Mavzu: Raqamli qurilmalarning modellari va ifodalash darajalari

Mavzu: Raqamli qurilmalarning modellari va ifodalash darajalari
Reja:
Kirish
1. Raqamli mikrosxemalarning seriyalari va rusumlash tizimi
2. Shmitt triggerining tarkibiy ishlash tamoyili
3. Raqamli integral sxemalarning rusumlash va belgilash tizimlari
4. Raqamli integral sxemalarning g’iloflari
Xulosa
Foydalanilgan adabiyotlar
Kirish
Trigger - bir razryadli ikkilik axborot (“0”yoki”1”)ni saqlaydigan xotira elementi. Mantiqiyelementlardan farqli ravishda trigger ichki holatga - xotiraga ega. Triggerlar ikkita chiqishga: 1) Q- to'g'ri chiqish. 2) Q -inkorli chiqishga ega.
Triggerlarning «1» holatiga to'g'ri chiqishdagi (Q) signalning yuqori holati «1», inkorli chiqishidagi (Q ) signalning past holati «0» to'g'ri keladi. Trigger qurilmasining kirishlari
informasion va yordamchi (boshqaruvchi) kirishlarga bo'linadi. Informatsion kirishlaridagi signallar trigger holatini boshqaradi, yordamchi kirishlardagi signallar esa tirggerni talab qilingan holatga oldindan o'rnatish uchun, hamda ularni sinxrosignal bilan ta'minlash uchun hizmat qiladi. Trigger
kirishlarining soni uning strukturasiga va boshqariladigan vazifalariga bog'liq. Triggerning informasion kirishlari S, R, J, K, D, T simvollari orqali belgilanishi qabul qilingan, boshqaruvchi kirishlar esa C, V simvollar bilan belgilanadi.
T riggerning sxematik belgisi Bu erda S, R- informasion kirishlarni, Q va Q - chiqishlarni belgilaydi.
Triggerlarni informatsiyani qabul qilish usuli, qurilish prinsipi, hamda funksional imkoniyatlari bo'yicha sinflash mumkin. Informatsiyani qabul qilishi bo'yicha: asinxron va sinxron triggerlar mavjud. Asinxron triggerlar informatsion kirishlarida signallarning paydo bo'lish momentida o'z reaksiyalarini ko'rsatadi. Sinxron triggerlar esa sinxron signal kirishi S dagi boshqaruvchi impuls signali mavjud bo'lgandagina informatsion kirishlardagi signallarga o'z reaksiyalarini bildiradilar. Sinxron triggerlar o'z navbatida S kirish orqali boshqariladigan statik va dinamik turlarga bo'linadi. Statik boshqarishli triggerlar informatsion kirishlardagi signallarni S kirishiga «1» yoki «0» signallari berilgandagina qabul qila oladi. Dinamik boshqarishli triggerlar esa informatsion kirishlardagi signallarni S kirishdagi signal «0» dan «1» ga o'zgarganda yoki «1» dan «0» ga o'zgarganda qabul qila oladi. Statik triggerlar bir bosqichli va ikki bosqichli turlarga bo'linadi. Bir bosqichli triggerlar informasiyani saqlashning bir bosqichi, ikki bosqichli triggerlar esa informasiyani saqlashning ikki bosqichi mavjudligi bilan xarakterlanadi. Dastlab informatsiya birinchi bosqichga yoziladi, keyin ikkinchi bosqichga ko'chirib o'tkaziladi va iformatsiya trigger chiqishida paydo bo'ladi.Funksional imkoniyatlarga ko'ra triggerlar quyidagi turlarga bo'linadi:

- «0» va «1» xolatlarga aloxida-aloxida o'rnatiladigan triggerlar (RS-trigger);

- kirish bo'yicha informasiyani qabul qiluvchi triggerlar (D-trigger yoki kechiktirish triggeri);
- sanoqli kirishga ega triggerlar (T-trigger);
- J va K informasion kirishli universal triggerlar (JK-trigger).

Diskret elementlar asosida qurilgan simmetrik triggerning elektr sxemasi

Registr deb axborotni qabul qiluvchi, saqlovchi, murakkab bo'lmagan o'zgartirishlar (chapga va o'nga surish)ni amalga oshiruvchi, hamda axborotni to'g'ri va teskari kodlarda uzatuvchi qurilmaga aytiladi. Registrlar ketma-ket kodlarni parallel kodga va aksincha o'zgartirishda ham ishlatiladi. Registrlarning asosini triggerlar hosil qiladi va triggerlarni ketma-ket yoki parallel ulash orqali registr sxemasi hosil qilinadi. Sonning xar bir razryadi registrning razryadiga (saqlovchi triggerga) mos keladi. Registrlarning parallel, ketma-ket prinsipda ishlovchi, o'nga va chapga suruvchi, hamda reversiv turlari mavjud. Parallel prinsipda ishlovchi registrlarda kodlar parallel yoziladi va o'qiladi, ketma-ket prinsipda ishlovchi registrlarda esa kodlar ketma-ket yoziladi va o'qiladi. O'nga va chapga suruvchi registrlar kodlarni o'nga va chapga surish uchun xizmat qiladi.

Yuqoridagi rasmda D-trigger asosida qurilgan o'nga suruvchi, ketma-ket prinsipda ishlovchi registr sxemasi keltirilgan. Integral mikrosxema (IMS) – bu o`zaro bog`langan bir necha tranzistorlar, diodlar, kondensatorlar. Rezistorlar yig`indisi hisoblanadi va u yagona texnologik siklda tayyorlanib (yani bir paytda), elektr signallarini o`zgartirishda ma`lum funksiyalarni bajaradi.

IMS tarkibiga kirgan komponentlar undan mustaqil ajratib olinishi va mustaqil buyum sifatida ishlatilishi mumkin emas. Ular integral elementlar deb ataladi. Ulardan farqli o`laroq ularga konstruktiv moslashtirilgan detal va qurilmalar diskret komponentlar deb ataladi. Ular asosida tuzilgan bloklar esa diskret sxemalar deb ataladi.
Yuqori puhtalik va sifat, ihchamlik, engillik, arzonlik integral mikrosxemalarini halq ho`jaligini barcha sohalarida keng qo`llanilishga sabab bo`lmoqda. Zamonaviy mikroelektrotexnika asosini yarimo`tkazgichli integral mikrosxemnalar tashkil etmoqda. Zamonaviy yarimo`tkazgichli IMS kristtallarini o`lchamlari 1,5x1,5 dan 6x6 mm gacha.
Kristall maydoni qancha katta bo`lsa unga shuncha ko`p elementli integral mikrosxemani joylashtirish mumkin bo`ladi.
Integral mikrosxemalarida tranzistorlarni ma`lum ulanishlar asosida rezistor va kondensator hosil qilish mumkin.
Yarimo`tkazgichli IMS larni hususiyati shundan iboratki ularni elementlari orasida induktivlik g`altagi yo`q, chunki shu paytgacha qattiq jismlarda elektromagnit induksiyasiga ekvivalent bo`lgan fizik hodisa olish imkoniyati bo`lmagan.
Katta integral mikrosxema – deb ko`p sonli bir turli yacheykalardan tashkil topgan ko`p o`lchamli yarimo`tkazgichli qurilmaga aytiladi. U murakkab funksiaonal sxemaga birlashgan bo`ladi.
Hozirgi kunda ishlab chiqarayotgan katta integral mikrosxemalar (KIMS) 10 ming va undan ortiq mantiq elementlaridan tashkil topadi.
Barcha KIMS lar uch sinfga bo`linadi.
1) hisoblagichlar, rezistorlar, jamlagichlar, arifmetik-mantiq qurilmalari tipidagi funksional bloklar:
2) xotiras qurilmalari (XQ):
3) mikroprosessorlar (MP).
Dastlabki KIMS lar MDP (metall dielektrik poluprovodnik lar) struktura asosida qurilgan. Hozirgi kunda KIMS element bazasiga bipolyar strukturalar ham kiradi.
Elektron va yarimo`tkazgichli qurilmalarni loyihalashni umumiy holatlari.
To`g`ri elektron va yarimo`tkazgichli qurilmalarni strukturaviy va prinspial elektr sxemalari ularni ishlash prinsplarini taxlil qilishga o`rgatadi. Ammo bu elektr sxemalar elektrik va yarimo`tkazgichli qurilmalarni konstruksiyasini belgilay olmaydi, balki ularni tuzish uchun asos bo`la oladi holos. Bunday qurilmalarni loyihalashni asosiy prinsplari haqida tushunchalar ularni ishlab chiqarishdagina emas. Balki ulardan foydalanish uchun ham kerak bo`ladi. Elektron va yarimo`tkazgichli qurilmalarni elementlari aktiv va passiv bo`linadi.
Aktiv elementlarga quyidagilar kiradi: yarimo`tkazgichli va elektrovakuum asboblar.
Passiv elementlarga esa: rezistorlar, kondensatorlar, transformatorlar, induktivlik g`altaklari, rele, ulagichlar, indikatorlar, sim va kabellar.
Qurilma elementlari optimal holatda joylashtirilishi va mahkamlanishi lozim, bir brilari bilan prinspial sxema asosida ulanishi kerak.
Zamonaviy elektron va yarimo`tkazgichli qurilmalarni ko`pchilik qismi bosma platalarga joylashtirilgan. Bunday platalar dielektrik asos hisoblanib teshiklari mavjud va chizmalar ko`rsatilgan. 0,3-1,5 mm diametrda hosil qilingan teshiklar osma elementlar (integral sxemalar, tranzistorlar, rezistorlar, kondensatorlar)ni joylashtirish, bosma platani mahkamlash hamda teskari tomonda joylashtirilgan elementlarni ulash uchun ishlatiladi. Teshik devorlari metallashtiriladi.
Osma elementlarni uchlari teshiklarda qalaylanadi, chunki ularga bosim simlar kelgan. Shunday qilib bosma uzel (tugun) hosil qilinadi.
Bosma platalarni yuzasini qisqartirish uchun ko`pqatlamli platalar (KQP) qo`llaniladi, ular almshinuvchi dielektrik qatlamlardan tuzilgan bo`ladi. KQP qatlamlarda bosma simlarni taqsimlanishi bosma platalarni o`lchamlarini keskin qisqartirishga olib keladi, bu narsa ko`p chiqishlarga ega bo`lgan mikrosxemalardan foydalaniladi.
Elektron va yarimo`tkazgichli qurilmalar (EYAK) ni loyihalash va ishlatishda agregatlashtirishni qo`llash katta foyda beradi. Agregatlashtirish-o`zaro almashtiriladigan uzel va bloklardan tuzilgan apparatlarni konpanovkalash usulidir.
Agregatlashgan komplekslarni tuzishda unga kirgan barcha uzel va bloklarni to`la elektrik va konstruktiv almashinishi ko`zda tutiladi. Asosiy tipoviy bloklar va subbloklar unifikasiyalashtirilgan, bu holat yangi apparaturalarni ishlab chiqish va ishlab chiqarishga tadbiq etish vaqtini keskin qisqartiradi. Agregatli komplekslarga standart o`lchamlarga ega bo`lgan konstruktiv elementlar yig`masi kiradi.
Agregatli komplekslar nomentklaturasi shunday tuziladiki, nisbatan oz bloklar yig`indisini ma`lum soniida turli murakkablikka vazifaga ega bo`lgan qurilma va sistemalar ko`rish mumkin bo`lsin. Agregat kompleksiga misol qilib emirilmaydigannazorat qurilmasi kompleksini olish mumkin. Uni tarkibiga mashina, belgilangan cjastota generatori, analog-diskret o`zgartirgich va bir kanalli o`zi yozar rezistorlar subbloklari hamda bazi bir boshqa bloklar kiradi.
Elk\ektron va yarimo`tkazgichli qurilmalarni konstruktiv bajarilishi juda hilma hil va ularni vajifalari ishlatilish sohasi bilan aniqlanadi. Maslan stasionar sharoitlarda ishlash uchun mo`ljallangan elektron apparaturani samoliot bortiga yoki kosmik kemada ishlatiladihan apparaturadan farqi katta.
Hulosa qilib shuni aytish mumkinki: hozirgi kunda elektron, yarimo`tkazgichli hamda elektromagnitlar asosida turli qurilmalar, avtomatlashtirilgan sanoat robotlari va manipulyatorlar tuzilmoqda. Ular yordamida tehnologik jarayonlarni boshqarish, nazorat va axborot sistemalari takomillashmoqda. Axborotni murakkab qayta ishlashni amalga oshirayotgan ixtiyoriy diskret qurilma qandaydir elementar tarkibiy qismlar –elementlardan tuziladi .
Bunda elementlar aniqlangan qoydalarga asosan birlashadi. Elementlarning tabiatini va ularning birlashishini qurilmaning umumiy ishlash tamoyili aniqlaydi. Elementlar va ularning birikmalarini aks ettiruvchi, qurilmaning ideallashtirilgan rusumini sxema deb ataymiz.
Murakkab raqamli qurilmaning alohida tugunlari (bloklari) orasida uzatiluvchi axborot kodli so‘zlar ko‘rinishida ifodalanadi. Shunday qilib, har bir tugunning kirish qismiga kodli so‘zlar kelib tushadi, har bir tugunning chiqish qismida, kirish so‘zlarining qayta ishlangan natijasi sifatida yangi kodli soz hosil bo‘ladi. Chiqish so‘zi tugunning kirish qismiga qanday so‘zlar kelib tushganiga bog‘liq bo‘ladi. Bunday funksiyalarning aloxida hususiyati, funksiya va uning argumentlari, faqat man 0 и man1 qiymatlarni qabul qilishini e’tiborga olib, bunday funksiyalarni mantiqiy algebra funksiyalari (MAF) deb ataymiz.
Mantiqiy algebra funklsiyalarini vujudga keltirishga mo‘ljallangan qurilmalar mantiqiy qurilmalar yoki raqamli qurilmalar deb ataladi.
Raqamli qurilmalarni (yoki ularning tugunlarini) turli alomatlariga ko‘ra turlarga ajratish mumkin.
Kodli so‘zlarni kiritish va chiqarish usuliga asosan, ketma-ket, parallel va aralash ishlaydigan mantiqiy qurilmalarga ajratiladi.
Ketma-ket ishlash tamoyiliga asoslangan qurilmaning kirish qismiga kodli so‘zlarning simvollari bir vaqtda emas, vaqt bo‘yicha ketma-ket simvol ortidan simvol uzatiladi (ya’ni ketma-ket shaklda). Huddi shunday ketma-ket shaklda chiqish so‘zi uzatiladi. 5-rasmda shunday qurilmaga misol keltirilgan. Rasmdagi qurilma log.1 ni chiqarish bilan kirish qismidagi simvollarning mos tushmaganlini, log.0 ni chiqarib simvollarning ustma-ust tushganligini bildirishini idrok etish qiyin emas (haqiqatdan ham, Kir₁ = 1 va Kir₂ = 0 yoki Kir₁ = 0 va Kir₂= 1 bo‘lib simvollar ustma-ust tushmaganda qurilmaning chiqishida Chiqish=1, kirish simvollari Kir₁=1 и Kir₂=1 yoki Kir₁=0 и Kir₂=0 bo‘lib, ustma-ust tushganda esa chiqishga Chiqish = 0).

5-rasm.
Parallel ishlash qurilmasining kirish qismiga har bir kodli so‘zning n ta simvoli bir vaqtda kelib tushadi (parallel shaklda).Aynan shunday shaklda chiqish qismida, chiqish so‘zi tuziladi. Ravshanki, kodli so‘zlarni qabul qilish va uzatishning parallel shaklida kirish (chiqish) so‘zining har bir razryadi uchun qurilmada alohida kirish yo‘li bo‘lishi kerak. Bunday qurilmaga misol sifatida 6-rasm ko‘rsatilgan. Qurilma kirish so‘zlarining razryadlari ustidan rasmda ko‘rsatilgan qurilma singari, lekin parallel shaklda aynan shu mantiqiy operatsiyani bajaradi. Qurilmaning kirish qismi, har biri parallel shakldagi, uch razryadli kirish kodli so‘zlarni qabul qilish uchun ikki guruhga (I va II) ajratilgan. Qurilmaning chiqish qismida parallel shaklda uch razryadli chiqish so‘zi hosil bo‘ladi.

Kirish 1		1		t
Kirish 2		n		t
Kirish 3		1		t
Kirish 1		0		t
Kirish 2		1		t
Kirish 3		1		t
Chiqish 1		1		t
Chiqish 2		1		t
Chiqish 3		0		t

6-rasm

Aralash tamoyilga asosan qurilmalarda kiritish va chiqarish kodli so‘zlari turli shakllarda ifodalanadi. Masalan, kiritish so‘zlari – ketma-ket shaklda, chiqarish so‘zlari – parallel shaklda uzatiladi. Aralash ishlash qurilmalari kodli so‘zlarni bir shakldan boshqasiga ifodalash uchun foydalaniladi (ketma-ket shakldan parallelga va aksincha)

Mantiqiy qurilmalar bajaradigan funksiyasiga qarab ikki sinfga ajratiladi: kombinatsiyali qurilmalar (va mos ravishda kombinatsiyali sxemalar) va ketma-ketlilik qurilmalari (ketma-ketlilik sxemalari).
Kombinatsiyali qurilmalarda (xotirasiz avtomat deb ham ataluvchi) chiqishdagi har bir simvol (man.0 yoki man.1), shu vaqt momentida qurilmaning kirish qismidagi simvollari orqali aniqlanadi va bu kirish qismlarida oldin simvollar uzatilganligi bilan bog‘liq emas. Bu ma’noda aralash qurilmalar xotiraga ega emas (ular qurilmaning oldingi ishi haqidagi ma’lumotni saqlamaydi).
Ketma-ketlilik qurilmalarida (xotirali avtomatlarda) chiqish signali faqat shu momentda kirish qismida uzatilayotgan simvollar to‘plami bilan emas, qurilmaning ichki holati bilan ham aniqlanadi. Bu degani, qurilmaning butun ishlash jarayonidagi barcha oldingi vaqt momentlarida qanday simvollar uzatilganligi bilan aniqlanadi. Shuning uchun, ketma-ketlilik qurilmalari xotiraga ega desa bo‘ladi. Kombinatsiyali va ketma-ketlilik qurilmalariga misol ko‘ramiz.
Faraz qilaylik, 7-rasm kirishdagi signallarning ustma-ust tushishini aniqlovchi chiqishdagi signalni tuzishga mo’ljallangan: ikkita kirishda ham yoki man.1, yoki man.0 uzatilsa chiqishda log.1 uzatiladi; agar kirishning bittasida man.1, boshqasida man.0 uzatilayotgan bo‘lsa qurilmaning chiqishida man.0 hosil bo‘ladi


7-rasm

Bunday tuzilma kombinatsiyali hisoblanadi va bunda chiqishda tuzilayotgan mantiqiy funksiyaning qiymati, shu vaqt momentidagi uning argumentlarining qiymati bilan aniqlanadi.

Boshqa misolni ko‘rib chiqamiz. 8-rasmdagi hisoblagich impulslarni sanaydi. Vaqtning har bir momentida uning holati, bitirishga kelib tushgan impulslarning soniga teng. Shiqish axboroti berilgan vaqt intervaligacha hisoblagichning holati qanday bo‘lganligiga va berilgan vaqt intervalida kirishga impuls tushishiga bog‘liq. Shunday qilib, berilgan qurilma ketma-ketlilik qurilmasini tashkil qilar ekan.



8-rasm