«Основы схемотехники» для обучающихся по всем программам и форм обучения
жүктеу/скачать 2.6 Mb. Pdf көрінісі
|
частью микроэлектроники. В самой микроэлектронике изучаются физические основы функционирования электронных устройств. Рассматривается достаточно «низкий» физический уровень, то есть взаимодействие электронов с электромагнитными полями. Разрабатываются отдельные «детали» (транзисторы, диоды, электронные лампы и т.д.), а в рамках схемотехники эти детали используются. При этом для схемотехники совершенно не важно, как устроены электронные компоненты и какие физические принципы положены в основу их работы. Схемотехника обычно рассматривает все электронные компоненты «черные ящики» (подобно тому, как мы успешно пользуемся мобильными телефонами, не задумываясь об их внутреннем устройстве). Черным ящиком называется некоторое закрытое устройство (логическая, электрическая или иная схема), содержимое которого неизвестно и может быть определено (идентифицировано) только по отдельным проявлениям входа/выхода ящика (значениям входных и выходных сигналов). В качестве базового «черного ящика» в рамках схемотехники выступает логический вентиль (логический элемент) – это электронный элемент, реализующий логическую функцию. В настоящее время в созданных человеком цифровых устройствах доминируют электронные логические вентили сконструированные на базе полевых транзисторов (в прошлом для их создания использовались и другие устройства, например, электромагнитные реле, гидравлические устройства, а также механические устройства). Вентили оперируют с электрическими импульсами: импульс имеется – логический смысл сигнала «1», импульса нет – логический смысл сигнала «0». На входы вентиля подаются импульсы – значения аргументов, на выходе вентиля появляются сигнал – значение функции. 8 Историческая справка Первые логические вентили были реализованы механически. В 1837 году английский изобретатель Чарльз Бэббидж разработал вычислительную машину, названную им аналитической, которая считается прообразом современного компьютера. В 1847 году английский математик и логик Джордж Буль в своём трактате «Математический анализ логики» заложил основы современной алгебры логики, связав её с логикой высказываний. При этом он ввёл свою алгебраическую систему которая содержала следующие функции: конъюнкция (логическое умножение, оператор «AND»), дизъюнкция (логическое сложение, оператор «OR») и отрицание (оператор «NOT»). Впоследствии данная алгебра была названа Булевой. В этом же 1847 году шотландский математик и логик Огастес де Морган опубликовал правила, связывающие пары логических операций при помощи логического отрицания (Законы де Моргана). В 1881 году американский математик и логик Чарльз Сандерс Пирс теоретически доказал, что функция «инверсия дизъюнкции» является универсальной и позволяет заменить все другие логические функции. Данная функция получила имя «функция Пирса», знак операции — стрелка Пирса ↓. Позже, элемент, реализующий данную функцию стали называть элементом Пирса или «ИЛИ-НЕ». Данная работа была опубликована только в 1933 году. В 1913 году американский математик и логик Генри Морис Шеффер теоретически доказал, что функция «инверсия конъюнкции» является универсальной и позволяет заменить все другие логические функции. Данная функция получила имя «функция Шеффера», знак операции— штрих Шеффера |. Позже, элемент, реализующий данную функцию стали называть элементом Шеффера или «И-НЕ». В 1927 году российский советский математик и логик Иван Иванович Жегалкин представил алгебру логики как арифметику вычетов по модулю 2. Данная универсальная функция получила позднее название «полином Жегалкина», а знак операции — . Позже, элемент, реализующий данную функцию стали называть «Исключающее ИЛИ». В 1935 году немецкий инженер Конрад Цузе разрабатывает для своей вычислительной машины Z1 первые действующие электромеханические вентили. В 1906 году американский изобретатель Ли де Форест вводит в вакуумную лампу Джона Флеминга третий электрод — управляющую сетку и 9 получает триод, который может может работать не только в качестве усилителя электрических сигналов, но и в качестве простейшего переключателя (вентиля). В 1947 году Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в лабораториях Bell Labs впервые создают действующий биполярный транзистор. Позднее, как мы еже знаем, транзисторы заменили вакуумные лампы в большинстве электронных устройств, совершив революцию в создании интегральных схем. Особенностью схемотехники является широкое применение для описания процессов функционирования устройств формальных языков и основанных на них формализованных методов проектирования. Формальными языками являются булева алгебра (алгебра логики, алгебра Буля), которая позволяет описывать принципы построения и работы логических схем компьютеров. Алгебра логики дала в руки конструкторам мощное средство разработки, анализа и совершенствования логических схем. В самом деле, гораздо проще, быстрее и дешевле изучать свойства и доказывать правильность работы схемы с помощью выражающей её формулы, чем создать реальное техническое устройство. Благодаря использованию формализованных методов, достигается многовариантность в решении прикладных задач, появляется возможность оптимального выбора схемотехнических решений по тем или иным критериям. жүктеу/скачать 2.6 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|