8-ma'ruza Ventillar va Bul algebrasi Reja

8-ma'ruza
Ventillar va Bul algebrasi
Reja:
8.1. Ventillar
8.2. Bul algebrasi
8.3. Bul funktsiyalarini amalga oshirish
8.4. Sxema ekvivalenti

Kalit so'zlar: funktsiyalar, bul algebrasi, sxemalar, shlyuzlar, mantiqiy operatsiyalar, sinf, funktsiya, permutatsiya, argument, tahlil, sintez, dasturiy ta'minot, qiymat, inversiya, birlashma, qo'shimcha mod 2, ishlamay qolish, Pirs o'qi, mantiqiy ekvivalentlik.

8.1. Ventillar

Raqamli elektron - bu faqat ikkita mantiqiy qiymatga ega bo'lgan sxemadir, odatda 0 dan 1 V gacha bo'lgan signal bitta qiymatni (masalan, 0) va 2 dan 5 V gacha bo'lgan signal boshqa qiymatni (masalan, 1) anglatadi. Belgilangan qiymatlardan tashqarida voltajga yo'l qo'yilmaydi. Ventillar deb nomlangan kichkina elektron qurilmalar turli funktsiyalarni ushbu ikki raqamli signallardan olishga imkon beradi. Geyts barcha raqamli kompyuterlar o'rnatilgan apparat markazida.

Ventil printsiplarining tavsifi ushbu kitobning mavzusi emas, chunki u 0 darajadan past bo'lgan jismoniy qurilmalar darajasiga taalluqlidir. Ammo biz bu qadar qiyin bo'lmagan asosiy printsipga juda qisqa to'xtalamiz. Barcha zamonaviy raqamli mantiq tranzistor juda tezkor ikkilikli kalit vazifasini o'tashi mumkinligiga asoslanadi. 3.1-rasm, a rasmda oddiy sxema ichiga o'rnatilgan bipolyar tranzistor ko'rsatilgan.Tranzistor tashqi dunyo bilan uchta aloqaga ega: kollektor, taglik va emitter. Agar kirish voltaji V ma'lum bir kritik qiymatdan past bo'lsa, tranzistor o'chadi va juda katta qarshilik vazifasini bajaradi. Natijada, V signalini V CC ga yaqinlashtiradi (tashqi tomondan berilgan kuchlanish) - bu tranzistor uchun bu odatda +5 V. Agar V kritik qiymatdan oshsa, tranzistor yoqiladi va o'tkazgich vazifasini bajaradi, V signalni erga olib keladi (konventsiya bo'yicha - bu 0 V).



8.1-rasm. Tranzistorli inventor (a); ventil VA EMAS (б); ventil YOKI EMAS (в)
Shuni ta'kidlash kerakki, agar V in past bo'lsa, unda V chiqishi yuqori va aksincha. Shunday qilib, ushbu elektron 0 ni mantiqiy 1 ga va mantiqni 1 ga mantiqiy 0 ga o'zgartiradigan o'zgartiruvchi hisoblanadi. Rezistor (singan chiziq) tranzistor yonib ketmasligi uchun tranzistordan o'tadigan oqimni cheklash uchun kerak. Odatda bir holatdan ikkinchisiga o'tish uchun nanosekunddan ko'proq vaqt talab etiladi.
3.1, b rasmda ikkita tranzistorlar ketma-ket ulangan. Agar V 1 va V 2 baland bo'lsa, ikkala tranzistor ham o'tkazgich bo'lib qoladi va V chiqishni kamaytiradi. Agar kirish voltajining biri past bo'lsa, u holda mos keladigan tranzistor o'chadi va chiqish voltaji yuqori bo'ladi. Boshqacha aytganda, agar V 1 va V 2 ikkalasi ham yuqori bo'lsa, V chiqishi past bo'ladi.
3.1rasmda ikkita tranzistor parallel ravishda ulangan. Agar kirish signallaridan biri baland bo'lsa, mos keladigan tranzistor yoqiladi va chiqish signalini pasaytiradi. Agar ikkala kirish voltaji past bo'lsa, unda chiqish voltaji yuqori bo'ladi.
Ushbu uchta kontaktlarning zanglashiga olib borishi uchta eng oddiy vetillarni hosil qiladi. Ular mos ravishda EMAS, YO'Q va YO'Q, yoki YOKI vetillar deyiladi. Ventillar odatda invertor deb atalmaydi. Ikkala atamadan ham foydalanamiz. Agar biz yuqori kuchlanish (V CC) 1-mantiqiy va past kuchlanish (yer) mantiqiy 0 ekanligini konventsiyani qabul qilsak, u holda biz chiqish qiymatlarini kirish qiymatlarining funktsiyasi sifatida ifodalashimiz mumkin. Ushbu uch turdagi ventillarni ifodalash uchun ishlatiladigan belgilar 3.2, a -v rasmlarda keltirilgan. Har bir kontaktlarning zanglashiga olib keladigan funktsiyaning ishlash tartibi ham ko'rsatilgan. Ushbu raqamlarda A va B kirish signallari, X chiqish signalidir. Jadvalning har bir qatorida kirish signallarining turli kombinatsiyalari uchun chiqish signallari aniqlanadi.

8.2-rasm. Beshta asosiy ventillarni tasvirlash uchun belgilar.

Har bir ventil uchun ish rejimlari

Agar chiqish signali invertorga qo'llanilsa, biz boshqa bir sxemani olamiz, vetil NOT-AND ning aksi, ya'ni chiqish signali 1 bo'lgan va agar ikkala kirish signallari 1 bo'lsa. Bunday sxemaga ventil AND deyiladi; uning sxematik ko'rinishi va tegishli funktsiyaning tavsifi 3.2, d-rasmda keltirilgan. Xuddi shunday, NOR ventilsi invertorga ulanishi mumkin. Keyin, kirish signallarining kamida bittasi bitta bo'lsa, chiqish signali 1 ga teng bo'lsa va ikkala kirish signallari nol bo'lsa, 0 ga teng bo'lgan kontaktlarning zanglashiga olib borasiz. Ventil OR deb nomlangan ushbu sxema tasviri, shuningdek tegishli funktsiyaning tavsifi 3.2, e-rasmlarda keltirilgan. Inverter, EMAS-VA ventil va NO-OR ventil sxemalaridagi kichik doiralarga inverter chiqish deyiladi. Inverted signalni ko'rsatish uchun ular boshqa kontekstda ham ishlatilishi mumkin.

3.2-rasmda tasvirlangan beshta vetilllar raqamli mantiqiy asosini tashkil qiladi.Yuqorida aytilgan munozaralardan ma'lum bo'ladiki, NAND va NOR vetillari har biri ikkita tranzistorni, va AND va OR vetillari uchta tranzistorni talab qiladi. Shu sababli, ko'plab kompyuterlar AND va OR o'rniga NAND va NOR vetillarini ishlatadilar. (Amalda, barcha vetillar biroz boshqacha tarzda qurilgan, ammo NAND va NOR vetillari AND va OR ventillariga qaraganda osonroq.) Shuni ta'kidlash kerakki, vetillar ikkitadan ko'p kirishga ega bo'lishi mumkin. Aslida, NOT-AND ventilsi o'zboshimchalik bilan ko'p miqdordagi kirishga ega bo'lishi mumkin, ammo amalda odatda sakkizdan oshmaydi.
Ventillar qurilmasi jismoniy qurilmalar darajasiga tegishli bo'lsa ham, biz hali ham ishlab chiqarish texnologiyalarining asosiy yo'nalishlarini aytib o'tamiz, chunki ular ko'pincha adabiyotlarda qayd etilgan. Ikkita asosiy texnologiyalar - bipolyar va MOS (metall, oksid, yarimo'tkazgich). Bipolyar texnologiyalar qatoriga ko'p yillar davomida raqamli elektronikaning asosi bo'lib kelgan TTL (tranzistor-tranzistorli mantiq) va yuqori tezlikda ishlash kerak bo'lganda ishlatiladigan ECL (emitter bilan bog'langan mantiq) kiradi. Hisoblash davrlari nuqtai nazaridan MOS texnologiyasi ko'proq tarqalgan.
MOS ventillari TTL va ESL-ga qaraganda sekinroq, ammo ular kamroq quvvat sarflaydilar va kam joy egallaydilar, shuning uchun bunday ventillarning ko'p sonini ixcham ravishda joylashtirish mumkin. MOS vetillari bir nechta navlarda bo'ladi: p-kanal MOS, n-kanal MOS va bepul MOS. MOSFET-lar bipolyar tranzistorlar kabi ishlab chiqilmagan bo'lsa-da, ular elektron kalitlar sifatida ham ishlashlari mumkin. Zamonaviy protsessorlar va xotira ko'pincha + 1.5V atrofida ishlaydigan bepul MOS texnologiyasidan foydalangan holda ishlab chiqariladi, bu faqat jismoniy qurilmaning darajasi haqida aytishimiz mumkin.