Коэффициент разветвления по выходу

Коэффициент разветвления по выходу (коэффициент нагрузки) К_раз характеризует нагрузочную способность микросхемы. Этот параметр определяет максимальное число входов элементов данной серии, которым можно нагружать выходы микросхемы ее нормального функционирования.

Коэффициент объединения по входу К_об

Коэффициент объединения по входу К_об определяет число логических входов, которые имеет микросхема. Для простейших логических элементов это число равноценных входов по И либо ИЛИ. Логические элементы массового производства выпускаются с 2,3,4 и 8 входами. Когда возникает надобность в большем числе входов, применяют специальные микросхемы – расширители (экспандеры) либо используют несколько однотипных логических элементов, которые соединяют с учетом законов булевой алгебры. Более сложные устройства содержат и другие входы: адресные, установочные, разрешающие, входы синхронизации и т.д. По отношению к предыдущим каскадам каждый такой вход обычно представляет такую же нагрузку, как и логические (информационные) входы.

Помехоустойчивость

Помехоустойчивость определяет допустимое напряжение помех на входах микросхемы, при которых еще осуществляется нормальное функционирование. В общем случае это параметр оценивается по нескольким показателям.

В зависимости от продолжительности помехи различают статическую и динамическую помехоустойчивость. Статическую помехоустойчивость связывают с помехами, длительность которых больше времени переходных процессов, а динамическую – с кратковременными помехами. Для обоих видов помехоустойчивости может учитываться воздействие напряжения низкого и высокого уровней. Статической помехоустойчивостью по низкому уровню считают разность

U⁰_пом=çU⁰_{вых max} – U⁰_{вх max} ç, где

U⁰_{вых max} – максимально допустимое напряжение низкого уровня на выходе нагруженной микросхемы;

U⁰_{вх max} - максимальное допустимое напряжение низкого уровня на входе нагруженной микросхемы.

Помехоустойчивость по высокому уровню определяют как

U¹_пом=çU¹_{вых min} –U¹_{вх min}ç, где

U¹_{вых min} – минимальное напряжение высокого уровня на выходе нагруженной микросхемы;

U¹_{вх min} – минимально допустимое напряжение высокого уровня на нагруженном входе.

Статическая помехоустойчивость служит основным показателем защищенности микросхем от помех. В справочниках приводят одну величину, U⁰_пом или U¹_пом, ту, что меньше.

Динамическая помехоустойчивость выше статической и в справочных данных не указывается.

Мощность потребляемая ИМС от источника питания

Мощность потребляемая ИМС от источника питания – э то мощность различна для двух логических состояний, поэтому пользуются понятием средней мощности P_cp потребляемой ИМС во включенном м выключенном состояниях

P_пот.ср=0,5(Р⁰_пот+Р¹_пот), где

Р⁰_пот – мощность потребляемая при входном состоянии «0»;

Р¹_пот – мощность потребляемая при входном состоянии «1».

Напряжение питания

В таблице 4 представлены напряжения питания ИМС различных логик и серий.

Таблица 4 - Напряжения питания ИМС

Логика	Серия	Аналог	Фирма	Uп,В
КМОП	164,176	CD4000	RCA
КМОП	501,504	CD4000A	RCA	3…15
КМОП	501,504	MC14000A	Motorola	3…15
КМОП	КР1561	CD4000B	RCA	3…18
КМОП		54 нс		2…6
ТТЛ	К155	SN 74	Texas Instruments
ТТЛШ	К555	SN 74 LS	Texas Instruments
ЭСЛ	100, 500	МС10000 (МС 10К)	Motorola	- 5,2
ЭСЛ		МС100000 (МС 100К)	Motorola	-4,5

Входные и выходные пороговые напряжения

Входные и выходные пороговые напряжения высокого и низкого уровне U¹_{вх.порог}, U⁰_{вх.порог}; U¹_вых,U⁰_вых ; для ИМС различных серий представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Значения пороговых напряжений ИМС

Логика	Напряжение высокого уровня U1, В	Напряжение высокого уровня U0, В
ТТЛ	3,6	0,4
КМОП	0,8Епит	0,3 – 2,5
ЭСЛ	-0,9	-1,8

 

 

Стойкость микросхем к механическим и климатическим воздействиям

Стойкость микросхем к механическим и климатическим воздействиям очень высока. Они способны нормально работать при интенсивных механических нагрузках (вибрация, удары, центробежные силы) и в неблагоприятных климатических условиях: при повышенной влажности (до98% при 25⁰С) и в большом температурном диапазоне (от –10 до +70⁰С для микросхем широкого применения и от –60 до +125⁰С-специального).

Контрольные вопросы:

1. Дать определение цифровой интегральной микросхеме.

2. Что такое степень интеграции?

3. По каким признакам классифицируют интегральные микросхемы?

4. Что понимается под серией микросхемы?

5. Какие основные параметры характеризуют интегральные микросхемы?

6. Какие параметры характеризуют быстродействие ИМС?

7. Объяснить, почему в микросхемах возникает задержка распространения сигнала?

8. Что характеризуют коэффициенты разветвления по входу К_раз и объединения по выходу?

9. Что называется помехоустойчивостью ИМС и как она оценивается?

10. Что понимается под высоким и низким логическим уровнем напряжения?

11. Дайте расшифровку обозначению интегральных микросхем К155ИР13, К155ТМ7.

12. Какие типы корпусов имеют ИМС?

Тема 2. Арифметические и логические основы цифровой техники

План

Системы счисления

Преобразование чисел из одной системы счисления в другую

Основные законы алгебры логики

Алгебраические формы представления логических функций

2.5. Минимизация переключательных функций

Логические элементы

Системы счисления

Студент должен:

знать:

· системы счисления, способы перевода чисел из одной системы счисления в другую;

уметь:

· переводить числа из одной системы счисления в другую.

 

Системой счисления называют способ изображения произвольного числа ограниченным набором символов, называемых цифрами.

 

Номер позиции, определяющий вес, с которым данная цифра складывается в числе, называют разрядом, а системы счисления, обладающие отмеченным свойством, – позиционными.

Как известно, любое число А в позиционной системе счисления с основанием q можно представить в виде полинома

А(q)=а_n-1 q^n-1+ а_n-2 q^n-2+…+а₁q¹+а₀q⁰+а_-1q^-1+а_-2q^-2+…+а_-kq^-k, где

q — основание системы счисления;

a_i — коэффициент i -го разряда (элемента числа N_(q)), принимающий значения 0, 1,..., (q -1) — в зависимости от величины N_(q);

n — номер разряда целой части, отчитываемый от нулевого;

к — число цифр в дробной части числа.

Двоичная система счисления

При выполнении вычислений цифровыми электронными устройствами используются элементы с двумя устойчивыми состояниями. По этой причине в цифровой технике широкое распространение получила позиционная двоичная система счисления (с основанием 2).

При двоичном кодировании каждая цифра кода (каждый разряд двоичного кода) может принимать всего лишь два значения – 0 и 1. В общем виде число в двоичной системе счисления записывается как

A₂ = a_n 2ⁿ + a_n-1 2^n-1 + … a₁ 2¹ + a₀ 2⁰.

Здесь коэффициентами а_n являются цифры 0 и 1, а основанием (q) – число 2.

Веса соседних разрядов двоичного кода числа отличаются в два раза, а самый правый разряд (младший) имеет вес 1. Поэтому, например

101101₂ = 1^.2⁵ + 0^.2⁴ + 1^.2³ +1^.2² + 0^.2¹ + 1^.2⁰ = 45₁₀.

Четыре соседних бита называют тетрадой, группу из 8 бит называют байтом, а из 16 бит – машинным словом. Совокупность из 1024 (2¹⁰) байт называют килобайтом, из 1024 килобайт – мегабайтом, из 1024 мегабайт – гигабайтом.

1 Гбайт = 2¹⁰ Мбайт = 2²⁰ Кбайт = 2³⁰ байт.

Современные персональные ЭВМ могут хранить в своей памяти на жестких магнитных дисках цифровую информацию объемом в десятки гигабайт.

В таблице 2.1 показано соответствие первых двадцати чисел в десятичной и двоичной системах.

Таблица 2.1 - Соответствие чисел в десятичной и двоичной системах

Десятичная система	Двоичная система	Десятичная система	Двоичная система

Из таблицы 2.1 видно, что количество разрядов двоичного кода, требуемое для представления каждого числа (кроме 0111) значительно больше, чем требуемое количество разрядов десятичного кода. Поэтому запись больших двоичных чисел (с количеством разрядов больше десяти) становится не удобной.

Двоично-десятичая система счисления

Арифметические операции в двоичной системе счисления исключительно просты и легко реализуются аппаратно. Однако при вводе и выводе информации в цифровое устройство она должна быть представлена в более привычной для человека десятичной системе счисления. Стремление упростить процедуру пересчета двоичных чисел к десятичному эквиваленту привело к использованию двоично-десятичной системы счисления (BD – Binary Decimals). Она используется в ЭВМ не только в качестве вспомогательной системы счисления при вводе и выводе данных, но и в качестве основной при решении задач, когда в ЭВМ вводится и выводится большое количество чисел, а вычислений над ними производится мало. Десятичные числа в двоично-десятичной системе счисления кодируются в прямом нормально-взвешенном коде 8-4-2-1, т.е. каждую цифру десятичного числа необходимо заменить соответствующей тетрадой двоичных чисел.

Например, десятичное число 197₁₀ в двоично-десятичном коде представляется машинным словом из трёх тетрад

Недостатком рассматриваемой системы является ее избыточность для чисел 7 и менее (недоиспользуются многие двоичные разряды).

Применение двоично-десятичного кода на практике очень удобно для организации десятичных цифровых индикаторов и табло.

В таблице 2.2 показано соответствие первых двадцати чисел в десятичной и двоично-десятичной систем счисления.

Таблица 2.2 - Двоично-десятичная система кодирования

Десятичная система	Двоично-десятичная система	Десятичная система	Двоично-десятичная система
			1 0000
			1 0001
			1 0010
			1 0011
			1 0100
			1 0101
			1 0110
			1 0111
			1 1000
			1 1001

Восьмеричная система счисления

Для устранения недостатков двоично-десятичного кода, связанных с недоиспользованием многих двоичных разрядов, в ЭВМ используют восьмеричную систему счисления (q = 8), которую можно затем записать в двоичном коде с использованием для каждой цифры только трех разрядов — триад.

В общем виде число в восьмеричной системе счисления записывается как

A₈ = a_n 8ⁿ + a_n-1 8^n-1 + … a₁ 8¹ + a₀ 8⁰.

Здесь коэффициентами а_n являются цифры 0 и 1, а основанием (q) – число 8.

Например, число 197₍₁₀₎ в восьмеричной системе имеет вид

Важнейшее свойство восьмеричной системы состоит в следующем: при записи каждого из разрядов восьмеричной системы триадой двоичного кода полученное выражение представляется в двоичной системе счисления.

Для конкретизации этого важнейшего свойства восьмеричной системы, обеспечивающей ей широкое использование в вычислительной технике, воспользуемся числом 305₍₈₎, записанном в виде:

Восьмеричные системы применяют в ЭВМ для кодирования адресов и команд. Для этого сначала составляют в восьмеричной системе соответствующую программу, а затем переводят ее в двоичную систему, которую и вводят в вычислительную машину.

Шестнадцатеричная система счисления

Записывать двоичные числа большой разрядности утомительно. Поэтому, как правило, они представляются более компактными записями с использованием шестнадцатеричной системы счисления.

Шестнадцатеричная (цифробуквенная) система счисления образуется из десяти цифровых (0, 1,..., 9) и шести буквенных (А, В,.С,D, Е, F) символов. При этом буквы А, В,..., F изображают соответственно числа 10, 11,..., 15.

В общем виде число в шестнадцатеричной системе счисления записывается как

A₁₆ = a_n 16ⁿ + a_n-1 16^n-1 + … a₁ 16¹ + a₀ 16⁰.

Здесь коэффициентами а_n являются цифры 0 и 1, а основанием (q) – число 16.

Например, число B7E₍₁₆₎₎ обозначает

Заметим, что при записи каждого из разрядов шестнадцатеричного числа тетрадами двоичного кода получают значение этого числа в двоичной системе счисления.

В таблице 2.3 приведены примеры шестнадцатеричного кодирования первых двадцати чисел (в скобках приведены числа в двоичной системе).

Таблица 2.3 - Шестнадцатеричная система кодирования

Десятичная система	16-ричная система	Десятичная система	16-ричная система
			A
			B
			C
			D
			E
			F

Для удобства сопоставления рассмотренных систем счисления в таблице 2.4 приведены первые 32 числа натурального ряда чисел.

 

Таблица 2.4 - Соответствия кодов в различных системах счисления

Десятичный	Двоичный	Восьмеричный	Двоично-десятичный	Шестнадцатеричный
			0001 0000 0001 0001 0001 0010 0001 0011 0001 0100 0001 0101 0001 1110 0001 0111 0001 1000 0001 1001 0010 0000 0010 0001 0010 0010 0010 0011 0010 0100 0010 0101 0010 0110 0010 0111 0010 1000 0010 1001 0011 0000 0011 0001 0011 0010	A B C D E F 1A 1B 1C 1D 1E 1F

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: