- •Вступ 6 зм 1. Електричні властивості напівпровідників 9
- •Зм 2. Напівпровідникові прилади 26
- •Зм 3. Електронні пристрої 79
- •Зм 4. Електронні елементи мікропроцесорної техніки 164
- •Зм 1. Електричні властивості напівпровідників
- •1.1. Основи зонної теорії твердого тіла.
- •1.2. Електропровідність напівпровідників.
- •1.2.1. Власна електропровідність напівпровідників
- •1.2.2. Домішкова електропровідність напівпровідників
- •1 .2.3. Ефекти, що пов’язані з електропровідністю напівпровідників
- •1.3. Властивості електронно-діркового переходу.
- •1.3.1. Формування електронно-діркового переходу.
- •1.3.2. Властивості n-p переходу при підключенні зовнішньої напруги
- •1.3.3. Тунельний ефект
- •1.4. Питання для самоперевірки.
- •Зм 2. Напівпровідникові прилади
- •2.1. Напівпровідникові діоди1
- •2.1.1. Випрямляючі діоди
- •2.1.2. Стабілітрони і схеми стабілізації напруги.
- •2.1.3. Варикапи
- •2.1.4. Тунельні діоди
- •2.1.5. Інші види діодів
- •2.2. Біполярні транзистори і їх використання в електронних пристроях
- •2.2.1. Устрій та принцип роботи біполярного транзистора.
- •2.2.2. Режими роботи біполярного транзистора.
- •2.2.3. Схеми включення транзисторів.
- •2.2.4. Вольт-амперні характеристики біполярних транзисторів та режими роботи (на прикладі n-p-n транзисторів).
- •2.2.5. Транзистор як активний чотирьохполюсник.
- •2.3. Уніполярні транзистори.
- •2.4. Тиристори
- •2.5. Питання для самоперевірки.
- •Зм 3. Електронні пристрої
- •3.1. Випрямлячі змінного струму.
- •3.2. Підсилювачі електричних сигналів.
- •3.2.1. Загальна інформація.
- •3.2.2. Характеристики підсилювачів
- •3.2.3. Зворотний зв’язок в підсилювачах.
- •3.2.4. Схеми підсилювальних каскадів на біполярних транзисторах.
- •3.2.5. Особливості роботи схеми попередніх каскадів підсилювача.
- •3.2.6. Режими роботи підсилюючих елементів.
- •3.2.7. Особливості роботи схеми кінцевого каскаду підсилювача.
- •3.2.8. Складені транзистори.
- •3.2.9. Спеціальні види підсилювачів.
- •3.3. Транзисторні генератори електричних сигналів.
- •3.3.1. Генератори синусоїдальних коливань.
- •3.3.2. Генератори імпульсів складної форми.
- •3.3.2.1. Параметри імпульсів прямокутної форми.
- •3.3.2.2. Мультивібратори.
- •3.3.2.3. Очікуючий мультивібратор або одновібратор.
- •3.3.2.4. Блокінг-генератори.
- •3.3.2.5. Генератори пилкоподібної напруги (гпн).
- •3.3.3. Генератори сигналів на операційних підсилювачах1.
- •3.4. Питання для самоперевірки.
- •Зм 4. Електронні елементи мікропроцесорної техніки
- •4.1. Уявлення про мікропроцесорну техніку, мікропроцесорні засоби і мікропроцесорні системи.
- •4.2. Структура мікропроцесорної системи.
- •4.2.1. Загальне уявлення про мікропроцесорну систему.
- •4.2.2. Мікропроцесорні засоби в системах керування
- •4.3. Елементи математичного апарату цифрової техніки.
- •4.3.1. Системи числення.
- •4.3.2. Фізичне уявлення інформації в мп-системі.
- •4.3.3. Форми представлення чисел.
- •4.3.4. Кодування чисел в мп-системах
- •4.3.5. Поняття булевої змінної та булевої функції
- •4.3.6. Операції та закони булевої алгебри.
- •4.3.7. Функціонально повні системи булевих функцій.
- •4.3.8. Мінімізація булевих функцій.
- •4.4. Цифрові схеми та цифрові автомати.
- •4.4.1. Елементи ртл.
- •4.4.2. Елементи дтл.
- •4.4.3. Елементи ттл.
- •4.4.4. Елементи езл.
- •4.4.5. Інтегральні схеми на моп–транзисторах.
- •4.5. Комбінаційні цифрові пристрої.
- •4.5.1 Дешифратор.
- •4.5.2. Перетворювачі кодів і шифратори.
- •4.5.3. Мультиплексори і демультиплексори.
- •4.5.4. Напівсуматор і суматор.
- •4.6. Послідовнісні пристрої.
- •4.6.1. Тригери.
- •4.6.1.1. Синхронний однотактний rs–тригер.
- •4.6.1.2. Синхронний двотактний rs–тригер.
- •4.6.2. Регістри.
- •4.6.2.1. Прийом і передача інформації в регістрах.
- •4.6.2.2. Схемна реалізація зсуваючого регістру
- •4.6.2.3. Реалізація порозрядних операцій в регістрах.
- •4.6.3. Лічильники.
- •4.6.3.1. Загальне уявлення і класифікація.
- •4.6.3.2. Лічильник з безпосередніми зв’язками з послідовним переносом.
- •4.6.3.3. Лічильник з паралельним переносом.
- •4.6.3.4. Реверсивний лічильник з послідовним переносом.
- •4.6.4. Накопичуючі суматори.
- •4.6.4.1. Однорозрядний накопичуючий суматор.
- •4.6.4.2. Багаторозрядні суматори
- •4.6.5. Електронні елементи пам’яті.
- •4.6.6. Перетворювачі сигналів.
- •4.7. Питання для самоперевірки.
- •Додаток
- •Префікси для кратних одиниць
- •Список рекомендованої літератури
4.3.4. Кодування чисел в мп-системах
Вихідні дані, а також проміжні результати в МП-системах можуть бути додатними і від’ємними. Для зображення знаку числа в розрядній сітці перед старшим цифровим розрядом вводиться додатковий знаковий розряд, в який для зображення додатного числа заноситься нуль, а для зображення від’ємного числа – одиниця (див. форму зображення числа з фіксованою крапкою). Для кодування чисел в МП-системах використовують спеціальні коди – прямий, обернений і додатковий.
Прямий код. Зображення двійкового числа Х в прямому коді [X]пр засноване на представленні його абсолютного значення із закодованим знаком.
У загальному випадку формула для утворення прямого коду двійкового числа Х має вид:
Прямий код [X]пр додатного числа Х в закодованому вигляді повністю співпадає із записом самого числа: якщо Х = + 0 . х1 х2 … х m , то [X]пр = 0 . х1 х2…х m.
Прямий код [X]пр від’ємного числа (– Х) в закодованому вигляді має такий запис: якщо Х = – 0 . х1 х2 … х m , то [X]пр = 1 . х1 х2…х m.
Приклади:
Х = +0.11010, [X]пр= 0.11010;
Х = –0.01010, [X]пр= 1.01010.
Відзначимо, що зображення нуля в прямому коді неоднозначне, тобто для тривіальної рівності 0 = + 0 = 0, [+0]пр =0.00…00; [–0]пр = 1.00…00. Отже, в прямому коді нуль може мати два уявлення, які відповідно називаються додатнім і від’ємним машинним нулем.
Прямий код використовується в МП-системах для зберігання додатних і від’ємних чисел у запам’ятовуючих пристроях.
Для спрощення структури МП від’ємні дроби, що представлені в двійковій системі числення, кодуються у вигляді доповнень до 2 або до 2–2 –m (m – кількість розрядів, 2 – основа двійкової системи числення). Код, утворений доповненням до 2, називається додатковим, а код утворений доповненням до 2–2 –m, – оберненим.
Обернений код. Обернений код числа Х будемо позначати [X]об. Обернений код додатного числа співпадає з його прямим кодом: якщо Х > 0, то [X] об = [X]пр. = Х.
Обернений код від’ємного числа утворюється так:
в знаковому розряді записується одиниця;
в цифрових розрядах одиниці замінюються нулями, а нулі – одиницями.
Приклади:
Х = +0.10110, [X] обр = 0.10110;
Х = –0.01001, [X] обр = 1.10110.
Отже, формула для утворення оберненого коду двійкового числа Х має вид:
В оберненому коді також можливі два уявлення нуля – додатний і від’ємний: [+0]об = [+0.00…0]об = 0.00…0; [–0]об = [–0.00…0]об = 10.00…0 – 0.00…01 = 1.11…11.
Спеціальні коди (обернений і додатковий) дозволяють операцію віднімання в МП замінити операцією додавання, що дає можливість зведення всіх арифметичних операцій до виконання операції додавання.
Приклад: скласти числа Х= + 0.101 і Y= – 0.001 в обернених кодах:
При додаванні кодів одиниця старшого розряду вийшла вліво. В цьому випадку для отримання правильного результату необхідно виконати операцію циклічного переносу. Ця операція полягає в тому, що одиниця, яка вийшла за знаковий розряд, відкидається, а до молодшого розряду числа додається одиниця:
При цьому результат операції додавання додатній, оскільки в знаковому розряді стоїть 0 і отриманий одразу в прямому коді.
Операція циклічного переносу необхідна тільки тоді, коли одиниця виходить за знаковий розряд. Якщо в знаковому розряді результату стоїть одиниця, то результат операції додавання буде від’ємним і отриманий в оберненому коді.
При використанні цілих чисел формула для утворення оберненого коду має вид:
де n – число розрядів.
Додатковий код. Додатковий код додатного числа співпадає з його прямим кодом, тобто [X]дод = [X]пр. = Х. Додатковий код від’ємного двійкового числа утворюється так:
в знаковому розряді ставиться одиниця;
в усіх цифрових розрядах одиниці замінюються нулями, а нулі – одиницями;
до молодшого розряду числа додається одиниця.
Приклад:
Х = +0.10010, [X] дод = 0.10010;
Х = –0.0110, [X] дод = 1.1001+0.0001=1.1010;
Х = –0.11001, [X] дод = 1.00110+0.00001=1.00111;
Отже, формула для утворення додаткового коду дробового двійкового числа має вид
Аналогічним способом можна отримати формулу для утворення додаткового коду цілого двійкового числа:
де n – кількість розрядів.
Для отримання зображення нуля можна виконати такі найпростіші перетворення:
[+0]дод = [+0.00 … 0]дод = 0; [–0]дод = [–0.00…0]дод = 1.11…1 + 0.00…01 = = 10.00…0, але в розрядній сітці МП нема розряду ліворуч знакового, тому перша цифра числа (підкреслена) буде втрачена, а в знаковому розряді залишиться 0. Отже, в додатковому коді нуль в МП має єдине уявлення [+0]дод = [–0]дод = 0.00…0.
При складанні в додатковому коді одиниця переносу, що вийшла за знаковий розряд, відкидається і до молодшого розряду числа одиниця не додається.
Крапка в цифрових пристроях спеціально не зображується. Місце, де повинна знаходитись крапка, визначається розташуванням цифр по відношенню до уявної крапки.
При складанні чисел в МП можуть отримуватись числа, які за абсолютною величиною більше за допустиме значення, що призводить до викривлення результатів обчислень. Тому випадки переповнення розрядної сітки повинні негайно виявлятися. Для цього в МП застосовують спеціальні схеми, що фіксують такі випадки і призупиняють рішення.
Приклад 1:
скласти числа Х= + 0.101 і Y= – 0.001 в додаткових кодах:
В цьому прикладі виник перенос одиниці (Р0 = 1) із знакового розряду вліво, який ігнорується. Крім того, виник перенос одиниці (Р1 = 1) із старшого числового розряду в знаковий. Отже, Р0 Р1 = 0, що свідчить про відсутність переповнення розрядної сітки.
Попередня інформація. Символом позначена логічна операція «додавання за модулем 2» (далі буде).
Приклад 2:
скласти додатні числа Х = 0.101 і Y= 0.100:
В цьому прикладі Р0 = 0; Р1 = 1). Отже, Р0 Р1 = 0 1 = 1, що свідчить про переповнення розрядної сітки.