Тарифы Услуги Сим-карты

Виды современной техники. Оргтехника: что к ней относится

    цифровая техника - — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN digital field … Справочник технического переводчика

    цифровая техника - skaitmeninė technika statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. digital technique; digital technology vok. Digitaltechnik, f rus. цифровая техника, f pranc. technique digitale, f … Automatikos terminų žodynas

    У этого термина существуют и другие значения, см. Регистр. 4 х разрядный сдвиговый регистр, преобразователь последовательного кода в параллельный и обратно Регистр последовательное или параллельное … Википедия

    Red One Цифровая кинокамера видеокамера высокого разрешения, предназначенная для съёмки кинофильмов по бесплёночной цифровой технологии. Для пр … Википедия

    Область техники, связанная с передачей цифровых данных на расстояние. В настоящее время цифровая связь повсеместно используется также и для передачи аналоговых (непрерывных по уровню и времени, например речь, изображение) сигналов, которые для… … Википедия

    - (англ. Frescography) – метод воспроизведения традиционной классической фрески на бумаге, холсте, стекле или плитке с помощью программного обеспечения Computer aided mural (CAM) и цифровой печати. Метод был разработан немецким художником… … Википедия

    Способ записи информации, при котором регистрируемые на носителе сигналы преобразуются в последовательность кодовых (цифровых) комбинаций импульсов. Обеспечивает высокое качество (достоверность) воспроизводимых сигналов. Широко используется в… … Большой Энциклопедический словарь

    ЦИФРОВАЯ ЗАПИСЬ, способ записи информации, при котором регистрируемые на носителе сигналы преобразуются в последовательность кодовых (цифровых) комбинаций импульсов. Обеспечивает высокое качество (достоверность) воспроизводимых сигналов. Широко… … Энциклопедический словарь

    - (ЦОС, DSP англ. digital signal processing) преобразование сигналов, представленных в цифровой форме. Любой непрерывный (аналоговый) сигнал может быть подвергнут дискретизации по времени и квантованию по уровню (оцифровке), то… … Википедия

    Цифровая обработка сигналов (англ. digital signal processing, DSP), ЦОС преобразование сигналов, представленных в цифровой форме. Любой непрерывный (аналоговый) сигнал s(t) может быть подвергнут дискретизации по времени и квантованию по уровню… … Википедия

    Содержание 1 Применение 2 Устройство и принцип действия … Википедия

Книги

  • Цифровая обработка сигналов в трактах звукового вещания , О. Б. Попов, С. Г. Рихтер. Анализируются основные характеристики сигналов и каналов звукового вещания. Рассмотрены базовые математические процедуры, используемые при цифровой обработке звуковых сигналов; способы…
  • Цифровая схемотехника. Практика применения , Шустов М. А.. Предлагаемая вниманию читателя книга универсальна по содержанию и состоит из двух взаимосвязанных частей. В первой из них читатель познакомится с основами моделирования цифровых устройств при…

Основные термины и понятия цифровой вычислительной техники.

Приведем термины и понятия вычислительной техники, с которыми часто приходится встречаться .

1. Бит - это единица количества информации, посредством которого выделяется одно из двух альтернативных и равновероятных состояний. Бит - цифра в двоичной системе счисления (0 или 1).

2. Скорость передачи информации определяется количеством информации, передаваемой в единицу времени (обычно за секунду), измеряется в бодах (бод - единица скорости телеграфирования, равная количеству элементарных электрических сигналов, передаваемых в 1 секунду. Названа в честь Ж.Бодо. Жан Морис Эмиль Бодо (Baudot) (1845-1903), французский изобретатель. Создал первую практически пригодную систему многократного последовательного телеграфирования - аппарат Бодо - на основе пятизначного кода (код Бодо {в СССР - МТК-2 - международный телеграфный код (прим. Н.В.Пилипенко)} ); введена в эксплуатацию в 1877 на линии Париж - Бордо .

3. Цифровым вычислительным устройствам свойственна дискретная форма представления информации (Дискретность - от лат. discretus - разделенный, прерывистый; напр., если величина изменяется во времени, то изменение происходит через некоторые промежутки времени .). Информация, представленная в виде последовательности символов некоторого алфавита, называется символьной информацией . Форма представления информации называется кодом .

4. Элементы символьной информации дискретных устройств называются структурными единицами информации . Для ЭВМ характерны следующие структурные единицы информации: бит, поле, байт, слово, массив и сегмент. Биту информации соответствует двоичная переменная со значениями 0 или 1.

Последовательность битов, имеющая определенный смысл, называется полем . Поле, состоящее из 8 битов, называется байтом . Обычно байт представляет код одного символа. Последовательность, состоящая из строго определенного числа битов (байтов) и имеющая некоторый смысл, называется словом . Машинное слово - последовательность, воспринимаемая устройством обработки данных как единое целое. Длина машинного слова - количество разрядов в слове. Последовательность полей, байтов или слов, имеющих одинаковый смысл, образует массив . Упорядоченная последовательность, сгруппированных вместе для наименования, называется сегментом. Количество битов, байтов или слов в структурной единице информации называется длиной единицы информации .

Структурные единицы информации используются в качестве меры при определении количества информации.

5. Способ преобразования информации, задаваемый с помощью конечной системы правил, называется алгоритмом . Точнее, алгоритм - совокупность предписаний, выполнение которых приводит к решению поставленной задачи. Последовательность величин, объединенных знаками операций, называется оператором , а величины, входящие в оператор, - операндами . Группа операторов, выполняемых многократно при одной реализации алгоритма, называется циклом .

Алгоритмы, реализуемые машиной, представляются на машинном языке.

Оператор машинного языка называется командой или, точнее, командой инструкцией, записанной в кодах вычислительной машины. Алгоритм, записанный с соблюдением всех ограничений, свойственных вычислительной машине, называется программой .

6. Все основные процессы по обработке информации протекают в устройстве центрального управления и арифметическом устройстве. Указанные устройства называются процессором . ЭВМ, ориентированная на решение ограниченного круга задач, называется специализированной . Предельное количество информации в битах, байтах или словах, размещаемой в памяти ЭВМ, называется емкостью памяти .

7. Надежность - свойство ЭВМ выполнять положенные на нее функции в течение заданного промежутка времени.

8. Быстродействие ЭВМ оценивается количеством операций , выполняемых машиной за 1 секунду. Список машинных операций достаточно разнообразен, и каждая операция характеризуется собственным временем выполнения.

Среднее быстродействие ЭВМ характеризуется значением:

где p i - процент операций i -го типа, выполняемых машиной в процессе реализации алгоритмов; T i - среднее время выполнения операций i -го типа.

Значения p i зависят от класса алгоритмов, для которого подсчитывается среднее быстродействие. Время выполнения операции T i связано с принципами построения схем машины и определяется в основном количеством оборудования ЭВМ.

9. Производительность ЭВМ - оценивается числом задач, решаемых на машине за достаточно большой промежуток времени. Время решения задачи определяется числом операций, выполняемых машиной, зависит от операционных ресурсов ЭВМ и емкости памяти.

10. ЭВМ применяются для выполнения расчетов и для управления реальными объектами (системами).

Задачи, связанные с выполнением расчетов, принято делить на следующие группы: а) научные и инженерно-технические вычисления; б) коммерческие задачи (обработка данных); в) нецифровые задачи. Примером нецифровой задачи является процесс трансляции перевода алгоритма с некоторого языка на машинный язык, а также задачи обработки текстов, математической лингвистики и т.п.

Принято различать системы управления реальными объектами и информационно-управляющие системы. При управлении реальными объектами ЭВМ включается в контур управления и называется цифровой управляющей машиной . Режим работы ЭВМ, характеризуемый наличием ограничений на время решения задач называется реальным масштабом времени . Условия работы в реальном масштабе времени и специфика сопряжения машины с реальной аппаратурой существенно влияют на операционные ресурсы и конструкцию машины.

Информационно-управляющие системы используются в качестве автоматизированных систем управления производством, АСУ связи, АСУ войсками и т.п. В этих системах ЭВМ применяются для обработки потоков информации, поступающих от внешних устройств (абонентов).

11. Критерий эффективности - это обобщенный показатель, характеризующий соответствие ЭВМ своему назначению.

Стоимость машинной операции

q=S(t)/N(t) [денежная единица/операция].

S(t) - затраты на амортизацию и эксплуатацию ЭВМ за время T , выраженные в денежных единицах; N(t) - количество эффективных операций, выполненных за это время.

Стоимость операции тем меньше, чем выше быстродействие ЭВМ. Максимальная эффективность достигается за счет наиболее рационального использования оборудования ЭВМ.

12. Режимы работы ЭВМ:

а) однопрограммный . В этом режиме в каждый момент времени работает только одно устройство ЭВМ, в то время как остальные простаивают в ожидании окончания начатого действия. Этот режим работы ЭВМ характеризуется низким коэффициентом использования оборудования ЭВМ, величина которого зависит от быстродействия процессора;

б) мультипрограммный . При таком режиме работы в памяти ЭВМ хранится несколько программ и выполнение одной программы может быть прервано для перехода к выполнению другой программы с последующим возвратом к прерванной программе. Для распределения ресурсов в мультипрограммной ЭВМ используется комплекс служебных программ, называемый супервизором . Такие ЭВМ называются мультипрограммными системами ;

в) способ пакетной обработки данных используется для более эффективной загрузки ЭВМ, работающей в мультипрограммном режиме. Загрузка оборудования в системе будет тем больше, чем больше размер пакета. Режим пакетной обработки рекомендуется только для решения задач по установившимся и хорошо отлаженным программам;

г) потребность в оперативной связи между пользователем и машиной привела к разработке систем разделения времени . Основу системы составляет мультипрограммная ЭВМ, которая оснащается дополнительным комплектом внешних устройств - терминалов. Терминал - устройство ввода - вывода, предназначенное для обслуживания одного человека, решающего задачи на ЭВМ. Система предоставляет каждому активному терминалу квант времени, равный секундам или долям секунды.

На тот случай, когда пользователи не полностью загружают ЭВМ, предусматривается возможность решения системой задач в режиме пакетной обработки данных.

Терминология, применяемая пользователями ЭВМ .

Абсолютный адрес . Адресная часть инструкции, определяющая действительный адрес слова в памяти.

Автокод . Язык программирования, использующий символические адреса и мнемонические инструкции (мнемоника - греч. mnemonika - искусство запоминания; совокупность приемов и способов, облегчающих запоминание и увеличивающих объем памяти путем образования искусственных ассоциаций .).

Автоматизированное проектирование . Реализация процессов проектирования при помощи автоматических средств.

Адрес . Число или другое указание, определяющее место в памяти или в другом источнике данных вычислительной машины.

Адрес инструкции . Адрес ячейки памяти, где хранится слово инструкции.

Адресная часть . Часть инструкции, определяющая адрес полностью или частично.

Алгоритм . Точное предписание, определяющее вычислительный процесс, ведущий от варьируемых начальных данных к искомому результату.

Алфавит . Конечная последовательность знаков, применяемая в системе алгоритмов или машинном языке.

Арифметическая операция . Операция, в которой операнды и результат являются числами.

Библиотека программ . Организованное собрание проверенных программ, имеющих общее применение.

Буква. Один из знаков алфавита.

Буквенно-цифровой код . Код, набор знаков которого содержит буквы и цифры.

Буквенный код . Код, набор знаков которого содержит только буквы.

Вход элемента . Точка, в которой происходит непосредственное воздействие внешнего сигнала на элемент.

Выход элемента . Точка, в которой возникает необходимая реакция элемента на воздействие внешних сигналов.

Двоичная система счисления . Система счисления с основанием два (2).

Двоичное число . Число, представленное в двоичной системе счисления.

Декодирование . Преобразование кодированных данных в исходную форму.

Десятичная система счисления . Система счисления с основанием десять (10).

Десятичное число . Число, представленное в десятичной системе счисления.

Диагностическая программа . Программа, предназначенная для определения местоположения или объяснения как неисправностей оборудования, так и ошибок в программе.

Длина слова . Количество разрядов в слове (машинном).

Зона памяти . Место в запоминающем устройстве, предназначенное для хранения группы машинных слов.

Идентификатор . Последовательность из букв и цифр.

Идентификатор сигнала . Наименование сигнала в сокращенном или символическом виде с применением условных обозначений, принятых при разработке изделия.

Инструкция . Набор знаков, определяющий частично или полностью операцию или часть процесса.

Интерпретатор . Программа, занимающаяся выполнением другой программы, транслируя каждую инструкцию входного языка в последовательность машинных инструкций.

Интерфейс ввода-вывода . Унифицированные средства сопряжения и управления различными устройствами периферийного оборудования.

Интерфейс электропитания . Совокупность электрических линий, электрических сигналов и механических средств, позволяющих соединить между собой функциональные части системы электропитания с целью обеспечения устройства электропитанием.

Канал . Устройство, с помощью которого производится обмен данными между процессором и периферийным оборудованием.

Код . Согласованный набор однозначных правил, используемых для определения способа представления данных знаками из некоторого набора знаков.

Код инструкции вычислительной машины . Код, используемый для представления инструкций вычислительной машины в машинном языке.

Код операции . Код, используемый для представления операций вычислительной машины.

Кодирование . Преобразование данных путем применения кода.

Команда . Инструкция, записанная в кодах вычислительной машины.

Компилятор . Программа, предназначенная для преобразования программ, представленных на одном языке, в эквивалентные программы, представленные на машинном языке или языке, ему подобном.

Конструктивный адрес неполный . Часть полного конструктивного адреса, в которой отсутствуют сведения о контактах и могут отсутствовать сведения об элементах электрического подключения.

Конструктивный адрес неполный, сокращенный . Часть сокращенного конструктивного адреса, в которой отсутствуют сведения о контактах и могут отсутствовать сведения об элементах электрического подключения.

Конструктивный адрес полный . Запись, которая устанавливает место расположения адресуемого уровня и принадлежащего ему контакта для электрического подключения в пределах устройства или модели ЭВМ.

Конструктивный адрес сокращенный . Запись полного конструктивного адреса, в которой часть адреса, общая для конкретно рассматриваемого множества адресуемых уровней одного порядка, не сопровождает каждый адрес, а выделяется в виде заголовка, о чем в конструкторской документации должны быть сделаны соответствующие сообщения.

Косвенный адрес . Адресная часть инструкции, определяющая ячейку памяти, в которой находится требуемый адрес.

Логическая операция . Операция, в которой операнды в результате являются одиночными цифрами.

Логическое проектирование . Этап проектирования, на котором алгоритм выполнения операций реализуются в виде функциональных схем.

Маркер . Символ, используемый для указания начала или конца некоторого набора данных.

Маска . Машинное слово, используемое для извлечения частей других машинных слов.

Моделирование . Представление определенных свойств поведения одной системы посредством действий другой, например, представление физического явления действиями вычислительных машин.

Моделирующая программа . Интерпретатор, способный выполнять программу, написанную для одной вычислительной машины, на другой машине.

Модификация адреса . Модификация, при которой изменяется только адресная часть инструкции.

Модуль памяти . Часть памяти, состоящая из некоторого числа ячеек и имеющая незаконченное конструктивное оформление.

Мультиплексный канал . Канал, в котором связь с различными абонентами происходит одновременно в режиме разделения времени.

Мультипроцессор . Система автоматической обработки данных, которая попеременно выполняет инструкции, относящиеся к различным последовательностям, причем за один шаг может выполняться более одной инструкции.

Нуль (машинный) . Последовательность знаков, воспринимаемая вычислительной машиной, как нуль.

Образец (модель) ЭВМ . Совокупность устройств, функционально объединенных между собой в вычислительную машину совместимых ЭВМ, разрабатываемых по единым техническим требованиям.

Оператор (языка) . Единица действия в языке.

Операционная система . Часть математического обеспечения, предназначенная для планирования и организации процесса обработки, ввода-вывода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программы и других вспомогательных операций обслуживания.

Операция . Действие, определенное инструкцией вычислительной машины для обработки данных.

Относительный адрес . Адрес, являющийся номером слова в некотором массиве слов.

Плата . Средство конструктивного и электрического объединения интегральных схем в плоский модуль более высокого уровня.

Позиционная система счисления . Система счисления, при которой значение каждой цифры определяется местом ее расположения в последовательности цифр, составляющих число.

Программа . Алгоритм решения задачи, заданной на каком-либо формализованном языке.

Программирование . Составление программы. Программирование также может включать в себя: анализ задачи, составление схемы алгоритмов, подготовку, проверку и запись подпрограмм, определение форматов входных и выходных данных.

Программные средства . Совокупность методов, позволяющих управлять устройством обработки данных.

Проектирование программных средств системы . Этап проектирования, на котором часть формального описания системы реализуется в виде программы.

Разряд . Каждое из положений внутри слова, которое может быть занято знаком.

Селекторный канал . Канал, работающий только в монопольном режиме.

Символ . Один из нескольких знаков, используемых для условного представления объектов.

Символический адрес . Адрес, который выбирается с точки зрения удобства программирования.

Система автоматического ведения документации . Комплекс технических программных и регламентирующих (организационных) средств, предназначенных для автоматизации учета, хранения, изменения и обращения документации.

Система счисления . Совокупность методов записи чисел.

Системное проектирование . Этап проектирования, на котором разрабатывается концепция системы.

Слово (машинное) . Последовательность, воспринимаемая устройством обработки данных как единое целое.

Слог . Группа знаков, представляющих часть машинного слова.

Структурное проектирование . Этап проектирования, на котором выбираются схемные и конструктивные решения на уровне структуры.

Структурный алгоритм . Формальное описание функционирования некоторой структуры.

Супервизор . Программа, предназначенная для организации и управления ходом работы вычислительной машины.

Схема алгоритма . Изображение программы, процесса или функционирования системы, представленное в условных графических изображениях.

Схемный алгоритм . Формальное описание функционирования схемы.

Тест . Упорядоченная совокупность входных воздействий, позволяющая обнаруживать или определять неисправность.

Тест диагностический . Тест, позволяющий определить характер и место неисправности.

Тест проверяющий . Тест, позволяющий обнаружить неисправность.

Тестовый набор . Совокупность одновременных входных воздействий, являющаяся частью теста.

Технические средства . Физические устройства вычислительной машины.

Техническое проектирование . Этап проектирования (исходной информацией для которого является формальное описание логической структуры и конструктивно-технические характеристики проектируемого изделия), предусматривающий выпуск конструкторской эксплуатационной и технологической документации.

Транслятор . Программа для перевода программ с одного языка на другой.

Трассировка соединений . Процесс получения геометрических конфигураций электрических связей.

Узел . Совокупность функционально связанных между собой элементов.

Узел конструктивный . Сборочная единица, представляющая собой конструктивно законченное изделие.

Уровень моделирования . Степень детализации описания моделируемого объекта.

Устройство . Сборочная единица, представляющая собой функционально и конструктивно законченное изделие и имеющая самостоятельное эксплуатационное назначение.

Файл . Совокупность (набор) данных, объединенных общим признаком.

Центральный процессор . Основная часть вычислительной машины (арифметическое устройство, устройство управления и оперативная память) без внешнего оборудования.

Цифра . Одиночный знак, представляющий целое число.

Цифровой код . Код, набор знаков которого содержит только цифры.

Элемент . Условная единица, которая используется при проектировании вычислительного устройства, имеет самостоятельное графическое изображение и выполняет одну или несколько функций от некоторого количества внешних сигналов.

Язык программирования . Язык, используемый программистом для представления программ.

Язык проектирования . Язык представления исходной информации для проектирования.

Список литературы .

1. Майоров С.А., Крутовских С.А., Смирнов А.А. Электронные вычислительные машины (справочник по конструированию). Под ред. С.А.Майорова. - М.: Сов. радио, 1975. - С. 9-15.

2. Советский энциклопедический словарь/Научно-редакционный совет: А.М.Прохоров (пред.). - М.: "Советская энциклопедия", 1981. - С. 152.

3. там же, - С. 400.

1. Лекция: Базовые понятия цифровой электроники

В лекции рассказывается о базовых терминах цифровой электроники, о цифровых сигналах, об уровнях представления цифровых устройств, об их электрических и временных параметрах.

Аналог или цифра?

Для начала дадим несколько базовых определений.

Сигнал - это любая физическая величина (например, температура, давление воздуха, интенсивность света, сила тока и т.д.), изменяющаяся со временем. Именно благодаря этому изменению сигнал может нести в себе какую-то информацию.

Электрический сигнал - это электрическая величина (например, напряжение, ток, мощность), изменяющаяся со временем. Вся электроника в основном работает с электрическими сигналами, хотя сейчас все больше используются световые сигналы, которые представляют собой изменяющуюся во времени интенсивность света.

Аналоговый сигнал - это сигнал, который может принимать любые значения в определенных пределах (например, напряжение может плавно изменяться в пределах от нуля до десяти вольт). Устройства, работающие только с аналоговыми сигналами, называются аналоговыми устройствами. Название "аналоговый" подразумевает, что сигнал изменяется аналогично физической величине, то есть непрерывно.

Цифровой сигнал - это сигнал, который может принимать только два (иногда - три) значения, причем разрешены некоторые отклонения от этих значений (рис. 1.1) . Например, напряжение может принимать два значения: от 0 до 0,5 В (уровень нуля) или от 2,5 до 5 В (уровень единицы). Устройства, работающие исключительно с цифровыми сигналами, называются цифровыми устройствами.

Рис. 1.1. Электрические сигналы: аналоговый (слева) и цифровой (справа)

Можно сказать, что в природе практически все сигналы - аналоговые, то есть они изменяются непрерывно в каких-то пределах. Именно поэтому первые электронные устройства были аналоговыми. Они преобразовывали физические величины в пропорциональные им напряжение или ток, производили над ними какие-то операции и затем выполняли обратные преобразования в физические величины. Например, голос человека (колебания воздуха) с помощью микрофона преобразуется в электрические колебания, затем эти электрические сигналы усиливаются электронным усилителем и с помощью акустической системы снова преобразуются в колебания воздуха - в более сильный звук.

Все операции, производимые электронными устройствами над сигналами, можно условно разделить на три большие группы:

    обработка (или преобразование);

    передача;

    хранение.

В случае аналоговых сигналов все это существенно ухудшает полезный сигнал, так как все его значения разрешены (рис. 1.2) . Поэтому каждое преобразование, каждое промежуточное хранение, каждая передача по кабелю или эфиру ухудшает аналоговый сигнал, иногда вплоть до его полного уничтожения. Надо еще учесть, что все шумы, помехи и наводки принципиально не поддаются точному расчету, поэтому точно описать поведение любых аналоговых устройств абсолютно невозможно. К тому же со временем параметры всех аналоговых устройств изменяются из-за старения элементов, поэтому характеристики этих устройств не остаются постоянными.

Рис. 1.2. Искажение шумами и наводками аналогового (слева) и цифрового (справа) сигналов

В отличие от аналоговых, цифровые сигналы, имеющие всего два разрешенных значения, защищены от действия шумов, наводок и помех гораздо лучше. Небольшие отклонения от разрешенных значений никак не искажают цифровой сигнал, так как всегда существуют зоны допустимых отклонений (рис. 1.2). Именно поэтому цифровые сигналы допускают гораздо более сложную и многоступенчатую обработку, гораздо более длительное хранение без потерь и гораздо более качественную передачу, чем аналоговые. К тому же поведение цифровых устройств всегда можно абсолютно точно рассчитать и предсказать. Цифровые устройства гораздо меньше подвержены старению, так как небольшое изменение их параметров никак не отражается на их функционировании. Кроме того, цифровые устройства проще проектировать и отлаживать. Понятно, что все эти преимущества обеспечивают бурное развитие цифровой электроники.

Однако у цифровых сигналов есть и крупный недостаток. Дело в том, что на каждом из своих разрешенных уровней цифровой сигнал должен оставаться хотя бы в течение какого-то минимального временного интервала, иначе его невозможно будет распознать. А аналоговый сигнал может принимать любое свое значение бесконечно малое время. Можно сказать и иначе: аналоговый сигнал определен в непрерывном времени (то есть в любой момент времени), а цифровой - в дискретном (то есть только в выделенные моменты времени). Поэтому максимально достижимое быстродействие аналоговых устройств всегда принципиально больше, чем цифровых. Аналоговые устройства могут работать с более быстро меняющимися сигналами, чем цифровые. Скорость обработки и передачи информации аналоговым устройством всегда может быть выше, чем скорость обработки и передачи цифровым устройством.

Кроме того, цифровой сигнал передает информацию только двумя уровнями и изменением одного своего уровня на другой, а аналоговый - еще и каждым текущим значением своего уровня, то есть он более емкий с точки зрения передачи информации. Поэтому для передачи того объема информации, который содержится в одном аналоговом сигнале, чаще всего приходится использовать несколько цифровых (чаще всего от 4 до 16).

К тому же, как уже отмечалось, в природе все сигналы - аналоговые, то есть для преобразования их в цифровые и обратного преобразования требуется применение специальной аппаратуры (аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей). Так что ничто не дается даром, и плата за преимущества цифровых устройств может порой оказаться неприемлемо большой.

Уровни представления цифровых устройств

Все цифровые устройства строятся из логических микросхем, каждая из которых (рис. 1.3) обязательно имеет следующие выводы (или, как их еще называют в просторечии, "ножки"):

    выводы питания: общий (или "земля") и напряжения питания (в большинстве случаев - +5 В или +3,3 В), которые на схемах обычно не показываются;

    выводы для входных сигналов (или ""входы"), на которые поступают внешние цифровые сигналы;

    выводы для выходных сигналов (или "выходы"), на которые выдаются цифровые сигналы из самой микросхемы.

Каждая микросхема преобразует тем или иным способом последовательность входных сигналов в последовательность выходных сигналов. Способ преобразования чаще всего описывается или в виде таблицы (так называемой таблицы истинности), или в виде временных диаграмм, то есть графиков зависимости от времени всех сигналов.

Рис. 1.3. Цифровая микросхема

Все цифровые микросхемы работают с логическими сигналами, имеющими два разрешенных уровня напряжения. Один из этих уровней называется уровнем логической единицы (или единичным уровнем), а другой - уровнем логического нуля (или нулевым уровнем). Чаще всего логическому нулю соответствует низкий уровень напряжения, а логической единице - высокий уровень. В этом случае говорят, что принята "положительная логика". Однако при передаче сигналов на большие расстояния и в системных шинах микропроцессорных систем порой используют и обратное представление, когда логическому нулю соответствует высокий уровень напряжения, а логической единице - низкий уровень. В этом случае говорят об "отрицательной логике". Иногда логический нуль кодируется положительным уровнем напряжения (тока), а логическая единица - отрицательным уровнем напряжения (тока), или наоборот. Есть и более сложные методы кодирования логических нулей и единиц. Но мы в основном будем говорить о положительной логике.

Для описания работы цифровых устройств используют самые различные модели, отличающиеся друг от друга сложностью, точностью, большим или меньшим учетом тонких физических эффектов. В основном эти модели используются при компьютерных расчетах цифровых схем. В настоящее время существуют компьютерные программы, которые не только рассчитывают готовые схемы, но способны и проектировать новые схемы по формализованным описаниям функций, которые данное устройство должно выполнять. Это довольно удобно, но ни одна программа никогда не может сравниться с человеком. По-настоящему эффективные, минимизированные по аппаратуре, наконец, красивые схемы может разрабатывать только человек, который всегда подходит к проектированию творчески и использует оригинальные идеи.

Разработчик цифровой аппаратуры тоже использует своеобразные модели или, как еще можно сказать, различные уровни представления цифровых схем. Но, в отличие от компьютера, человек может гибко выбирать нужную модель - ему надо только взглянуть на схему, чтобы понять, где достаточно простейшей модели, а где требуется более сложная. То есть человек никогда не будет делать лишней, избыточной работы и, следовательно, не будет вносить дополнительных ошибок, свойственных любой, даже самой сложной, модели. Правда, простота цифровых устройств по сравнению с аналоговыми обычно не провоцирует на чересчур серьезные ошибки.

В подавляющем большинстве случаев для разработчика цифровых схем достаточно трех моделей, трех уровней представления о работе цифровых устройств:

    Логическая модель.

    Модель с временными задержками.

    Модель с учетом электрических эффектов (или электрическая модель).

Опыт показывает, что первой, простейшей модели достаточно примерно в 20% всех случаев. Она применима для всех цифровых схем, работающих с низкой скоростью, в которых быстродействие не принципиально. Привлечение второй модели, учитывающей задержки срабатывания логических элементов, позволяет охватить около 80% всех возможных схем. Ее применение необходимо для всех быстродействующих устройств и для случая одновременного изменения нескольких входных сигналов. Наконец, добавление третьей модели, учитывающей входные и выходные токи, входные и выходные сопротивления и емкости элементов, дает возможность проектирования практически 100% цифровых схем. В первую очередь, эту третью модель надо применять при объединении нескольких входов и выходов, при передаче сигналов на большие расстояния и при нетрадиционном включении логических элементов (с переводом их в аналоговый или в линейный режимы).

Для иллюстрации работы перечисленных моделей рассмотрим работу самого простейшего логического элемента - инвертора. Инвертор изменяет (инвертирует) логический уровень входного сигнала на противоположный уровень выходного сигнала или, как еще говорят, изменяет полярность логического сигнала. Его таблица истинности (табл. 1.1) элементарно проста, так как возможно только две ситуации: нуль на входе или единица на входе. На рис. 1.4 показано, как будет выглядеть выходной сигнал инвертора при использовании трех его моделей (трех уровней его представления). Такие графики логических сигналов называются временными диаграммами, они позволяют лучше понять работу цифровых схем.

Из рисунка видно, что в первой, логической модели считается, что элемент срабатывает мгновенно, любое изменение уровня входного сигнала сразу же, без всякой задержки приводит к изменению уровня выходного сигнала. Во второй модели выходной сигнал изменяется с некоторой задержкой относительно входного. Наконец, в третьей модели выходной сигнал не только задерживается по сравнению с входным, но и его изменение происходит не мгновенно - процесс смены уровней сигнала (или, как говорят, фронт сигнала ) имеет конечную длительность. Кроме того, третья модель учитывает изменение уровней логических сигналов.

Рис. 1.4. Три уровня представления цифровых устройств

На практике разработчик, как правило, в начале проектирования пользуется исключительно первой моделью, а затем для некоторых узлов применяет вторую или (реже) еще и третью модель. При этом первая модель не требует вообще никаких цифровых расчетов, для нее достаточно только знание таблиц истинности или алгоритмов функционирования микросхем. Вторая модель предполагает расчет (по сути, суммирование) временных задержек элементов на пути прохождения сигналов (рис. 1.5). В результате этого расчета может выясниться, что требуется внесение изменений в схему.

Рис. 1.5. Суммирование задержек элементов

Рис. 1.6. Суммирование входных токов элементов

Расчеты по третьей модели могут быть различными, в том числе и довольно сложными, но в большинстве случаев они все-таки сводятся всего лишь к суммированию входных и выходных токов логических элементов (рис. 1.6). В результате этих расчетов может выясниться, что требуется применение микросхем с более мощными выходами или включение дополнительных элементов.

То есть проектирование цифровых устройств принципиально отличается от проектирования аналоговых устройств, при котором сложные расчеты абсолютно неизбежны. Разработчик цифровых устройств имеет дело только с логикой, с логическими сигналами и с алгоритмами работы цифровых микросхем. А что происходит внутри этих микросхем, для него практически не имеет значения.

Справочные данные на цифровые микросхемы обычно содержат большой набор параметров, каждый из которых можно отнести к одному из трех перечисленных уровней представления, к одной из трех моделей.

Например, таблица истинности микросхемы (для простых микросхем) или описание алгоритма ее работы (для более сложных микросхем) относится к первому, логическому уровню. Поэтому знать их наизусть каждому разработчику необходимо в любом случае.

Величины задержек логических сигналов между входами и выходами относятся ко второму уровню представления. Типичные величины задержек составляют от единиц наносекунд (1 нс = 10 -9 с) до десятков наносекунд. Величины задержек для разных микросхем могут быть различными, поэтому в справочниках всегда указывается максимальное значение. Необходимо также помнить, что задержка при переходе выходного сигнала из единицы в нуль (t PHL), как правило, отличается от задержки при переходе выходного сигнала из нуля в единицу (t PLH). Например, для одной и той же микросхемы t PLH <11 нс, а t PHL <8 нс. Здесь английская буква P означает Propagation (распространение), L означает Low (низкий уровень сигнала, нуль), а H - High (высокий уровень сигнала, единица). Количество величин задержек, определяемых справочником для микросхемы, может изменяться от двух до нескольких десятков.

Уровни входных и выходных токов, а также уровни входных и выходных напряжений относятся к третьему уровню представления.

Входной ток микросхемы при приходе на вход логического нуля (I IL), как правило, отличается от входного тока при приходе на вход логической единицы (IIH). Например, I IL = – 0,1 мА, а I IH = 20 мкА (считается, что положительный ток втекает во вход микросхемы, а отрицательный - вытекает из него). Точно так же выходной ток микросхемы при выдаче логического нуля (I OL) может отличаться (и обычно отличается) от выходного тока при выдаче логической единицы (I OH). Например, для одной и той же микросхемы I OH <– 0,4 мА,а I OL <8 мА (считается, что положительный ток втекает в выход микросхемы, а отрицательный - вытекает из него). Надо также учитывать, что разные входы и выходы одной и той же микросхемы могут иметь различные входные и выходные токи.

Для выходных напряжений логического нуля (U OL) и единицы (U OH) в справочниках обычно задаются предельно допустимые значения при данной величине выходного тока. В этом случае, чем больше выходной ток, тем меньше напряжение логической единицы и тем больше напряжение логического нуля. Например, U OH > 2,5 В (при I OH <–0,4 мА),а U OL <0,5 В (при I OL < 8 мА).

Задаются в справочниках также и допустимые уровни входных напряжений, которые микросхема еще воспринимает как правильные логические уровни нуля и единицы. Например, U IH > 2,0 В, U IL < 0,8 В. Как правило, входные напряжения логических сигналов не должны выходить за пределы напряжения питания.

В обозначениях напряжений и токов буква I означает Input (вход), буква O означает Output (выход), L - Low (нуль), а H - High (единица).

К третьему уровню представления относятся также величины внутренней емкости входов микросхемы (обычно от единиц до десятков пикофарад) и допустимая величина емкости, к которой может подключаться выход микросхемы, то есть емкость нагрузки C L (порядка 100 пФ). Отметим, что 1 пФ = 10 -12 Ф. На этом же уровне представления задаются максимально допустимые величины длительности положительного фронта (t LH) и отрицательного фронта (t HL) входного сигнала, например, t HL < 1,0 мкс, t LH < 1,0 мкс. То есть при большей длительности перехода входного сигнала из единицы в нуль и из нуля в единицу микросхема может работать неустойчиво, неправильно, нестандартно.

К третьему уровню представления можно отнести также такие параметры, как допустимое напряжение питания микросхемы (U CC) и максимальный ток, потребляемый микросхемой (I CC). Например, может быть задано

4,5 В

При этом потребляемый ток I CC зависит от уровней выходных токов микросхемы I OH и I OL . Эти параметры надо учитывать при выборе источника питания для проектируемого устройства, а также в процессе изготовления печатных плат - при выборе ширины токоведущих дорожек.

Наконец, к третьему же уровню относится ряд параметров, которые часто упоминаются в литературе, но не всегда приводятся в справочных таблицах:

    Порог срабатывания - уровень входного напряжения, выше которого сигнал воспринимается как единица, а ниже - как нуль. Для наиболее распространенных ТТЛ микросхем он примерно равен 1,3...1,4 В.

    Помехозащищенность - характеризует величину входного сигнала помехи, накладывающегося на входной сигнал, который еще не может изменить состояние выходных сигналов. Помехозащищенность определяется разницей между напряжением U IH и порогом срабатывания (это поме­хо­за­щищенность единичного уровня), а также разницей между порогом срабатывания и U IL (это помехозащищенность нулевого уровня).

    Коэффициент разветвления - число входов, которое может быть подключено к данному выходу без нарушения работы. Определяется отношением выходного тока к входному. Стандартная величина коэффициента разветвления при использовании микросхем одного типа (одной серии) равна 10.

    Нагрузочная способность - параметр выхода, характеризующий величину выходного тока, которую может выдать в нагрузку данный выход без нарушения работы. Чаще всего нагрузочная способность прямо связана с коэффициентом разветвления.

Таким образом, большинство справочных параметров микросхемы относятся к третьему уровню представления (к модели с учетом электрических эффектов), поэтому в большинстве случаев (до 80%) знать их точные значения наизусть не обязательно. Достаточно помнить примерные типовые значения параметров для данной серии микросхем.

Входы и выходы цифровых микросхем

Характеристики и параметры входов и выходов цифровых микросхем определяются прежде всего технологией и схемотехникой их внутреннего строения. Но для разработчика цифровых устройств любая микросхема представляет собой всего лишь "черный ящик", внутренности которого знать не обязательно. Ему важно только четко представлять себе, как поведет себя та или иная микросхема в данном конкретном включении, будет ли она правильно выполнять требуемую от нее функцию.

Наибольшее распространение получили две технологии цифровых микросхем:

    ТТЛ (TTL) и ТТЛШ (TTLS) - биполярная транзисторно-транзисторная логика и ТТЛ с диодами Шоттки;

    КМОП (CMOS) - комплементарные транзисторы со структурой "металл–окисел–полупроводник".

Рис. 1.7. Входной и выходной каскады микросхем ТТЛШ

Рис. 1.8. Входной и выходной каскады микросхем КМОП

Различаются они типами используемых транзисторов и схемотехническими решениями внутренних каскадов микросхем. Отметим также, что микросхемы КМОП потребляют значительно меньший ток от источника питания, чем такие же микросхемы ТТЛ (или ТТЛШ) - правда, только в статическом режиме или на небольших рабочих частотах. На рис. 1.7 и 1.8 показаны примеры схем входных и выходных каскадов микросхем, выполненных по этим технологиям. Понятно, что точный учет всех эффектов в этих схемах, включающих в себя множество транзисторов, диодов и резисторов, крайне сложен, но обычно он просто не нужен разработчику цифровых схем.

Рассмотрим сначала входы микросхем.

На первом уровне представления (логическая модель) и на втором уровне представления (модель с временными задержками) о входах микросхем вообще ничего знать не нужно. Вход рассматривается как бесконечно большое сопротивление, никак не влияющее на подключенные к нему выходы. Правда, количество входов, подключенных к одному выходу, влияет на задержку распространения сигнала, но, как правило, незначительно, поэтому это влияние учитывается редко.

Даже на третьем уровне представления (электрическая модель) в большинстве случаев не нужно знать о внутреннем строении микросхемы, о схемотехнике входов. Достаточно считать, что при подаче на вход сигнала логического нуля из этого входа вытекает ток, не превышающий I IL , а при подаче сигнала логической единицы в этот вход втекает ток, не превышающий I IH . А для правильной логики работы микросхемы достаточно, чтобы уровень напряжения входного сигнала логического нуля был меньше U IL , а уровень напряжения входного сигнала логической единицы был больше U IH .

Особым случаем является ситуация, когда какой-нибудь вход не подключен ни к одному из выходов - ни к общему проводу, ни к шине питания (так называемый висящий вход ). Иногда возможности микросхемы используются не полностью и на некоторые входы не подается сигналов. Однако при этом микросхема может не работать или работать нестабильно, так как ее правильное включение подразумевает наличие на всех входах логических уровней, пусть даже и неизменных. Поэтому рекомендуется подключать неиспользуемые входы к напряжению питания микросхемы U CC или к общему проводу (к земле) в зависимости от того, какой логический уровень необходим на этом входе. Но для некоторых серий микросхем, выполненных по технологии ТТЛ (например, К155 или КР531), неиспользуемые входы надо подключать к напряжению питания не напрямую, а только через резистор величиной около 1 кОм (достаточно одного резистора на 20 входов).

На неподключенных входах микросхем ТТЛ формируется напряжение около 1,5–1,6 В, которое иногда называют висячим потенциалом. Обычно этот уровень воспринимается микросхемой как сигнал логической единицы, но рассчитывать на это не стоит. Потенциал, образующийся на неподключенных входах микросхем КМОП, может восприниматься микросхемой и как логический нуль, и как логическая единица. В любом случае все входы надо куда-то подключать. Неподключенными допускается оставлять только те входы (ТТЛ, а не КМОП), состояние которых в данном включении микросхемы не имеет значения.

Выходы микросхем принципиально отличаются от входов тем, что учет их особенностей необходим даже на первом и втором уровнях представления.

Существуют три разновидности выходных каскадов, существенно различающиеся как по своим характеристикам, так и по областям применения:

    стандартный выход или выход с двумя состояниями (обозначается 2С, 2S или, реже, ТТЛ, TTL);

    выход с открытым коллектором (обозначается ОК, OC);

    выход с тремя состояниями или (что то же самое) с возможностью отключения (обозначается 3С, 3S).

Стандартный выход 2С имеет всего два состояния: логический нуль и логическая единица, причем оба они активны, то есть выходные токи в обоих этих состояниях (I OL и I OH) могут достигать заметных величин. На первом и втором уровнях представления такой выход можно считать состоящим из двух выключателей, которые замыкаются по очереди (рис. 1.9) , причем замкнутому верхнему выключателю соответствует логическая единица на выходе, а замкнутому нижнему - логический нуль.

Рис. 1.9. Три типа выходов цифровых микросхем

Выход с открытым коллектором ОК тоже имеет два возможных состояния, но только одно из них (состояние логического нуля) активно, то есть обеспечивает большой втекающий ток I OL . Второе состояние сводится, по сути, к тому, что выход полностью отключается от присоединенных к нему входов. Это состояние может использоваться в качестве логической единицы, но для этого между выходом ОК и напряжением питания необходимо подключить нагрузочный резистор R (так называемый pull-up) величиной порядка сотен Ом. На первом и втором уровнях представления такой выход можно считать состоящим из одного выключателя (рис. 1.9) , замкнутому состоянию которого соответствует сигнал логического нуля, а разомкнутому - отключенное, пассивное состояние. Правда, от величины резистора R зависит время переключения выхода из нуля в единицу, что влияет на задержку t LH , но при обычно используемых номиналах резисторов это не слишком важно.

«Первый компьютер» - Спиральная Логарифмическая Линейка. 10. Костяшки на прутьях для вычислений Используется в Азии! Вильям Шиккард (1592-1635). 18. Таненбаум Э. С. “Архитектура компьютера. (5-е изд.)” Санкт-Петербург, 2006, 848 стр. 13. Механические Дифференциальные Решатели. Логарифмические Линейки. План курса (1). XIX Век.

«История ЭВМ по информатике» - Литература. Средние. Macintosh. Основные этапы технологического процесса в информационных системах. Компьютеры пятого поколения. Большие эвм. Для вузов,-М.:ВШ,1999-511 с. 2. Информатика, учеб./ под ред. Компьютеры второго поколения. Перфокарта. Электронная лампа. Такие машины являются специализированными, т.е. решают узкий круг однотипных задач.

«Поколения компьютера» - Машины второго поколения. ЭВМ первого поколения. Первые счетные устройства. ЭВМ пятого поколения. ЭВМ третьего поколения. Есть ли предел совершенству? От абака до компьютера. ЭВМ четвертого поколения. ? Компьютер будущего облегчит и упростит жизнь человека ещё в десятки раз. Когда персональные компьютеры стали доступны простому обывателю?

«ЭВМ поколения» - Ключевое решение в ПО: универсальные языки программирования, трансляторы; Режимы работы ЭВМ: однопрограммный; Быстродействие: 103-104; Количество в мире: десятки; Цель использования: научно-технические расчеты. Период времени: с 1980; Элементная база: большие интегральные схемы; Основной тип ЭВМ: микро; Устройства ввода: цветной графический дисплей, сканер, клавиатура; Устройства вывода: графопостроитель, принтер; Внешняя память: магнитный и оптический диски;

«История ЭВМ» - XIX век. Быстродействие – сотни тысяч – 1 млн. оп./с. Элементная база – активные и пассивные элементы. С 1974 года до наших дней. БЭСМ (Большая Электронная Счетная Машина). XX век. 1968 - 1973 года. Кусайло Ольга Викторовна, МОУ «Старополтавская СОШ». Древнегреческий абак.

«Компьютерные машины» - Что же такое «ИНФОРМАТИКА»??? Советский союз. ©Составитель: Симон Т.Н, г. Ачинск. 1774 г. – Первая массовая «счётная машина» - механический калькулятор. Выполняла сложение и вычитание с 7 – значными числами. Интернет. Законы. HACKER /хакер/. Информация Общение Игра Как же появился Интернет??? Наука, которая изучает.

Всего в теме 44 презентации

Все больше людей, сегодня применяют цифровые технологии, ведь они предназначены для более простой и быстрой передачи данных. Это приводит к тому, что аналоговые технологии впадают в «немилость». Однако те, кто планирует перестроить свои системы и хочет применять только цифровые технологии, должны все же учитывать тот факт, что те и другие технологии имеют свои преимущества и естественно недостатки.

Существую такие области, в которых необходимо применения цифровых технологии, например, цифровая видеозапись . Конечно же, легче будет управлять изображениями, которые записаны на жесткий диск, так как они более компактные и облегчают доступ ко всякой информации. Для того чтобы создать инновационные комфортные видеорегистры, крупные компании, которые изготовляют цифровое оборудование вкладывают большие средства.

Цифровые технологии сегодня

Что же собой представляют цифровые технологии и что они могут дать человеку? Прежде всего, это возможность безграничного доступа к большому объему разнообразной информации. Любой пользователь интернета в считанные минуты может найти буквально любую новость или нужную информацию. Например, если вам нужна какая-либо помощь, с использованием цифровых технологий вы можете найти ее, даже если вам необходима прочистка канализации, то вы можете найти услугу, зайдя на сайт http://zasor.com.ua/ . Такая возможность оказывает большое влияние на источники информации, но нужно заметить, что традиционные носители не теряют своих позиций. Однако, все виды СМИ уже давно используют передовые разработки .

IP-технологии

В данный момент очень бурно и активно разрываются IP-технологий, и именно они обеспечивают высокоскоростной доступ в . Таким образом, можно сказать, что будущее СМИ представляется, как Интернет-ресурс. Интернет технологии сегодня с уверенностью вошли в жизнь. Они все развиваются и шагают вперед . Сети, которые работают на основе протокола межсетевого, представляет собой прекрасное решение, которое позволяет пользователям следить за активностью различных площадках. Это особенно может дать преимущества компании, которая имеет сеть офисов по всему миру. Если одновременно использовать цифровые и аналоговые технологии, то будет возможность повысить качество функционирования уже имеющегося оборудования.