Вычислительные машины и системы

                            a

                        ┌───┴───┐

                        ┌───┬───┬───┬───┐

                      b │  _1 . │   │  21 0 │  _1 . │

                        ├───┼───┼───┼───┤

                        │ 1 │ 1 │  21 0 │   │

                        └───┴───┴───┴───┘

                            └───┬───┘

                                c

                                  4_   _    0   4_

                     f(a,b,c) = bc V ac V ab

.

                              - 2 -

                        2ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ ЭВМ

                       ═══════════════════

                        2ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

     Системой элементов ЭВМ называется функционально полный набор

логических элементов,  использующий одинаковый способ представле-

ния информации и одинаковый тип межэлементных связей.

     Система элементов чаще всего избыточна  по  своему  составу,

что позволяет  строить  схемы  с более простой топологией межэле-

ментных связей и более экономные по количеству используемых  эле-

ментов.

               Классификация логических элементов:

     1) По  способу представления информации и типу межэлементных

связей различают элементы  импульсного,  потенциального,  импуль-

сно-потенциального и динамического типа.

     Примечание: в современных ЭВМ  применяются  потенциальные  и

динамические элементы.

     2) По функциональному назначению элементы принято  разделять

на  2типовые и элементы специального назначения 0. К  2типовым 0 относят-

ся логические,  запоминающие и формирующие  элементы.  Логические

элементы предназначены для преобразования информации,  запоминаю-

щие - для ее хранения,  а формирующие элементы - для восстановле-

ния  стандартизированных значений физических параметров сигналов,

изменяющихся во время прохождения сигналов по  электрическим  це-

пям. К элементам 2 специального назначения 0 относятся усилители сла-

бых сигналов,  генераторы токов и напряжений специальной формы  и

другие элементы,  не изменяющие информационного содержания сигна-

лов.

     3) В зависимости от используемых физических явлений логичес-

кие элементы подразделяются на полупроводниковые, магнитополупро-

водниковые, электромагнитные и др.

           2Основные характеристики логических элементов

                Общие технические характеристики:

     - температурный диапазон,

     - надежность,

     - стоимость.

                  Специфические характеристики:

     - функциональные возможности элемента,

     - нагрузочная способность,

     - быстродействие,

                              - 3 -

     - помехоустойчивость,

     - потребляемая мощность.

     Функциональные возможности логического элемента характеризу-

ются выполняемой им операцией  и  коэффициентами  разветвления  и

объединения, т.е. факторами, влияющими на структуры более сложных

схем, построенных с применением данного элемента.

     При этом  под   2коэффициентом  разветвления 0   2n 0 понимают число

входов последующих ячеек,  которые могут  управляться  от  выхода

данной ячейки,  а под  2коэффициентом объединения 0  2m 0 - число входов,

которое может иметь ячейка. Величины m и n ограничиваются услови-

ями сохранения нормального электрического режима ячейки.

      2Нагрузочная способность 0 в общем случае  определяется  током,

который может  быть  отдан ячейкой во внешние цепи (нагрузку).  В

случае однородных нагрузок, создаваемых входами идентичных ячеек,

нагрузочная способность оценивается коэффициентом разветвления n.

      2Быстродействие 0 логического элемента определяется  скоростями

его перехода из состояния "0" в состояние "1" и обратно. Переход-

ные процессы изменения состояния элемента состоят из двух этапов:

задержки и  формирования  фронта или спада сигнала.  Длительность

задержек и фронтов зависит от  динамических  свойств  логического

элемента.

     Однако для оценки быстродействия часто используют обобщенную

характеристику - 2  среднее время задержки 0.  В этом случае моментом

поступления сигнала на ячейку считают момент  достижения  входным

сигналом некоторого определенного уровня (например,  0,5 от уста-

новившегося значения). Моментом появления сигнала на выходе также

считают момент достижения выходным сигналом этого уровня.

     Так как длительности переходных процессов  при  включении  и

выключении транзистора в общем случае не равны, то проводят обоб-

щение и говорят о среднем времени задержки сигнала на ячейку.

     Время задержки при формировании спада

                                      t 4сп

                        t 5' 4з 5  0= t 4з.сп  0+ 4  0─── ,

                                       2

а время задержки при формировании фронта

                                      t 4фр

                        t 5" 4з 5  0= t 4з.фр  0+ 4  0─── .

                                       2

     Среднее время задержки на один каскад схемы

                                t 5' 4з 0 + t 5" 4з

                        t 4з.ср 0 = ───────── 5.

                                    2

                              - 4 -

     Одна из  важнейших характеристик элемента - его  2помехоустой-

 2чивость 0. Различают статическую и динамическую помехоустойчивость.

При определении  статической помехоустойчивости помеха рассматри-

вается как длительно действующий уровень потенциала,  а при опре-

делении динамической  помехоустойчивости - как импульс определен-

ной длительности.  Устойчивость элемента к воздействию длительной

помехи меньше,  чем к воздействию кратковременной помехи при оди-

наковых амплитудах. Устойчивость к воздействию динамической поме-

хи тем ниже, чем выше быстродействие элемента.

     С увеличением  степени  интеграции элементов ЭВМ все большую

роль начинает играть такой параметр,  как 2 рассеиваемая  мощность 0.

Следует отметить, что закрытому состоянию соответствует один уро-

вень рассеивания мощности (P 4з 0), а открытому - другой (P 4о 0). Обычно

предполагают,  что схема  половину  времени  находится в открытом

состоянии, а половину - в закрытом,  и определяют среднюю рассеи-

ваемую мощность следующим образом:

                                P 4з 0 + P 4о

                          P 4ср 0 = ─────── .

                                   2

     Рассеиваемая мощность может зависеть как от нагрузки,  так и

от схем, включенных на входе.

   1Классификация логических элементов по типу радиокомпонентов,

            1на которых реализуются логические функции 2.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12