1)Модели систем и параметры логических элементов.

Операции надо логическими 0 и 1 реализуются логическими элементами в соответствии с формулами алгебры логики. Одни и те же преобразования логических элечентов можно задавать в разных базисах: и, или ,не(булев базис), и-не, или-не. Быстродействие зависит от задержек сигналов в логических элементах и линиях связей между ними. Важнейшие статические параметры: 4 значения напряжения; и токов. Значения напряжений задают границы отображения 0 и 1 на входе и выходе элемента. Для нормальной работы нужно что бы значение напряжения для 1 было достаточно высоко, а для 0 достаточно низкое. Четыре значения токов в обоих логических состояниях. При высоком уровне выходного напряжения их элемента-источника вытекает ток, цепи нагрузки его поглощают, при низком уровне ток втекает в элемент, а из выходных цепей элементов-приёмников токи вытекают. Быстродействие элемента определяется скоростью перехода из одного состояния в другое и задержками сигналов. Также на быстродействие влияют ёмкости, на перезарядку которых также требуется время. Элементы с тремя состояниями кроме 0 и 1 имеют ещё состояние "отключено",в котором ток выходной цепи очень мал. В это состояние элемент приводится специальным сигналом, поступающим на вход страбирования, ни он есть не во всех элементах. При разработке ЦУ требуется оценивать мощности их потребления, чтобы сформулировать требования к источникам питания и конструкции теплоотвода. При этом суммируются мощности, рассеиваемые логическими и дру гимн элементами схемы, а также межсоединениями. Мощности, потребляемые элементами, делят на статические и динамиче­ские Статическая мощность потребляется элементом, который не лерекпю- чается. При переключении потребляется дополнительно динамическая. При переключении потребляется дополнительно динамическая

мощность, которая пропорциональна частоте переключения элемента. Таким образом, полная мощность зависит от частоты переключении элемента, что и следует учитывать при ее подсчете.

2)Типы выходных каскадов цифровых элементов и узлов.

Цифровые элементы (логические, запоминающие, буферные) могут иметь выходы следующих типов: логические, с открытым коллектором (стоком), с третьим состоянием, с открытым эмиттером (истоком).Наличие четырех типов выходов объясняется различными условиями работы элементов в логических цепях, в магистралью-модульнмх микропроцессор­ных системах и т. д. Логический выход формирует два уровня выходного напряжения (U0, и U1,). Выходное сопротивление логического выхода стремятся сделать малым, способным развивать большие токи для перезаряда емкостных нагрузок и, следовательно, получения высокого быстродействия элемента Такой тип выхода имеют большинство логических элементов, используемых в комби­национных цепях. Схемы логических выходов элементов ТТЛ(Ш) и KMOI1 подобны двухтакт­ным каскадам — в них оба фронта выходного напряжения формируются с участием активных транзисторов, работающих противофазно что обеспечи­вает малые выходные сопротивления при любом направлении переключения выхода. Особенность таких выходов состоит в том, что их нельзя соединять параллельно. Во-первых, это создает логическую неопределённость, т. к. в точке соединения выхода, формирующего логическую единицу, и выхода, форми­рующего логический нудь, не будет нормального результата. Во-вторых, при соединении выходов, находящихся в различных логических состояниях, возникло бы их "противоборство", Вследствие малых величин выходных со­противлений уравнительный ток при этом может достигать достаточно большой величины, что может вывести из строя электрические элементы выходной цепи. Вторая особенность логического выхода двухтактного типа связана с протеканием через оба транзистора коротких импульсов тока при переключениях из одного логического состояния в другое. Эти токи протекают от источни­ка питания на общую точку ("землю"). В статических состояниях таких то­ков 6ыть не может, т. к. транзисторы работают в противофазе, и один из них всегда заперт. Однако в переходном процессе из за некоторой несинхронности переключения транзисторов возникает кратковременная ситуация, в которой проводят оба транзистора, что и порождает короткий импульс сквозного тока значительной величины. Элементы с тремя состояниями выхода (типа ТС) кроме логических со­стояний 0 и 1 имеют состояние "отключено", в котором ток выходной не пи пренебрежимо мал. В это состояние (третье) элемент переводится спе­циальным управляющим сигналом, обеспечивающим таперше состояние обоих транзисторов выходного каскада (Т1 и Т2 на рис 1.3, я). Сигнал управления элементом типа ТС обычно обозначается как ОЕ (Output Enable). При наличии разрешения (ОЕ - 1) элемент работает как обычно, выполняя свою логическую операцию, а при его отсутствии (ОЕ ^— 0) ие- реходит в состояние "отключено". В ЦУ широко используются буферные элементы типа ТС для управляемой передачи сигналов по тем или иным линиям. Буферы могут быть неинвертируюшкми или инвертирующими, а сигналы ОЕ — Н-активными или L-активными, что ведет к наличию че­тырех типов буферных каскадов.

Выход с открытым коллектором

Элементы с открытым коллектором имеют выходную цепь, заканчиваю­щуюся одиночным транзистором, коллектор которого не соединен с каки­ми-либо цепями внутри микросхемы {рис. 1.5, а). Транзистор управляется от предыдущей части схемы элемента так. что может находиться в насы­щенном иди запертом состоянии. Насыщенное состояние трактуется как отображение логического нуля, запертое — единицы. Выход с открытым эмиттером

Выход с открытым эмиттером характерен для элементов типа ЭСЛ Для ра­боты на магистраль такие элементы не используются Возможность соеди­нять друг с другом выходы с открытым эмиттером при объединении эмитерных резисторов в один общий резистор приводит к схеме рис. 1.7. иногда называемой "эмиттерный дог и используемой при построении логических схем для получения дополнительной операции монтажной логики. Элемен­ты ЭСЛ имеют противофазные выходы, на одном из которых реализуется функция ИЛИ, на другом — ИЛИ-НЕ. Соединяя прямые выходы несколь­ких элементов, получают расширение по ИЛИ (входные переменные соели няемык элементов образую; единую дизъюнкцию). Соединяя инверсные выходы, получают операцию И - ИЛИ относительно инверсий входных переменных, т. к. при этом соединяя прямой выход с инверсным, можно получить функцию вида