Содержание
- 2. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера Эти слайды предназначены для преподавателей, которые читают лекции на основе учебника
- 3. Благодарности Перевод данных слайдов на русский язык был выполнен командой сотрудников университетов и компаний из России,
- 4. Микроэлектронная промышленность План игры Искусство управления сложностью Цифровая абстракция Системы счисления Логические элементы Логические уровни КМОП
- 5. Микропроцессоры кардинально изменили наш мир Сотовые телефоны, интернет, достижения в медицинской сфере Объем продаж полупроводниковой промышленности
- 6. Цель курса: Понять, что происходит внутри корпуса компьютера Изучить оснвоные принципы цифровой схемотехники Научиться разрабатывать проекты
- 7. Абстракция Дисциплина Три базовых принципа Иерархичность Модульность Регулярность Искусство управления сложностью
- 8. Исключение из рассмотрения деталей, которые в данном контексте неважны Абстракция
- 9. Намеренное ограничение выбора возможных проектных решений Пример: Цифровая дисциплина Использование дискретных значений напряжений вместо непрерывных Цифровые
- 10. Иерархичность Система разделяется на модули и подмодули Модульность Каждый модуль имеет четко определенные функции и интерфейсы
- 11. Иерархичность Три главные модуля: ствол, ударно-спусковой механизм и приклад с цевьем Подмодули ударно-спускового механизма: крючок, курок,
- 12. Модульность Функции приклада и цевья: служить базой для установки ствола и ударно-спускового механизма Интерфейс приклада и
- 13. Большинство физических величин непрерывны Потенциал проводника Частота колебаний Положение тела Цифровая абстракция рассматривает дискретное множество возможных
- 14. Спроектирована Чарльзом Бэббиджем в 1834 – 1871 годах Считается первым цифровым компьютером Построена из механических шестеренок,
- 15. Два дискретные значения: 1 и 0 1, Истина, Большая величина 0, Ложь, Малая величина 1 и
- 16. Родился в семье небогатого ремесленника Самостоятельно изучал математику и стал преподавателем Королевского колледжа в Ирландии. Написал
- 17. Десятичные числа Двоичные числа Системы счисления
- 18. Десятичные числа Двоичные числа Системы счисления
- 19. 20 = 21 = 22 = 23 = 24 = 25 = 26 = 27 =
- 20. 20 = 1 21 = 2 22 = 4 23 = 8 24 = 16 25
- 21. Преобразование двоичного числа в десятичное: Преобразовать 100112 в десятичное число Преобразование десятичного числа в двоичное: Преобразовать
- 22. Преобразование десятичного числа в двоичное: Преобразовать 100112 в десятичное число 16×1 + 8×0 + 4×0 +
- 23. N-разрядное десятичное число Сколько значений? Диапазон? Пример: Трехразрядное десятичное число N-битовое двоичное число Сколько значений? Диапазон:
- 24. N-разрядное десятичное число Сколько значений? 10N Диапазон? [0, 10N - 1] Пример: Трехразрядное десятичное число 103
- 25. Шестнадцатеричные числа
- 26. Шестнадцатеричные числа
- 27. Основание 16 Компактная запись двоичных чисел Шестнадцатеричные числа
- 28. Преобразование шестнадцатеричных чисел в двоичные: Преобразовать 4AF16 (также записывается 0x4AF) в двоичное число Преобразование шестнадцатеричных чисел
- 29. Преобразование шестнадцатеричных чисел в двоичные: Преобразовать 4AF16 (также записывается 0x4AF) в двоичное число 0100 1010 11112
- 30. Биты Байты и полубайты (nibble) Байты Биты, байты, полубайты...
- 31. 210 = 1 кило ≈ 1000 (1024) 220 = 1 мега ≈ 1 миллион (1,048,576) 230
- 32. Чему равно 224? Сколько значений может представить 32-битовая переменная? Вычисление степеней 2
- 33. Чему равно 224? - 24 × 220 ≈ 16 миллионов Сколько значений может представить 32-битовая переменная?
- 34. Десятичное Двоичное Сложение
- 35. Сложите следующие 4-битовые двоичные числа Сложите следующие 4-битовые двоичные числа Примеры сложения двоичных чисел
- 36. Сложите следующие 4-битовые двоичные числа Сложите следующие 4-битовые двоичные числа Переполнение! Примеры сложения двоичных чисел
- 37. Цифровые системы работают с фиксированным количеством разрядов Переполнение: когда результат слишком большой, чтобы поместится в доступном
- 38. Числа в прямом коде Числа в дополнительном коде Двоичные числа со знаком
- 39. Один знаковый бит, N-1 битов величины Знаковый бит является старшим (самым левым) битом Положительные числа: знаковый
- 40. Один знаковый бит, N-1 битов величины Знаковый бит является старшим (самым левым) битом Положительные числа: знаковый
- 41. Недостатки: Стандартный способ сложения не работает, например, -6 + 6: 1110 +0110 10100 (не правильно!) Два
- 42. Не имеет проблем прямого кода Алгоритм сложения работает Единственное представление 0 Числа в дополнительном коде
- 43. Старший бит имеет вес -2N-1 Наибольшее положительное 4-битовое число Наибольшее (по модулю) отрицательное 4-битовое число Старший
- 44. Старший бит имеет вес -2N-1 Наибольшее положительное 4-битовое число 0111 Наибольшее (по модулю) отрицательное 4-битовое число
- 45. Изменение знака числа, представленного в дополнительном коде Метод: Инвертировать биты Добавить 1 Пример: Изменить знак 310
- 46. Изменение знака числа, представленного в дополнительном коде Метод: Инвертировать биты Добавить 1 Пример: Изменить знак 310
- 47. Найти представление в дополнительном коде числа 610 = 01102 Чему равно десятичное представление числа 10012? Примеры
- 48. Найти представление в дополнительном коде 610 = 01102 1001 + 1 1010 = -610 Чему равно
- 49. Сложить числа 6 + (-6) с использованием дополнительного кода Сложить числа -2 + 3 с использованием
- 50. Сложить числа 6 + (-6) с использованием дополнительного кода Сложить числа -2 + 3 с использованием
- 51. Copyright © 2012 Elsevier Увеличить количество бит с N до M (M > N) : Знаковое
- 52. Знаковый бит копируется во все новые старшие биты Значение числа не изменяется Пример 1: 4-битовое представление
- 53. Все новые старшие биты принимают нулевое значение Значение отрицательных чисел изменяется Пример 1: 4-битовая величина =
- 54. Пример: 4-битовое представление: Сравнение способов представления двоичных чисел
- 55. Выполняют логические функции Инверсия (НЕ), И (AND), ИЛИ (OR), И-НЕ(NAND), ИЛИ-НЕ(NOR), и т.д. С одним входом
- 56. Логические элементы с одним входом
- 57. Логические элементы с одним входом
- 58. Логические элементы с двумя входами
- 59. Логические элементы с двумя входами
- 60. Прочие логические элементы с двумя входами
- 61. Прочие логические элементы с двумя входами
- 62. Логические элементы с несколькими входами
- 63. Многовходовый элемент XOR: Контроль четности Логические элементы с несколькими входами
- 64. Дискретные уровни напряжения представляют 1 и 0 Например: 0 = земля (GND) или 0 В 1
- 65. Диапазон напряжений для 1 и 0 Разные диапазоны для входов и выходов обеспечивают работу схем при
- 66. Что такое шум?
- 67. Любая помеха искажающая сигнал Например, сопротивление проводников, помехи источника питания, наводки от соседних проводников и т.д.
- 68. Если на вход элемента поступают корректные логические значения, на его выходе формируются корректные выходные сигналы Для
- 69. Логические уровни
- 70. NMH = VOH – VIH NML = VIL – VOL Допустимые уровни шумов
- 71. Идеальный буфер: Реальный буфер: NMH = NML = VDD/2 NMH , NML Передаточная характеристика на постоянном
- 72. Передаточная характеристика на постоянном токе
- 73. В 1970 и 1980 годы, VDD = 5 В В следующие годы VDD уменьшается Уменьшается нагрев
- 74. Примеры логических семейств
- 75. Логические элементы состоят из транзисторов Трехвходовый управляемый напряжением выключатель Соединение двух входов зависит от напряжения на
- 76. Прозвище - “Мэр Силиконовой долины” Со-основатель Fairchild Semiconductor в 1957 году Со-основатель Intel в 1968 году
- 77. Транзисторы создаются из полупроводникового материала, кремния Чистый кремний плохой проводник (свободные носители заряда отсутствуют) Легированный кремний
- 78. Метал-оксид-полупроводник (МОП) транзисторы: Поликремниевый (используется как метал) затвор Оксидный (диоксид кремния) изолятор Легированный кремний МОП транзисторы
- 79. Gate = 0 OFF (исток и сток не соединены ) Gate = 1 ON (исток и
- 80. p-МОП транзистор работает противоположным образом ON, когда Gate = 0 OFF, когда Gate = 1 Транзисторы:
- 81. Работа транзистора
- 82. n-МОП: Хорошо передают 0, т.е. исток соединен с GND p-МОП: Хорошо передают 1, т.е. исток соединен
- 83. Логические элементы КМОП: Логический элемент НЕ:
- 84. Логические элементы КМОП: Логический элемент НЕ:
- 85. Логические элементы КМОП: Логический элемент И-НЕ:
- 86. Логические элементы КМОП: Логический элемент И-НЕ:
- 87. Структура элемента КМОП
- 88. Как построить элемент ИЛИ-НЕ? Логический элемент ИЛИ-НЕ
- 89. Элемент ИЛИ-НЕ с тремя входами
- 90. Как построить элемент И с двумя входами? Другие элементы КМОП
- 91. Элемент И с двумя входами
- 92. n-МОП плохо передают 1 p-МОП плохо передают 0 Передаточный логический элемент лучший выключатель хорошо передает и
- 93. Заменить подтягивающую цепь слабым всегда включенным p-МОП транзистором p-МОП транзистор: подтягивает выход к высокому напряжению, только
- 94. Псевдо-n-МОП элемент NOR4 Пример элемента Псевдо-n-МОП
- 95. Со-основатель (вместе с Робертом Нойсом) Intel в 1968 году Закон Мура: количество транзисторов на микросхеме удваивается
- 96. “Если автомобильная промышленность подчинялась бы такому же циклу развития, как и компьютерная, Rolls-Royce стоил бы сейчас
- 97. Мощность = Потребление энергии в единицу времени Динамическая потребляемая мощность Статическая потребляемая мощность Энергопотребление
- 98. Мощность идет на зарядку емкостей заторов транзисторов Для зарядки конденсатора емкостью C до напряжения VDD необходима
- 99. Мощность, потребляемая, когда элементы не переключаются Обусловлена токами покоя (токами утечки), IDD Статическая потребляемая мощность: Pstatic
- 100. Оцените мощность, потребляемую беспроводным переносным компьютером VDD = 1.2 В C = 20 нФ f =
- 102. Скачать презентацию