструктивном оформлении
Микросхема
Интегральная (микро)схема (ИС, ИМС, м/сх), микросхема, чип (англ. chip — тонкая пластинка — первоначально термин относился к пластинке кристалла микросхемы) — микроэлектронное устройство — электронная схема произвольной сложности (кристалл), изготовленная на полупроводниковой подложке (пластине или плёнке) и помещённая в неразборный корпус или без такового, в случае вхождения в состав микросборки.
Большая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа.
Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) — ИС, заключённую в корпус. В то же время выражение чип-компоненты означает «компоненты для поверхностного монтажа» (в отличие от компонентов для пайки в отверстия на плате).
Рисунок – 3.5 Фотография микросхемы
12
Процессор
Центральный процессор (ЦП; также центральное процессорное устройство — ЦПУ; англ. central processing unit, CPU, дословно — центральное обрабатывающее устройство) — электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.
Изначально термин центральное процессорное устройство описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров, он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры по отношению к компьютерным системам было положено в 1960-е годы. Устройство, архитектура и реализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемые функции остались теми же, что и прежде.
Главными характеристиками ЦПУ являются: тактовая частота, производительность, энергопотребление, нормы литографического процесса, используемого при производстве (для микропроцессоров) и архитектура.
Рисунок – 3.6 Intel Core i7 2600K Socket LGA1155, вид сверху,
термораспределительная защитная крышка и текстолитовая платформа
Микроконтроллер
Микроконтроллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами.
Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути,
13
это однокристальный компьютер, способный выполнять относительно простые задачи.
Отличается от микропроцессора интегрированными в микросхему устройствами ввода-вывода, таймерами и другими периферийными устройствами.
Рисунок – 3.7 Микроконтроллер
14
3.2 Элементы логики
Выполняющие простейшие логические операции: операция логического умножения и логического сложения. Такие элементы называются логические элементы И (AND) и логический элемент ИЛИ (OR). Данные логические элементы объединяет то, что они имеют несколько равноправных входов (от 2 до 12), а выход всего один. На выходе сигнал соответствует комбинации сигналов на входе, над которыми выполнена соответствующая функция. Ниже показано условное графическое обозначение элементов И и ИЛИ.
Рисунок – 3.8 Обозначение элементов И и ИЛИ: слева логический элемент И и ИЛИ (DIN); справа логический элемент И и ИЛИ (ANSI).
Кроме многочисленных логических элементов И и ИЛИ существуют такие логические элементы, которые на выходе инвертируют сигнал. К названию таких элементов добавляется в конце частичка НЕ, то есть элемент И с инверсией сигнала на выходе называется И-НЕ (NAND), а элемент ИЛИ соответственно ИЛИ-НЕ (NOR). Ниже показано условное графическое обозначение элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ.
Рисунок – 3.9 Обозначение элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ: слева логический элемент И-НЕ и ИЛИ-НЕ (DIN); справа логический элемент И-НЕ и ИЛИ-НЕ
(ANSI).
15
Как указывалось выше, данные элементы имеют несколько равноправных входов, поэтому для чёткого распознавания логических элементов с разным количеством входов перед названием логического элемента ставят число которое соответствует количеству входов логического элемента. Например, обозначение двухвходового элемента И с инверсией на выходе будет иметь обозначение 2И-НЕ, а пятивходового элемента выполняющего функцию ИЛИ с инверсией – 5ИЛИ-НЕ.
Как известно для каждого логического элемента выполняющего соответственную функцию существует своя таблица истинности.
Ниже приведена сводная таблица истинности для двухвходовых логических элементов И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ.
Таблица 3
|
Сигналы на входе |
|
Сигналы на выходе |
|||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
И |
И-НЕ |
ИЛИ |
ИЛИ-НЕ |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
Логический элемент НЕ (Hex Inverters)
Схема «НЕ» (инвертор) реализует операцию отрицания. На рисунке 3.10 изображено условно-графическое обозначение элемента «НЕ». В таблице 3.1 представлена таблица истинности для данного элемента.
Рисунок 3.10 – Условно-графическое обозначение элемента «НЕ» Таблица 3.1 Таблица истинности элемента «НЕ»
X |
̅ |
X |
|
1 |
0 |
|
|
0 |
1 |
|
|
16
Логический элемент «И»
Схема «И» реализует конъюнкцию (логическое умножение) двух или более логических значений. На рисунке 3.1.2 изображено условно-графическое обозначение элемента «И». В таблице 3.1.2 представлена таблица истинности для данного элемента.
Рисунок 3.11 – Условно-графическое обозначение элемента «И» Таблица 3.2 – истинности элемента «И»
X |
Y |
X Y |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
|
1 |
1 |
1 |
Единица на выходе схемы «И» будет тогда и только тогда, когда на всех входах будут единицы. Когда хотя бы на одном входе будет нуль, на выходе также будет нуль.
Связь между выходом z этой схемы и входами х и у описывается соотношением z = х у (читается как «х и у»).
Операция конъюнкции на функциональных схемах обозначается знаком & (читается как «амперсанд»), являющимся сокращенной записью английского слова and.
Логический элемент «ИЛИ»
Схема «ИЛИ» реализует дизъюнкцию (логическое сложение) двух или более логических значений. На рисунке 3.12 изображено условно-графическое обозначение элемента «ИЛИ». В таблице 3.2 представлена таблица истинности для данного элемента.
17
Рисунок 3.12 – Условно-графическое обозначение элемента «ИЛИ» Таблица 3.3 – истинности элемента «ИЛИ»
X |
Y |
X ˅ Y |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
|
1 |
0 |
1 |
|
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
|
Когда хотя бы на одном входе схемы «ИЛИ» будет единица, на ее выходе также будет единица.
Знак «1» на схеме — от устаревшего обозначения дизъюнкции как «>=1» (т.е. значение дизъюнкции равно единице, если сумма значений операндов больше или равна 1). Связь между выходом z этой схемы и входами х и у описывается соотношением z = х ˅ у.
Логический элемент «Исключающее ИЛИ»
Логический элемент Исключающее ИЛИ, как и ранее рассмотренные логические элементы имеет несколько равноправных входов и один выход, но не один из входных выводов не может заблокировать другие входы, установив выходной сигнал к уровню единицы или нуля. Исходя из сказанного, можно установить логику работы элемента Исключающее ИЛИ: высокий логический уровень на выходе появляется только тогда, когда только на одном из входов есть высокий уровень, а если на всех входах одновременно присутствуют сигналы логического нуля или логической единицы, то на выходе буде низкий уровень напряжения.
Так же как и все остальные логические элементы элемент Исключающее ИЛИ может иметь инверсию на выходе, такой элемент называют Исключающее ИЛИ-НЕ. Логика работы такого элемента следующая: высокий уровень на выходе логического элемента Исключающее ИЛИ-НЕ появиться только в том случае, когда на всех входах одновременно присутствует сигналы лог. 0 или логическую 1. Таким образом таблица истинности логических элементов
Исключающее ИЛИ и Исключающее ИЛИ-НЕ будет иметь следующий
вид:
18
Таблица 3.4
Входные выводы |
Тип логического элемента |
|||
|
|
|
|
|
1 |
|
Исключающее ИЛИ |
Исключающее ИЛИ-НЕ |
|
2 |
||||
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
Элементы Исключающее ИЛИ из-за своего специфического функционала не имеют широкого применения, поэтому отдельных суффиксов в их обозначении не присутствует, они в основном входят в серию ЛП.
Рисунок 3.12– Условное графическое обозначение элементов Исключающее ИЛИ: DIN (слева) и ANSI (справа)
19
3.3 Таблица истинности
Таблица истинности — это таблица, которая описывает логическую функцию. Логическая функция здесь — это функция, у которой значения переменных и значение самой функции выражают истинность. Например, они принимают значения «истина» либо «ложь» (true либо false, 1 либо 0). Таблицы истинности применяются для определения значения какого-либо высказывания для всех возможных случаев значений истинности высказываний, которые его составляют. Количество всех существующих комбинаций в таблице находится по формуле N=2*n; где N - общее количество возможных комбинаций, n - число входных переменных. Таблицы истинности нередко используются в цифровой технике и булевой алгебре, чтобы описать работу логических схем.
Таблица 3.5 Пример выполнения логических операций с помощью таблицы
истинности
20