Лекции по курсу «Схемотехника ЭВМ».
5 Семестр. 51 час. Гр. А-7,8,9-.
Специальность «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».
Базируется на дисциплинах:
- Основы теории цепей.
- Электронные цепи ЭВМ и микроэлектроника.
- Арифметические основы ЭВМ.
Продолжением этого курса являются:
- Организация ЭВМ и систем – 6, 7 семестры.
- Запоминающие устройства ЭВМ – 6 семестр.
- Теория проектирования микропроцессорных систем – 7,8 семестры.
- Интерфейсы периферийных устройств.
По всем перечисленным курсам есть:
- лабораторные занятия;
- практические занятия;
- КП и КР по МП-системам и ИПЧ соответственно.
В курсе «Схемотехника ЭВМ» будут рассмотрены:
- базовые элементы микросхем;
- узлы ЭВМ ( иногда их будем называть элементами):
- триггеры
- регистры
- счетчики
- мультиплексоры, демультиплексоры
- компараторы
- шифраторы, дешифраторы
- логические матрицы
- драйверы
- умножители
- сумматоры
- АЛУ и ряд других устройств
Важное примечание.
Внедрение информационных технологий позволяет перевести освоение методов построения цифровых устройств в область программного моделирования элементов и узлов вычислительной техники (применение систем моделирования Micro Cap 5, DesignLab 8, Electronics Workbench и др.).
Однако, без знания физических и логических основ работы элементов, узлов и в целом ЭВМ нельзя обеспечить не только необходимый уровень разработки, но и решать вопросы сервисного обслуживания средств цифровой техники.
Фундаментальные знания схемотехники существенно облегчают проектирование и обслуживание устройств на базе микропроцессоров.
Введение
ЭВМ состоит из множества схем-элементов, объединенных в микросхемы-сборки, изготовленные по особой интегральной технологии. С помощью этих элементов происходит преобразование сигналов, несущих информацию, хранение числовой и логической информации, ее обработку. Типы схем-элементов ЭВМ представлены на Рис.02.
Типы
сигналов, используемых в цифровых
устройствах, изображены на Рис.03
Признаки сигналов:
- потенциальные: их длительность не менее длительности периода Т такта;
- импульсные: длительность сигнала меньше длительности периода такта Т;
- динамические: «1» - представляется серией колебаний, а «0» - их отсутствием, реализуются как правило манипуляцией (частным случаем модуляции) колебаний, например, в модемах при передаче по телефонной линии связи.
Цифровые устройства строятся чаще всего на основе одноэлементных логически полных наборов, реализующих функции Шеффера и Пирса, приведенные на Рис.04
Третьей важной функцией, используемой в цифровых устройствах, является функция сумма по mod 2 от любого числа аргументов, приведенная на Рис.05.
Глава 1. Системы элементов эвм
Схемотехническое построение интегральных микросхем реализуется на основе логических элементов, выполняющих логические функции:
конъюнкцию, дизъюнкцию, инверсию, запоминание и др.
В зависимости от типа системы элементов, отвечающей требованиям функциональной полноты и обеспечивающей реализацию: сложных логических цепей, согласованности уровней входных и выходных сигналов, различают типы интегральных микросхем (ИС):
ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика;
МДП – металл-диэлектрик-полупроводник (иногда называют: МОП – металл-оксид-полупроводник);
КМДП – комплементарные схемы МДП(МОП);
ЭСЛ – эммитерно-связная логика;
ИИЛ(И2Л) – интегрально-инжекционная логика.
В каждой системе есть свой базовый элемент, на основе которого строится множество других логических схем.
Кратко рассмотрим базовые элементы наиболее часто используемых серий ТТЛ, МДП, КМДП.
Потенциальная система элементов ТТЛ.