3-ma’ruza mavzu Raqamli qurilmalar Reja Raqamli qurilmalarning (1)

Mavzu: Raqamli qurilmalar elementlari
Reja:
1. Raqamli qurilmalarning vazifalari.
2.
Raqamli
integral
sxemalarning
asosiy
xarakteristikalari
va
ko‘rsatgichlari.
1. Raqamli qurilmalarning vazifalari.
Har qanday raqamli qurilmalarning eng oddiydan eng murakkablarigacha
har doim bir xil tamoyilda ish olib boradi (5.1-chizma). U kirish signalini qabul
qiladi, ularga ishlov berishni bajaradi, uzatadi, saqlaydi va chiqish signallarini
hosil qiladi. Shu bilan bir qatorda, kirishdagi signalning har qanday о‘zgarishi
chiqishdagi signalni darxol va albatta о‘zgarishiga olib kelishi shart emas.
Qurilmaning bunga javoban eʻtibori juda murakkab bо‘lishi mumkin, vaqt
bо‘yicha qoldirilgan, payqab bо‘lmaydigan, lekin mohiyati bu bilan о‘zgarib
qolmaydi. Misol tariqasida keltirilgan sxemada kirish signali sifatida boshqa
raqamli qurilmalarning chiqishlari, о‘chirib yoquvchi moslama yoki fizik
kattaliklar datchigi bо‘lishi mumkin. Aytgandek, oxirgi xolda, odatda datchikdan
olinadigan uzluksiz (analog) signalni analog-raqam о‘zgartiruvchi qurilma
(ARО‘Q) yordamida (5.2-chizma) raqamli kod oqimiga о‘zgartirish kerak bо‘ladi.
Masalan, shaxsiy kompyuter bо‘lgan holda kirish signali bо‘lib klaviaturadan,
sichqonchaning siljishi datchigidan, mikrofondan (havo bosimi, yani tovush,
analogli elektor signaliga о‘zgartiriladi sо‘ng raqamli kodga о‘zgartiriladi),
mahalliy tarmoq kabellaridan va hokazo beriladigan signallar bо‘lishi mumkin.
Raqamli qurilmalarining chiqish signallari boshqa raqamli qurilma kirishiga,
ekranda aks ettirish uchun indikatorlarga berilishi va shuningdek fizik kattaliklarni
hosil qilish uchun mо‘ljallangan bо‘lishi mumkin. Oxirgi holda raqamli
qurilmadan kelayotgan kod oqimlarini raqam-analog о‘zgartiruvchi qurilma
(ARО‘Q) yordamida uzluksiz (analogli) signallarga (5.2-chizma) va fizik
kattaliklarga о‘zgartirish kerak bо‘ladi. Masalan, kompyuter bо‘lgan holda chiqish
signali bо‘lib, kompyuter tomonidan printerga beriladigan signal, videomonitorga
beriladigan signallar, tovush karnagida (kolonkadan) hosil qilinadigan tovushlar
(kompyuterdagi kod oqimi analogli elektor signaliga о‘zgartiriladi, sо‘ng uni
havoning bosimiga о‘zgartiriladi – tovushga ). Bitta raqamli qurilma bir nechta
ancha oddiy raqamli qurilmadan tashkil topishi mumkin. Kо‘pincha bu tashkil
etuvchi elementlarni bloklar, modullar, uzellar va qismlar deb ataydilar. Agarda bir
necha murakkab raqamli qurilmalar birlashtirilsa, u holda raqamli tizimlar,
tо‘plamlar haqida gap ketishi mumkin. Biz asosan “qurilma” atamasini ishlatamiz,
u oraliq holatni egallaydi.
Raqamli
qurilma
(ishlov
berish,
saqlash,
uzatish).
Raqamli kirish
signallari
Uzuliksiz kirish
signali (analog)
ARО‘
Raqamli chiqish
signallari
RAО‘
Uzliuksiz chiqish
signali (analog)
5.1-chizma. Raqamli qurilmani ulanishi.
U
ARО‘
1111
1100
RAО‘ U
1001
0110
0011
0000
t
t
5.2-chizma. Analog-raqam va raqam- analog о‘zgartirish.
Kirish va chiqish signallari о‘rtasidagi bog‘liqlik qattiq, о‘zgarmas yoki
о‘zgaruvchi moslashuvchan (yani dasturiy) bо‘lishi mumkin. Yaʻni raqamli
qurilmalar qattiq bir marotaba butunlayga о‘rnatiladigan algoritm bо‘yicha yoki
dasturlanuvchi algoritm bо‘yicha ishlashi mumkun. Odatda, bunda bitta juda oddiy
tamoyil bajariladi: kirish va chiqish signallari bog‘lanishini
qancha kо‘p
о‘zgartirish uchun imkoniyat bо‘lsa, ishlash algoritmini о‘zgartirish imkoniyati
qancha kо‘p bо‘lsa, raqamli qurilma shuncha sekin ishlaydi. Bu holda gap, albatta,
erishish mumkin bо‘lgan tezlik haqida bormoqda.
Boshqacha qilib aytganda, ishlashi qattiq mantiqda bajarilgan oddiy
qurilmalar
har
doim
dasturlanuvchi,
moslashuvchi
murakkab
algoritmli
qurilmalardan tez ishlaydigan qilib bajarilishi mumkun. Qattiq mantiq shuningdek
oddiy funksiyalarni joriy etilishi uchun apparatlarni kam sarflanishini ta’minlaydi.
Lekin dasturlanuvchi, intellektual qurilmalar murakkab ishlov berish zarur bо‘lgan
hollarda ancha yuqori moslashuvchanlikni va moliyaviy kam xarajatni ta’minlaydi.
Oddiy funksiyalarni joriy etilishi uchun ular kо‘pincha resurslarini ortiqchaligi
yuqori va murakkablik qiladilar. Bu ikki raqamli qurulma turlaridan birini
tanlashda, hal qilinishi kerak bо‘lgan aniq masalaning murakkablik darajasiga
etibor berish kerak va unga bog‘liq bо‘ladi.
Kо‘pchilik masalalar faqat apparat usulida yechilishi mumkin (“qattiq
mantiq” li qurilmalar yordamida) va shuningdek dasturiy – apparat usulda
(dasturlanuvchi qurilmalar yordamida). Bunday hollarda qurilmaning qaysi
kо‘rsatgichlari eng muxumligiga etibor berish kerak bо‘ladi: ishlash tezligi, narxi,
moslashuvchanligi, loyihalashtirishning murakkablik darajasiga va hokazo.
Shundan kelib chiqqan holda u yoki bu yechimni qabul qilish kerak, lekin baribir
dasturiy ta’minot bilan apparat qismi о‘rtasida vazifalarni qayta taqsimlanadi.
Ushbu kitobda asosiy etiborni qattiq mantiqli qurilmalarga va ularni tashkil
etuvchilariga qaratiladi. Biroq ularni ishlash tamoyillarini bilish va ularni
loyihalashtirish
jarayonini
о‘rganish,
dasturlanuvchi
hamda
intellektual
qurilmalarni yaratishda katta yordam kо‘satishi mumkin.
2 Raqamli integral sxemalarning asosiy xarakteristikalari va kо‘rsatgichlari
Raqamli integral sxemalarning (RIS) ishga layoqatligini aniqlovchi kо‘p
sonli turli xarakteristikalari mavjud va ularni ma’lum usullarda hisoblanadi yoki
о‘lchanadi. RIS xarakteristikalari statik va dinamikka bо‘linadi. Keltirilgan
xarakteristika bо‘yicha RIS statik va dinamikka kо‘rsatgichlari aniqlanadi.
Statik xarakteristika va kо‘rsatgichlar. Asosiy statik xarakteristikalarga
quiydagilar kiradi: kirish, о‘tish va chiqish. 5.3-chizmada RIS asosiy statistik
xarakteristikalarini olish uchun sxema keltirilgan.
RIS kirish xarakteristikasi – kirish tokini 𝐼𝑘𝑟 kirish kuchlanishiga 𝑈𝑘𝑟
bog‘liqligi, yani 𝐼𝑘𝑟 = 𝑓1 (𝑈𝑘𝑟 ).
Bu xarakteristika RIS kirishlaridan biri 𝑥1 uchun о‘lchanadi, qolgan kirishlar
esa zanjirdagi 𝑈1 yoki 𝑈 0 qiymatli kuchlanishga ulanadi, element chiqishida
berilgan yuklama soni 𝐾𝑡𝑎𝑟 ta’minlangan bо‘lganda. Bu xarakteristikadan
0
1
0
1
kirishdagi mantiqiy nol 𝐼𝑘𝑟
va bir 𝐼𝑘𝑟
toklarini kuchlanish qiymati 𝑈𝑘𝑟
va 𝑈𝑘𝑟
mos bо‘lganda aniqlanadi.
RIS о‘tish xarakteristikasi –
chiqish kuchlanishini 𝑈𝑐ℎ𝑖𝑞
kirish
kuchlanishiga bog‘liqligi 𝑈𝑘𝑖𝑟 , yani 𝑈𝑐ℎ𝑖𝑞 = f (𝑈𝑘𝑖𝑟 ).
U1(U0)
IKir,
Х1
IChiq.
RIS1
mA2
mA1
+
KTar.
RIS3
V1
UМ
V1
RIS2
RIS
UChiq,
Хn
Xi
X2
-
UKir,
5.3-chizma. RIS asosiy statistik xarakteristikalarini olish uchun sxema
keltirilgan.
Bu xarakteristika RIS kirishlaridan biri 𝑥1 uchun о‘lchanadi, qolgan kirishlar
esa zanjirdagi 𝑈1 yoki 𝑈 0 qiymatli kuchlanishga ulanadi, element chiqishida
berilgan yuklama soni 𝐾𝑡𝑎𝑟 ta’minlangan bо‘lganda. Bu xarakteristikadan 𝑈1 yoki
𝑈 0 qiymatlarini, mantiqiy о‘tish kuchlanishini ∆ 𝑈𝑚 = 𝑈1 - 𝑈 0 , ostona
kuchlanishini 𝑈𝑜𝑠𝑡 va xalalga chidamlilik kо‘rsatgichlarini aniqlanadi.
RIS chiqish xarakteristikasi – chiqish tokining 𝐼𝑐ℎ𝑖𝑞 chiqish kuchlanishiga
𝑈𝑐ℎ𝑖𝑞 bog‘liqligi, yani 𝐼𝑐ℎ𝑖𝑞 = f (𝑈𝑐ℎ𝑖𝑞 ).
Xarakteristika elementning ikki holati uchun olinadi: 1) chiqishda –
0
1
kuchlanish qiymati 𝑈𝑐ℎ𝑖𝑞
; 2) chiqishda – kuchlanish qiymati 𝑈𝑐ℎ𝑖𝑞
. Chiqish
kuchlanishini 𝑈𝑐ℎ𝑖𝑞 olish uchun qutubi va qiymati о‘zgaruvchi tashqi ma’nba
0
1
±𝑈𝑖𝑝 ishlatiladi. Bu xarakteristikadan mantiqiy nolning 𝐼𝑐ℎ𝑖𝑞
va 𝐼𝑐ℎ𝑖𝑞
birning
chiqish toklari kuchlanishning qiymatlari
0
𝑈𝑐ℎ𝑖𝑞
va
1
𝑈𝑐ℎ𝑖𝑞
mos bо‘lganda
olinadi.
Asosiy statik kо‘rsatgichlarga quydagilar kiradi:
mantiqiy birning kuchlanishi 𝑈1;
mantiqiy nolning kuchlanishi 𝑈0 ;
elementning ostona kuchlanishi 𝑈𝑜𝑠𝑡 (𝑈𝑜𝑠𝑡 - kirish kuchlanishi, bu
kuchlanishdan ozgina u yoki bu tomonga о‘zgarishi elementning chiqishida “1”
xolatdan “0” xolatga yoki teskarisiga о‘tishga olib keladi);
1
mantiqiy birning kirish toki 𝐼𝑘𝑖𝑟
;
0
mantiqiy nolning kirish toki 𝐼𝑘𝑖𝑟
;
0
mantiqiy nolning chiqish toki 𝐼𝑐ℎ𝑖𝑞
;
1
mantiqiy birning chiqish toki 𝐼𝑐ℎ𝑖𝑞
;
mantiqiy о‘tish kuchlanishini ∆ 𝑈𝑚 = 𝑈1 - 𝑈 0 ;
statik xalalning kuchlanishi – element ishini о‘zgartirmaydigan eng katta
kuchlanish;
kirish qarshiligi 𝑅𝑘𝑟 = ∆𝑈𝑘𝑟 /∆𝐼𝑘𝑟 ;
chiqish qarshiligi 𝑅𝑐ℎ𝑖𝑞 = ∆𝑈𝑐ℎ𝑖𝑞 /∆𝐼𝑐ℎ𝑖𝑞
;
mantiqiy nol xolda istemol quvvati 𝑃𝑖0 ;
mantiqiy bir xolda istemol quvvati 𝑃𝑖1 ;
istemolning о‘rtacha quvvati 𝑃𝑖.о‘𝑟 = (𝑃𝑖0 + 𝑃𝑖1 )/2 (bitta element uchun);
ma’nba kuchlanishi 𝑈𝑚𝑎𝑛
(qiymati beriladi, undan chekinish silkinish
(pulsatsii) kattaligi);
ishchi temperatura chegarasi t, ℃ ;
kirish bо‘yicha birlashtirish koeffitsiyenti 𝐾𝑏𝑖𝑟𝑙 – element kirishlarini
maksimal sonini aniqlaydi (mantiqiy kengaytirish kirishlarini xisobga olingan
xolda). VA kirishi bо‘yicha birlashtirish koeffitsiyenti 𝐾𝑏𝑖𝑟𝑙.𝑉𝐴 va YOKI kirishi
bо‘yicha birlashtirish koeffitsiyenti𝑔𝑎 𝐾𝑏𝑖𝑟𝑙.𝑌𝑂𝐾𝐼 ajratiladi.
Chiqish bо‘yicha tarqalish koeffitsiyenti 𝐾𝑡𝑎𝑟. (yuuklama xususiyati) bir xil
elementlarning kirishlar sonini xarakterlaydi, ular element chiqishiga ulanishi
mumkun. Yuklamaning soni kо‘payishi bilan RIS ning ba’zi kо‘rsatgichlari
yomonlashadi: tezligi, shovqinga chidamligi kamayadi, istemol quvvati oshadi.
Dinamik
kо‘rsatgich
va
xarakteristikalari.
kirish
va
chiqish
signallarining ossilogrammasi va elementning asosiy dinamik kо‘rsatgichlari
keltirilgan. Keltirilgan ossilogramma invertlovchi 2VA-YО‘Q, YOKI-YО‘Q
turidagi element uchun berilgan. Invertlovchi element yoqiq hisoblanadi qachonki,
uning chiqishida “0” qiymat bо‘lsa va о‘chiq hisoblanadi chiqishida “1” qiymat
bо‘lsa.
Asosiy dinamik kо‘rsatgichlarga quyidagilar kiradi:
mantiqiy “1” holatdan mantiqiy “0” holatga о‘tish vaqti - 𝑡 1,0 ;
mantiqiy “0” holatdan mantiqiy “1” holatga о‘tish vaqti - 𝑡 0,1 ;
1,0
yoqilishni ushlanish vaqti - 𝑡𝑢𝑠ℎ
;
0,1
о‘chishni ushlanish vaqti - 𝑡𝑢𝑠ℎ
;
1,0
yoqilishda tarqalishni ushlanish vaqti - 𝑡𝑡.𝑢𝑠ℎ
;
0,1
о‘chishda tarqalishni ushlanish vaqti - 𝑡𝑡.𝑢𝑠ℎ
;