Е.Н. Малышева

Основы

микроэлектроники

Лабораторный практикум

Тобольск - 2008

УДК 621.3.049.77

ББК 32.844.1

Г 82

Печатается по решению кафедры технологии и технических дисциплин ТГПИ им. Д.И. Менделеева

Грибанова Е.Н. Основы микроэлектроники. Лабораторный практикум: Учебное пособие. – Тобольск: ТГПИ им. Д.И. Менделеева, 2008. – 60 с.

Настоящее учебное пособие рекомендовано студентам педагогических вузов при выполнении лабораторного практикума по основам микроэлектроники.

Рецензент: Новоселов В.И., к.ф.-м. н., доцент кафедры физики и МПФ

© Грибанова Елена Николаевна, 2008

© Тгпи им. Д.И. Менделеева, 2008 Пояснительная записка

Данное учебное пособие выполнено в виде рабочей тетради и предлагается в сопровождение к лабораторному практикуму для студентов педагогических вузов, изучающих основы микроэлектроники. Лабораторный практикум проводится с использованием стенда универсального и посвящен исследованию элементов, узлов и устройств цифровой техники.

Содержание рабочей тетради составляет девять лабораторных работ:

1. Исследование работы основных логических элементов.

2. Исследование работы триггеров.

3. Исследование работы регистров.

4. Исследование работы комбинационных преобразователей кодов.

5. Исследование работы счетчиков.

6. Исследование работы сумматора.

7. Исследование работы арифметическо-логического устройства.

8. Исследование работы оперативного запоминающего устройства.

9. Исследование работы модели ЭВМ.

Каждая работа включает в себя следующие разделы:

• теоретический материал, освоение которого необходимо для выполнения работы;

• описание работы;

• вопросы к зачету данной работы.

Лабораторная работа № 1. Исследование работы основных логических элементов

Цель работы: изучение принципов действия и экспериментальное исследование работы логических элементов.

Общие сведения

Л огические элементы вместе с запоминающими элементами составляют основу вычислительных машин, цифровых измерительных приборов и устройств автоматики. Логические элементы выполняют простейшие логические операции над цифровой информацией. Их создают на базе электронных устройств, работающих в ключевом режиме, который характеризуется двумя состояниями ключа: «Включено» - «Отключено». Поэтому цифровую информацию обычно представляют в двоичной форме, когда сигналы принимают только два значения: «0» (логический нуль) и «1» (логическая единица), соответствующие двум состояниям ключа. Эти два положения (логическая 1 и логический 0) составляют электронный алфавит, или основание двоичного кода.

На вход любого цифрового устройства поступает набор кодовых слов, которые оно преобразует в другие кодовые слова или слово. Кодовые слова на выходе являются некой функцией, для которой входные кодовые слова приходятся аргументом этой функции. Их называют функции алгебры логики.

Логические функции, как и математические, можно записать в виде формулы или таблицы – таблицы истинности, которая приводит все возможные сочетания аргументов и соответствующие им значения логических функций. Устройство, предназначенное для выполнения определенных функций алгебры логики, называется логическим элементом. Рассмотрим некоторые их них.

Логический элемент НЕ

Предназначен для выполнения функции логического отрицания (инверсии). Логическим отрицанием высказывания A называется высказывание X, истинное в том случае, когда А ложно.

A	X
0	1
1	0

Логический элемент ИЛИ

Предназначен для выполнения функции логического сложения (дизъюнкции). Логическим сложением называют такую связь между двумя простыми высказываниями A и B, в результате которой сложное высказывание X ложно лишь в том случае, когда одновременно ложны оба высказывания.

A	B	X
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Логический элемент И

Предназначен для выполнения функции логического умножения (конъюнкции). Логическим умножением называют такую связь между двумя простыми высказываниями A и B, в результате которой сложное высказывание X истинно лишь в том случае, когда одновременно истинны оба высказывания.

A	B	X
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Логический элемент ИЛИ-НЕ

Предназначен для выполнения функции отрицания логического сложения (отрицания дизъюнкции). Отрицание дизъюнкции или функция Пирса осуществляет такую связь между двумя простыми высказываниями A и B, в результате которой сложное высказывание X истинно лишь в том случае, когда одновременно ложны оба высказывания.

A	B	X
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

Логический элемент И-НЕ

Предназначен для выполнения функции отрицания логического умножения (отрицания конъюнкции). Отрицанием умножения или функцией Шеффера называют такую связь между двумя простыми высказываниями A и B, в результате которой сложное высказывание X ложно лишь в том случае, когда одновременно истинны оба высказывания.

A B X 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0

Логический элемент «Исключающее ИЛИ»

Исключающее ИЛИ (сумматор по модулю 2) осуществляет такую связь между двумя простыми высказываниями А и В, в результате которой сложное высказывание X ложно в тех случаях, когда оба высказывания имеют одинаковое значение истинности или ложности.

A	B	X
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0