Введение в схемотехнику

«Вжух» и получился компьютер

Александр СурковMicrosoft MVP, IoT Community Leader

Начнем с самого простого…

Шутка

Булева АлгебраОснова всех основ.Операции:•И•ИЛИ •НЕ•XOR

Вернемся к транзисторамТТЛ версия И-НЕ

И тут же о них забудемЭлемент И-НЕ

Булева АлгебраОснова всех основ.Операции:•И•ИЛИ •НЕ•XOR

Базовые элементы

Базовые элементы

Способы создания И-НЕ•ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика; •МДП – металл-диэлектрик-полупроводник (иногда называют: МОП – металл- оксид-полупроводник); •КМДП – комплементарные схемы МДП (МОП); •ЭСЛ – эммитерно-связная логика; •ИИЛ (И2Л) – интегрально-инжекционная логика.

Работает не мгновенно

Гонки и Синхронизация

Тригеры

ТриггерыТриггером называют логическую схему с положительной обратной связью, способную формировать 2 устойчивых состояния на своих выходах Q и не Q, изменения которых происходит под действием входных сигналов. Предназначен в основном для хранения одного бита информации, т.е. логических «0»или «1». Схема триггера обеспечивает запись, считывание, хранение и стирание двоичной информации.

Асинхронный RS триггер

Синхронный RS триггер

D триггер – запоминание входа

T триггер – счетный триггер

JK триггер – Универсальный триггер

JK триггер – Универсальный триггерJ – как S (set)K – как R (reset)J+K – как TНа базе JK триггера можно сделать все остальные

Мешаем-мешаем…

Шифраторы и Дешифраторы•Дешифратором (или говорят еще декодером) называют кодирующее устройство, преобразующее двоичный код в унарный (десятичный).•Шифраторы осуществляют преобразование десятичных чисел в двоичный код, т.е. выполняют функцию обратную дешифратору

Дешифратор – сигнал по шифру

Мультиплексор – включить сигнал по номеру

РегистрыРегистром называют группу или линейку запоминающих элементов (чаще триггеров), предназначенных для: записи, хранения, сдвига, выдачи двоичного слова.

РегистрыРегистры могу выполнять операции: •Установка (сброс) в исходное (нулевое) состояние. •Запись параллельного кода (всех разрядов одновременно). •Запись последовательного кода (разряд за разрядом). •Хранение записанного слова. •Сдвиг хранимого кода вправо или влево. •Выдача (считывание) хранимого слова в последовательном или параллельном коде. •Поразрядные логические операции.

Параллельный регистр

Последовательный (сдвиговый) регистр

СчетчикиСчетчики могут выполнять операции: •Установка в «0».•Запись входных импульсов (информации).•Хранение информации.•Инкремент – увеличение хранящегося кода на «1».•Декремент – уменьшение хранящегося кода на «1».•Деление частоты входных сигналов.

Суммирующий счетчик

Вычитающий счетчик

КомпараторыКомпаратор – это узел для сравнения двух чисел. Простейший компаратор сравнивает 2 числа (слова) А и В и выдает однобитовый сигнал: при равенстве А=В - 1, при неравенстве – 0.

Компаратор

Еще чуть-чуть…

Блок логических операций

Сумматор

Сумматор

Самое главное – АЛУ

Важнейший постулатВычитание, деление и умножение в двоичном коде можно сделать через сложение.

Арифметико-логическое устройствоALU – функционально законченный узел процессора ЭВМ, предназначенный для выполнения арифметических и логических операций по обработке информации. Основные операции, выполняемые ALU: •Арифметические (все они сводятся к сложению), до 50% от всех выполняемых операций. •Логические (до 16 операций – до 45% от всех выполняемых операций).•Остальные 5% - операции управления.

Арифметико-логическое устройство

Итак что у нас есть•Элемент И-НЕ - на основе транзистора•Булевы элементы – логические операции на основе И-НЕ•Триггер – единица памяти на основе булевых элементов•Регистр – Набор триггеров для хранения данных•Шифратор, дешифратор, мультиплексор – управляющие сигналы•Сумматор – математические операции над числами

Что еще нужно для жизни ? Вышеперечисленное позволяет создать простейший компьютер в домашних условиях.Стив Джобс и Стив Возняк создавали первые компьютеры именно так!

Хотите знать больше про Internet of Things?Присоединяйтесь к нам!IoT Community:

•https://www.facebook.com/groups/RU.IoT.Community/•http://vk.com/iot_community•https://www.meetup.com/Moscow-Internet-of-Things-Community

/

«Вжух» и получился компьютерАлександр Сурков, Microsoft MVP, IoT Community leader@AOSurkov