Digitális technika alapjai

Az előadások a következő témára: "Digitális technika alapjai"— Előadás másolata:

1 Digitális technika alapjai

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

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

4 I.I.) Bináris kódok, digitális kódolás
Bináris számrendszer: 1 helyértéken 2 féle szám: 0 / 1 Decimális számok bináris reprezentációja: 233D = = = B Bináris helyértékek számának megadása bitben

5 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

6 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

7 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

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

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

10 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

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

12 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)

13 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 25-60 74HC 2-6 8-10 60 74HCT

14 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

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

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

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

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

19 I.VIII.) Multiplexerek, demultiplexerek

20 I.VIII.) Multiplexerek, demultiplexerek

21 I.IX.) Digitális komparátorok