Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, второе издание. Глава 1

Содержание

Слайд 2

Выполняют логические функции Инверсия (НЕ), И (AND), ИЛИ (OR), И-НЕ(NAND), ИЛИ-НЕ(NOR),

Выполняют логические функции
Инверсия (НЕ), И (AND), ИЛИ (OR), И-НЕ(NAND), ИЛИ-НЕ(NOR),

и т.д.
С одним входом
Элемент НЕ, буфер
С двумя входами
И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, Исключающее ИЛИ, Исключающее ИЛИ-НЕ
С несколькими входами

Логические элементы

Слайд 3

Логические элементы с одним входом


Логические элементы с одним входом

Слайд 4

Логические элементы с одним входом


Логические элементы с одним входом

Слайд 5

Логические элементы с двумя входами


Логические элементы с двумя входами

Слайд 6

Логические элементы с двумя входами


Логические элементы с двумя входами

Слайд 7

Прочие логические элементы с двумя входами


Прочие логические элементы с двумя входами

Слайд 8

Прочие логические элементы с двумя входами


Прочие логические элементы с двумя входами

Слайд 9

Логические элементы с несколькими входами


Логические элементы с несколькими входами

Слайд 10

Многовходовый элемент XOR: Контроль четности Логические элементы с несколькими входами


Многовходовый элемент XOR: Контроль четности

Логические элементы с несколькими входами

Слайд 11

Дискретные уровни напряжения представляют 1 и 0 Например: 0 = земля

Дискретные уровни напряжения представляют 1 и 0
Например:
0 = земля (GND)

или 0 В
1 = VDD или 5 В
Как трактовать напряжение 4.99 В? Это 0 или 1?
Как трактовать напряжение 3.2 В?

Логические уровни

Слайд 12

Диапазон напряжений для 1 и 0 Разные диапазоны для входов и

Диапазон напряжений для 1 и 0
Разные диапазоны для входов и выходов

обеспечивают работу схем при наличии помех и шумов

Логические уровни

Слайд 13

Любая помеха искажающая сигнал Например, сопротивление проводников, помехи источника питания, наводки

Любая помеха искажающая сигнал
Например, сопротивление проводников, помехи источника питания, наводки от

соседних проводников и т.д.
Пример: элемент (его выходной каскад) выдает 5 В, но из-за сопротивления длинного проводника на приемник поступает 4.5 В

Что такое шум?

Слайд 14

Если на вход элемента поступают корректные логические значения, на его выходе

Если на вход элемента поступают корректные логические значения, на его выходе

формируются корректные выходные сигналы
Для представления дискретных величин используется ограниченный диапазон напряжений

Статическая дисциплина

Слайд 15

Логические уровни


Логические уровни

Слайд 16

NMH = VOH – VIH NML = VIL – VOL Допустимые уровни шумов


NMH = VOH – VIH
NML = VIL – VOL

Допустимые уровни шумов

Слайд 17

Идеальный буфер: Реальный буфер: NMH = NML = VDD/2 NMH ,


Идеальный буфер: Реальный буфер:

NMH = NML = VDD/2

NMH , NML <

VDD/2

Передаточная характеристика на постоянном токе

Слайд 18

Передаточная характеристика на постоянном токе


Передаточная характеристика на постоянном токе

Слайд 19

В 1970 и 1980 годы, VDD = 5 В В следующие

В 1970 и 1980 годы, VDD = 5 В
В следующие годы

VDD уменьшается
Уменьшается нагрев транзисторов
Уменьшается энергопотребление
3.3 В, 2.5 В, 1.8 В, 1.5 В, 1.2 В, 1.0 В, …
При соединении микросхем с разными напряжениями питания нужно быть очень осторожным
Микросхемы работают, пока они содержат волшебный дым
Доказательство:
Если волшебный дым покидает микросхему, она перестает работать

Изменение VDD

Слайд 20

Примеры логических семейств


Примеры логических семейств

Слайд 21

Логические элементы состоят из транзисторов Трехвходовый управляемый напряжением выключатель Соединение двух


Логические элементы состоят из транзисторов
Трехвходовый управляемый напряжением выключатель
Соединение двух входов

зависит от напряжения на третьем
d и s соединены (ON) когда g равно 1

Транзисторы

Слайд 22

Прозвище - “Мэр Силиконовой долины” Со-основатель Fairchild Semiconductor в 1957 году


Прозвище - “Мэр Силиконовой долины”
Со-основатель Fairchild Semiconductor в 1957 году
Со-основатель

Intel в 1968 году
Одни из изобретателей интегральной микросхемы

Роберт Нойс, 1927-1990

Слайд 23

Транзисторы создаются из полупроводникового материала, кремния Чистый кремний плохой проводник (свободные


Транзисторы создаются из полупроводникового материала, кремния
Чистый кремний плохой проводник (свободные носители

заряда отсутствуют)
Легированный кремний хороший проводник (есть свободные носители заряда)
n-типа (свободные носители заряда отрицательные (negative), электроны)
p-типа (свободные носители заряда положительные(positive), дырки)

Кремний

Слайд 24

Метал-оксид-полупроводник (МОП) транзисторы: Поликремниевый (используется как метал) затвор Оксидный (диоксид кремния) изолятор Легированный кремний МОП транзисторы


Метал-оксид-полупроводник (МОП) транзисторы:
Поликремниевый (используется как метал) затвор
Оксидный (диоксид кремния) изолятор
Легированный

кремний

МОП транзисторы

Слайд 25

Gate = 0 OFF (исток и сток не соединены ) Gate


Gate = 0
OFF (исток и сток не соединены )

Gate =

1
ON (исток и сток соединены )

Транзисторы: n-МОП

Слайд 26

p-МОП транзистор работает противоположным образом ON, когда Gate = 0 OFF,

p-МОП транзистор работает противоположным образом
ON, когда Gate = 0
OFF, когда Gate

= 1

Транзисторы: p-МОП

Слайд 27

Работа транзистора


Работа транзистора

Слайд 28

n-МОП: Хорошо передают 0, т.е. исток соединен с GND p-МОП: Хорошо

n-МОП: Хорошо передают 0, т.е. исток соединен с GND
p-МОП: Хорошо передают

1, т.е. исток соединен с VDD

Работа транзистора

Слайд 29

Логические элементы КМОП: Логический элемент НЕ:


Логические элементы КМОП: Логический элемент НЕ:

Слайд 30

Логические элементы КМОП: Логический элемент НЕ:


Логические элементы КМОП: Логический элемент НЕ:

Слайд 31

Логические элементы КМОП: Логический элемент И-НЕ:


Логические элементы КМОП: Логический элемент И-НЕ:

Слайд 32

Логические элементы КМОП: Логический элемент И-НЕ:


Логические элементы КМОП: Логический элемент И-НЕ:

Слайд 33

Структура элемента КМОП


Структура элемента КМОП

Слайд 34

Как построить элемент ИЛИ-НЕ? Логический элемент ИЛИ-НЕ


Как построить элемент ИЛИ-НЕ?

Логический элемент ИЛИ-НЕ

Слайд 35

Элемент ИЛИ-НЕ с тремя входами


Элемент ИЛИ-НЕ с тремя входами

Слайд 36

Как построить элемент И с двумя входами? Другие элементы КМОП


Как построить элемент И с двумя входами?

Другие элементы КМОП

Слайд 37

Элемент И с двумя входами


Элемент И с двумя входами

Слайд 38

n-МОП плохо передают 1 p-МОП плохо передают 0 Передаточный логический элемент

n-МОП плохо передают 1
p-МОП плохо передают 0
Передаточный логический элемент лучший выключатель
хорошо

передает и 0 и 1
Когда EN = 1, выключатель замкнут (ON):
EN = 1 и A соединен с B
Когда EN = 0, выключатель разомкнут (OFF):
A и B не соединены

Передаточный логический элемент

Слайд 39

Заменить подтягивающую цепь слабым всегда включенным p-МОП транзистором p-МОП транзистор: подтягивает

Заменить подтягивающую цепь слабым всегда включенным p-МОП транзистором
p-МОП транзистор: подтягивает выход

к высокому напряжению, только если n-МОП цепь не тянет его к низкому напряжению

Элементы Псевдо-n-МОП

Слайд 40

Псевдо-n-МОП элемент NOR4 Пример элемента Псевдо-n-МОП

Псевдо-n-МОП элемент NOR4

Пример элемента Псевдо-n-МОП

Слайд 41

Со-основатель (вместе с Робертом Нойсом) Intel в 1968 году Закон Мура:


Со-основатель (вместе с Робертом Нойсом) Intel в 1968 году
Закон Мура:

количество транзисторов на микросхеме удваивается каждый год (наблюдался в 1965 году)
С 1975 года количество транзисторов удваивается каждые два года

Гордон Мур, 1929-

Слайд 42

“Если автомобильная промышленность подчинялась бы такому же циклу развития, как и


“Если автомобильная промышленность подчинялась бы такому же циклу развития, как и

компьютерная, Rolls-Royce стоил бы сейчас $100, на одном галлоне бензина проезжал бы миллион миль и взрывался бы раз в году. . .”
– Robert Cringley

Закон Мура:

Слайд 43

Мощность = Потребление энергии в единицу времени Динамическая потребляемая мощность Статическая потребляемая мощность Энергопотребление

Мощность = Потребление энергии в единицу времени
Динамическая потребляемая мощность
Статическая потребляемая мощность

Энергопотребление

Слайд 44

Мощность идет на зарядку емкостей заторов транзисторов Для зарядки конденсатора емкостью

Мощность идет на зарядку емкостей заторов транзисторов
Для зарядки конденсатора емкостью C

до напряжения VDD необходима энергия CVDD2
Ток переключается с частотой f: транзистор переключается (от 0 в 1 или наоборот) с такой частотой
Конденсатор заряжается f/2 раз за секунду (разрядка из 1 в 0 не требует энергии)
Динамическая потребляемая мощность:
Pdynamic = ½CVDD2f

Динамическая потребляемая мощность

Слайд 45

Мощность, потребляемая, когда элементы не переключаются Обусловлена токами покоя (токами утечки),

Мощность, потребляемая, когда элементы не переключаются
Обусловлена токами покоя (токами утечки), IDD
Статическая

потребляемая мощность:
Pstatic = IDDVDD

Статическая потребляемая мощность

Слайд 46

Оцените мощность, потребляемую беспроводным переносным компьютером VDD = 1.2 В C

Оцените мощность, потребляемую беспроводным переносным компьютером
VDD = 1.2 В
C = 20

нФ
f = 1 ГГц
IDD = 20 мА

Пример оценки энергопотребления

- Предыдущая
Объективная сторона преступления
Следующая -
Транспортно-дорожная сеть. Продольный и поперечный профиль. Сущность, стадии и методы проектирования вертикальной планировки

Похожие презентации

Составить ведомость отделки кабинета директора по образцу
Рейсмусовые станки
Монтаж, наладка, эксплуатация и определение возможности оптимизации элементов автоматизированной системы управления
Молния от 19.06.2022_Не информирование о происшествии.pptx_1 Rus-Tur
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАБОТЫ ГИБКОУДАРНОЙ БОРОНЫ И РОТАЦИОННОЙ
20110323_adam_i_eva
Железная дорога
20150929_urok_1_dom_bez_sten_8_kl
Prezentatsia_pervomu_kursu
Программа (концепция) развития муниципального образования Город Ижевск
Политическое лидерство Панкова Николая Васильевича
Металлургическая промышленность Казахстана
Ликино план общий
Проект по повышению социальной активности школьников в сфере
ICT news
GALAXY_GUARDS
Техническое состояние строящихся зданий
Техосмотр
семейно-бытовой фольклор
20111204_otkrytoe_zanyatie_v_7_klasse_002
поздравление со всемирным днем театра
Радиолокации
История развития комбайностроения
Политика и власть
Vladivostok sea fish port
Техническая эксплуатация сигнализации, централизации и блокировки
Чистописание
Религиозные объединения и организации в Российской Федерации
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть