111

Федеральное агентство по образованию

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»

Радиотехнический институт - РТФ

Кафедра автоматики и информационных технологий

Схемотехника эвм

Учебное пособие

Часть 1

Научный редактор доц., канд. техн. наук И. В. Хмелевский

Екатеринбург

УГТУ–УПИ

2010

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ 2

ПРЕДИСЛОВИЕ 4

ВВЕДЕНИЕ 5

1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СХЕМ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ 7

1.1. Основные определения в области микросхемотехники 7

1.2. Основные обозначения на схемах 8

1.3. Основные положения модели поведения полупроводниковых приборов 13

1.3.1. Полупроводниковый p-n-переход. 13

1.3.2. Полупроводниковый диод 16

1.3.3. Биполярный транзистор 21

1.3.4. Полевой транзистор 26

2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ 33

2.1.Введение в алгебру логики 33

2.2.Булевый базис 34

2.3. Произвольные функции и логические схемы 35

2.4Законы булевой алгебры 37

2.5. Положительная и отрицательная логика 39

3. ЦИФРОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ 40

3.1. Параметры микросхем 40

3.2. Особенности логических элементов различных логик 44

3.2.1. Диодно-транзисторная логика 44

3.2.2. Высокопороговая логика 47

3.2.3. Транзисторно-транзисторная логика 48

3.2.4. Типы выходных каскадов 63

3.2.5. Микросхемы с тремя логическими состояниями 65

4. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА КМОП-ТРАНЗИСТОРАХ 70

4.2. Цифровые микросхемы КМОП 72

4.3. Микросхемы с буферными выходами 74

5. СХЕМОТЕХНИКА ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ ИНЖЕКЦИОННОЙ ЛОГИКИ И ЭСЛ 77

5.1. Схемы с непосредственными связями 77

5.2. Схемотехника ИС инжекционной логики И2Л 79

5.3. Эмиттерно-связанная логика 80

6. ТРИГГЕРЫ 84

6.1. Общие сведения о триггерных устройствах 84

6.2. Асинхронный RS-триггер 84

6.3. Триггерные системы 87

6.3.1. Синхронный RS-триггер 88

6.4. Тактируемый D-триггер 89

6.5. Счетный Т-триггер 91

6.6. Двухступенчатые триггеры 93

6.7. JK-триггеры 95

7. СЧЕТЧИКИ 99

7.1. Общие положения 99

7.2. Классификация счетчиков 100

7.2.1. Асинхронные суммирующие счетчики с последовательным переносом 101

7.2.2. Асинхронные вычитающие счетчики с последовательным переносом 104

7.2.3. Асинхронные реверсивные счетчики с последовательным переносом 105

7.3. Параллельное соединение счетчиков 107

7.4. Последовательное соединение счетчиков 107

7.5.Синхронные двоичные счетчики со сквозным переносом. 108

7.6.Синхронные двоичные счетчики с параллельным переносом. 108

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 110

Предисловие

Современные ЭВМ строятся на типовых электронных схемах, изучение которых предусматривается в отдельном курсе – «Схемотехника ЭВМ». В предлагаемом учебном пособии рассматривается широкий круг вопросов, связанных с изучением, проектированием и применением цифровых элементов в микросхемном исполнении для реализации функциональных узлов и устройств ЭВМ. Описывается использование в схемотехнике стандартных элементов и типовых функциональных узлов. В данной работе под ЭВМ понимается любое устройство переработки цифровой информации (от микроконтроллера, управляющего работой двигателя в автомобиле до суперЭВМ).

Материал предлагаемого учебного пособия представляет собой минимум сведений, который необходим пользователю ЭВМ для получения представления о принципах работы элементов, составляющих основу ЭВМ и используемых в ее схемотехнике. Эти элементы реализуются в настоящее время на основе интегральных микросхем. Интегральные микросхемы распространены сейчас настолько широко, что умение применять их при проектировании различных устройств должно быть обязательным элементом профессиональной грамотности современного инженера-системотехника.

Учебное пособие написано в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Схемотехника ЭВМ» для студентов всех форм обучения специальностей 210100 и 230101.

Необходимость в написании данного учебного пособия возникла в связи с изменением учебных программ, значительным сокращением аудиторных занятий и увеличением времени на самостоятельную работу, а также появлением новых методов обучения, таких как дистанционное.

Для усвоения содержания настоящего учебного пособия необходимо знание физики, теоретических основ электротехники и основ электроники в объеме действующего государственного образовательного стандарта для указанных специальностей.

Пособие соответствует государственным образовательным стандартам специальностей 210100 – Автоматика и информатика в технических системах, 230101 – Вычислительные машины, комплексы, системы и сети.

Содержание пособия основано на материалах книг, перечень которых приведен в списке литературы, и на материале курса лекций, читаемого автором на кафедре Автоматика и информационные технологии Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина. Ссылки на соответствующие источники приводятся по мере необходимости при рассмотрении изучаемых тем.

Автор благодарит рецензентов и сотрудников кафедры за ряд ценных замечаний, способствовавших улучшению содержательной части учебного пособия.