Лекция: Класифікація елементів цифрових пристроїв
Елементи обчислювальних пристроїв можна класифікувати за:
a) функціональним призначенням;
b) типом сигналу;
c) типом живлення;
d) конструкцією.
Логічні пристрої класифікують за способом введення\виведення інформації:
1) послідовні– пристрої, в яких початкові змінні подаються на вхід, а кінцеві змінні знімаються з виходу не одночасно, а послідовно;
2) паралельні– пристрої, в яких всі розряди початкових змінних подаються на вхід, а всі розряди кінцевих змінних знімаються з виходу одночасно;
3) послідовно-паралельні– це пристрої, у яких початкові і кінцеві змінні подаються у різних формах.
Логічні пристрої розрізняють за принципом дії:
1) комбінаційні (послідовності)– логічні пристрої без пам’яті, вихідні сигнали яких однозначно визначаються тільки діючою в певний момент на вході комбінацією змінних і не залежать від значень комбінацій змінних, що діяли раніше.
Роботу комбінаційних пристроїв можна описати наступним рівнянням:
2) послідовні– логічні пристрої, вихідні сигнали яких визначаються не тільки діючою в певний момент послідовністю змінних, а й тими змінними, що діяли в попередній
момент часу.
Відповідно, робота послідовних пристроїв описується наступним рівнянням:
Логічні пристрої поділяють на:
1) логічні елементи– елементи, які виконують одну логічну функцію. Логічні елементи перетворюють логічну інформацію (це схеми І, НЕ, АБО-НЕ...);
2) функціональні елементи(виконують кілька булевих функцій);
3) елементи пам’яті. До елементів пам'яті відносяться, наприклад, тригери. Елементи пам'яті можна розділити на активні й пасивні. Зазвичай активні запам’ятовуючі пристрої мають більшу швидкодію, а пасивні − об’єм. ОЗП відносять до активних елементів пам'яті, ПЗП − до пасивних. Носії інформації, наприклад, дискета теж відносяться до пасивних елементів;
4) допоміжні елементи− це ті елементи, які не перетворюють логічне значення вхідних сигналів, а підсилюють їх за потужністю або за тривалістю або виробляють постійний за рівнем і тривалістю сигнал (підсилювально-формуючі елементи, генератори).
Логічні елементи виробляються серіями із широкою номенклатурою схем різного ступеня складності. Проте в кожній серії є так звана базова схема, що визначає в основному статичні й динамічні параметри елементів певної серії.
Найпоширенішими типами базових елементівє:
— транзисторно-транзисторна логіка (ТТЛ-схеми, TTL);
— еміторно зв’язана логіка (ЕЗЛ-схеми, ECL);
— транзисторні схеми з резисторними зв’язками (РТЛ-схеми, RTL);
— діодно-транзисторна логіка (ДТЛ-схеми, DTL);
— інжекційна інтегральна логіка (ІІЛ-схеми або І2Л, I2L);
— ТТЛ-схеми з діодами Шоткі (ТТЛШ-схеми, STTL);
— І2Л з діодами Шоткі (І2ЛШ-схеми, SI2L);
За способом кодуванняелементи поділяють на:
1) імпульсні;
2) динамічні;
3) потенціальні;
4) імпульсно-потенціальні;
5) фазові.
Розглянемо детальніше кожну з зазначених категорій:
1) в імпульснихсхемах логічна одиниця – це наявність електричного імпульсу напруги або струму. Логічний нуль – відсутність відповідного імпульсу. У сучасній обчислювальній техніці імпульсні елементи вже практично не використовуються;
2) в динамічнихсхемах логічна одиниця – це пачка імпульсів або потенціалів, що поновлюються через необхідний інтервал часу, а нуль – відсутність імпульсів (або ж навпаки);
3) в потенціальнихсхемах початкові і кінцеві двійкові змінні кодуються різною величиною електричного потенціалу. Для потенціальних елементів часто застосовується поняття позитивної та негативної логіки.
Позитивналогіка – коли кодування логічної одиниці відбувається високим рівнем, а логічного нуля – низьким (Рис. 1).
Негативна логіка– коли ж кодування відбувається навпаки;
Рис. 1. Низький і високий рівень напруги
4) в імпульсно-потенціальнихсхемах на входи елементів можуть подаватись як потенціальні рівні, так і електричні імпульси. При цьому вихідні сигнали зазвичай мають імпульсний характер.
Розподіл сигналів на імпульсні і потенціальні є відносним.
Тип сигналу визначають через тривалість такту, залежно від частоти такту генератора. Імпульсний – це сигнал з тривалістю, яка менша за тривалість такту.
Потенціальний – це сигнал з тривалістю, яка не менша, ніж тривалість такту.
5) у фазовихелементах застосовують сигнали у вигляді синусоїдальної напруги, а значення нуля і одиниці кодуються фазою синусоїдальної напруги відносно опорної напруги.
Спосіб кодування інформації визначає не тільки специфіку системи елементів, а і її основні параметри.
За типом живленняелементи розділяють на статичні й динамічні (тобто ті, які залежать від джерела живлення). Живлення буває первинне (змінне, 220 В) або вторинне (постійна напруга, 5 В, 10 В, …).
За конструкцієюелементи ділять на:
1) дискретні − виготовлені способом дискретної технології (зібрані з окремих деталей, виготовлених як окремі вироби, незалежно одна від одної);
2) інтегральні − виконані за інтегральною технологією. Сюди відносять інтегральні схеми (ІС), великі інтегральні схеми (ВІС), надвеликі і ультравеликі інтегральні схеми (НВІС й УВІС).