Digitális technika alapjai

Amiről tanulunk Digitális funkcionális egységek Aritmetikák, digitális alapáramkörök Egycímes számítógép architektúrák Memóriák, memóriaszervezés CPU Tárolókezelés Buszrendszerek Gyakorlati alkalmazások

I.) Digitális technika alapjai I.I.) Bináris kódok, digitális kódolás Analóg jelek digitális jelekké történő átalakítása:

I.I.) Bináris kódok, digitális kódolás Bináris számrendszer: 1 helyértéken 2 féle szám: 0 / 1 Decimális számok bináris reprezentációja: 233D = 128 + 64 + 32 + 8 + 1 = 27 + 26 + 25 + 23 + 20 = 11101001B Bináris helyértékek számának megadása bitben

I.II.) Logikai algebra alapműveletei Logikai függvény: kapcsolás ki-, és bemenete között teremt kapcsolatot ÉS kapcsolat: Q=1 ↔ E1=1 és E2=1 Q = E1*E2 VAGY kapcsolat: Q=0 ↔ E1=0 és E2=0 Q = E1 + E2 INVERTÁLÁS: Q=1 ↔ E=0 Q = E

Műveleti szabályok Kommutativitás: a * b = b * a, a + b = b + a Asszociativitás: a * (b * c) = (a * b) * c Disztributivitás: (a + b) * c = a * c + b * c Demorgan szabályok: a * b = a + b, a + b = a * b

I.III.) Alap áramkörök I + logika: 0 = jel alacsony szintje, 1 = jel magas szintje - logika: 1 = jel alacsony szintje, 0 = jel magas szintje VAGY (OR): Q = E1 + E2 ÉS (AND): Q = E1 * E2 NOT: Q = E NOR: Q = E1 + E2 NAND: Q = E1 * E2

I.III.) Alap áramkörök II Antivalencia: Q = E1 * E2 + E1 * E2 Ekvivalencia: Q = E1 * E2 + E1 * E2

I.IV.) Digitális áramkörökben alkalmazott kimenetek Totem pole (ellenütemű) Open collector (nyitott kollektoros) Tri-state (3 állapotú)

I.V.) Áramkör családok, jelszintek I TTL áramkör családok: 1963, Texas Instruments: SN74… később katonai felhasználásra SN54… SN74L: lassabb működés (33ns jelterjedési idő), de kisebb fogyasztás (1mW / kapu) SN74H: 6ns, 20mW / kapu 1971, SN74LS: 10ns, 2mW / kapu 1980-tól: SN74F, SN74AS, SN74ALS

I.V.) Áramkör családok, jelszintek II CMOS áramkör családok: 1971: CD4XXXA, majd CD4XXXB: 100ns SN74HC: 10ns SN74HCT: TTL kompatibilitás

I.V.) Áramkör családok, jelszintek III Kapuáramkör jellemzők: Fan Out: kimeneti terhelhetőség Propagation Delay: jelterjedési idő (FF) Transzfer karakterisztika Lefutási-, felfutási-, késleltetési idők Logikai szintek Hőmérséklet Zavartávolság (SL, SH)

I.V.) Áramkör családok, jelszintek IV Jelölés Tápfesz [V] Telj. felv. [mW/k] Késl. [ns] Frekv. [MHz] 74 5 10 20 74H 22 6 30 74L 1 33 3 74AS 15 1.7 150 74LS 2 9.5 40 74ALS 4 CMOS 3-15 0.001-0.02 25-60 74HC 2-6 0.001-10 8-10 60 74HCT

I.V.) Áramkör családok, jelszintek V Paraméter TTL CMOS UbeL ≤ 0.8 ≤ 1.5V UbeH ≥ 2 ≥ 3.5 UkiL ≤ 0.4 ≤ 0V UkiH ≥ 3.6V ≥ 5V

I.V.) Áramkör családok, jelszintek VI TTL NAND kapu felépítése

I.V.) Áramkör családok, jelszintek VII CMOS NAND kapu felépítése

I.VI.) Logikai függvények egyszerűsítése Algebrai egyszerűsítéssel Karnaugh-táblával: 5 változóig Quine – Mc Cluskey: „akárhány” változóig

I.VII.) Kódok Kódolás -> reprezentáció váltás Bináris (0 / 1): BCD GRAY Vonalkódok Hexadecimális (0 - F), oktális (0 - 8) Alfanumerikus

I.VIII.) Multiplexerek, demultiplexerek

I.VIII.) Multiplexerek, demultiplexerek

I.IX.) Digitális komparátorok