Руденко Алексей Владимирович Курс : Основы информационной техники ( 2 семестра ) V семестр – экзамен. VI семестр – экзамен. В текущем семестре 2 контрольные работы.
Рекомендуемая литература: Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника : учеб. пособие для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — СПб.: БХВ-Петербург, 2010. — 816 с.: ил. ISBN 978-5-9775-0162-0 Новиков Ю. В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. — М.: Мир, 2001. — 379 е., ил. — (Современная схемотехника ). ISBN 5-03-003449-8 Бабич Н. П., Жуков И. А. Компьютерная схемотехника. Методы построения и проектирования: Учебное пособие. — К.: "МК-Пресс", 2004. —576 е., ил. ISBN 966-96415-2-7 Бойт К. Цифровая электроника Москва: Техносфера, 2007. - 472 с. ISBN 978-5-94836-124-6 Музылева И.В. Элементная база для построения цифровых систем управления Москва: Техносфера, 2006. - 144с. ISBN 5-94836-099-7 ИНТУИТ - Интернет университет Ю.В. Новиков Введение в цифровую схемотехнику http://www.intuit.ru/department/hardware/digs/ И.В. Музылева. Основы цифровой техники | ISBN: 978-5-9556-0123-6 http://www.intuit.ru/department/hardware/basdigtech/
Лабораторный практикум: Руденко А.В., Белоусов П.А., Никитин И.С. Базовые логические элементы и цепи формирования управляющих сигналов устройств ввода-вывода. Лабораторный практикум по курсу «Вычислительная техника». – Обнинск: ИАТЭ, 2007. – 80с Руденко А.В., Белоусов П.А., Никитин И.С. Комбинационная схемотехника. Лабораторный практикум по курсу «Вычислительная техника». – Обнинск: ИАТЭ, 2007. – 80с. Руденко А.В., Белоусов П.А., Поливанов С.Ю. Элементы комбинационной схемотехники. Лабораторный практикум по курсу «Вычислительная техника». – Обнинск ИАТЭ НИЯУ МИФИ, 2011. – 80 с. Руденко А.В., Белоусов П.А., Никитин И.С. Арифметико-логические элементы ЦЭВМ. Лабораторный практикум по курсу «Вычислительная техника». – Обнинск: ИАТЭ, 2011. – 80с
Цифровая электроника Основные понятия Лекция 1
Сигнал — любая физическая величина (например, температура, давление воздуха, интенсивность света, сила тока и т.д.), изменяющаяся со временем. Электрический сигнал — электрическая величина (например, напряжение, ток, мощность), изменяющаяся со временем. Аналоговый сигнал — может принимать любые значения в определенных пределах. Устройства, работающие с аналоговыми сигналами, — аналоговые устройства. Аналоговый сигнал изменяется аналогично физической величине, то есть непрерывно во времени и величине. Цифровой сигнал — может принимать только несколько определённых значения (в большинстве случаев только два). Причём допустимы некоторые отклонения от этих значений. Устройства, работающие с цифровыми сигналами, — цифровые устройства.
Аналоговый сигнал и его искажения шумами и наводками
Несовершенство характеристик элементов аппаратуры; Шумы (слабые хаотические сигналы, вырабатываемые любым электронным компонентом); Наводки, помехи (сигналы, вызываемые внешними электромагнитными полями — радиопередача, трансформаторы, взаимовлияние цепей и т.д.); Старение элементов — изменение внутренних характеристик элементов со временем; Внешние физические воздействия: температура, влажность, давление, вибрация и т.д. Паразитные эффекты (токовые утечки, паразитные ёмкости, индуктивности, сопротивления).
Физическими аналогами цифр 0 и 1 служат сигналы способные принимать два хорошо различимых значения представленных, например, напряжением (или током) высокого или низкого уровня, отсутствием или наличием в заданный момент времени электрического импульса, противоположными по знаку значениями магнитной индукции и т.п. Цифровой сигнал
Цифровой сигнал и его искажения шумами и наводками
Качественная передача на большие расстояния без искажений; Длительное хранение без потерь с возможностью многократного копирования без искажений; Поведение цифровых устройств всегда можно точно рассчитать и предсказать; Цифровые устройства проще проектировать, отлаживать, тестировать, на них меньше сказываются эффекты старения;
Более сложная и многоступенчатая обработка, чем в случае аналоговых сигналов; Принципиально меньшее предельное быстродействие цифровых устройств по сравнению с аналоговыми; Информационная ёмкость цифрового сигнала гораздо меньше, чем аналогового, поэтому для замены одного аналогового сигнала требуется несколько цифровых сигналов (от 4 до 16) — т.е. требуется введение кодирования (математическая обработка); Для связи с реальным миром требуются преобразователи аналоговых сигналов в цифровые (на входе, АЦП) и цифровых сигналов в аналоговые (на выходе, ЦАП); Даже при простом алгоритме обработки непрерывных сигналов цифровые устройства гораздо сложнее аналоговых.
Электронная система – это любой электронный узел, блок, прибор или комплекс производящий обработку (преобразование) информации.
Одиночные цифровые сигналы: Разрешающие/запрещающие сигналы; Сигнализирующие сигналы (флаги); Синхронизирующие сигналы (определяющие момент времени выполнения операции). Сгруппированные (шинные) цифровые сигналы (коды): Коды выборок аналоговых сигналов; Коды адресации устройств (выбора нужного устройства); Коды команд (инструкций); Коды данных.
Задача – это набор функций, выполнение которых требуется от электронной системы; Быстродействие – показатель скорости выполнения поставленной перед электронной системой задачи; Гибкость – способность электронной системы подстраиваться под выполнение различных задач; Избыточность – показатель степени соответствия возможностей системы для решения поставленной перед системой задачи; Интерфейс (сопряжение) – соглашение об обмене информацией или правила обмена информацией, подразумевающие электрическую, логическую и конструктвную совместимость устройств участвующих в обмене.
Понятие схемотехники Аналоговая схемотехника – предназначена для работы с непрерывным представлением обрабатываемого сигнала. Характеризуется максимальным быстродействием, малым потреблением электроэнергии, но, с другой стороны, малой стабильностью параметров, сложностью и дороговизной изготовления, эксплуатации и ремонта. Цифровая схемотехника – предназначена для работы с дискретным представлением обрабатываемого сигнала. Обладает прекрасной повторяемостью рабочих параметров, надёжностью, относительной дешевизной изготовления и эксплуатации. Характеризуется меньшим быстродействием по сравнению с аналоговой схемотехникой.
Устройства с «жёсткой» логикой работы (выходные сигналы в каждый момент жёстко определяются значениями входных сигналов и это соответствие не может быть изменено); Устройства с программируемым алгоритмом работы (соответствие выходных сигналов входным сигналам может быть изменено программой — набором управляющих кодов). Устройства с «жёсткой» логикой быстрее, проще для простых функций, но сложнее в разработке. Устройства с программируемой логикой медленнее, но проще для реализации сложных функций и проще в разработке.
Положительная логика — логической единице соответствует высокий уровень напряжения, логическому нулю — низкий уровень напряжения; Отрицательная логика — логической единице соответствует низкий уровень напряжения, логическому нулю — высокий уровень напряжения. Типы логики Типы логики относятся к кодам (шинам). Одиночные сигналы (импульсы) называются положительными (единичными) или отрицательными (нулевыми).
Основные классы цифровых схем В зависимости от наличия или отсутствия элементов памяти цифровые схемы делятся на два класса: Автоматы без памяти – комбинационные схемы. Автоматы с памятью – последовательностные схемы. В комбинационных схемах выходные сигналы определяются только состоянием (комбинацией) входных сигналов, действующих на рассматриваемом интервале времени. В последовательностных схемах наличие элементов памяти обуславливает зависимость выходных сигналов от входных не только на данном временном интервале, но и в зависимости от предыстории изменения входных сигналов, то есть от последовательности смены входных сигналов в предыдущие моменты времени.
Базовые элементы цифровой электроники
Условно-графическое обозначение цифрового электронного элемента Цифровые элементы, узлы, микросхемы
Корпуса цифровых микросхем Электронный узел
Инвертор (элемент НЕ)
Элементы: И, И-НЕ. Элементы: ИЛИ, ИЛИ-НЕ. Операция дизъюнкции Операция конъюнкции
Действия выполняемые над цифровыми сигналами
Элемент “Исключающее ИЛИ” Управляемый инвертор
Логическая модель. Модель с временными задержками. Модель с учетом электрических эффектов (или электрическая модель).
Slide-Share