Данное пособие подойдёт для студентов первых курсов, обучающихся по направлению "Электроника" и смежных с ним специальностей, а также для начинающих радиолюбителей и схемотехников.
В пособии будет представлена необходимая базовая теория и практические задачи для её закрепления.
Ссылки на полное оглавление пособия, на предыдущую на следующую главы.
Приятного чтения!
Цифровая система – это технологические средства, выполняющие законченный процесс обработки цифровой информации, включающий её цифровой приём, необходимые преобразование и хранение, обработку и выдачу.
Появление микроэлектроники позволило развивать компьютеры дальше. Чтобы спроектировать Большие (до 10 тыс. элементов в кристалле) и Сверхбольшие интегральные схемы (более 10 тыс. элементов в кристалле) необходимо определить способ предоставления информации и данных, а затем – методы обработки информации и данных в зависимости от выбранного типа представления информации.
Основные характеристики – напряжения и токи – являются непрерывными величинами, а в математике непрерывная величина выражается через действительные числа. Если напряжения и токи представить через действительные числа, то можно проводить исчисления с помощью собственных характеристик систем. В этом случае можно легко реализовать функцию сложения и вычитания. Также легко можно реализовать операции дифференцирования и интегрирования.
Непрерывные величины, такие как напряжения и токи – аналоговые величины. Метод представления действительных чисел через токи и напряжения – метод аналоговых вычислений. Этот метод технически очень просто реализуем и нашёл своё применение благодаря быстродействию и простоте. Однако, на сегодняшний день его уже не применяют.
Число, представляемое аналоговой величиной, недостаточно стабильное и не может быть задано и измерено достаточно точно. Длительность хранения информации очень мало. Требуются большое число операций с учётом технологической точности используемых элементов, причём погрешность только одной операции составляет 10 в (-4) степени. Поэтому используется представление в цифровом виде.
Чтобы использовать величины U для представления информации, выбирают несколько пороговых напряжений. В соответствии с этим весь диапазон напряжений разбивают на конечное число зон. Если напряжение в пределе зон, то считается, что это напряжение представляется собой некоторое определённое оговорённое значение. Если напряжение находится около центра зоны, то является наиболее стабильным к помехам, возмущениям и т.д. Если напряжение отклонилось от центра зоны, то оно может быть восстановлено при помощи систем восстановления уровня.
При аналоговом представлении чисел такой подход невозможен, так как неизвестно, к чему восстанавливать.
С помощью средств восстановления уровня можно обеспечивать длительное и стабильное хранение информации, представленной в цифровом виде, которое устойчиво ко всякого рода помехам и возмущениям. Однако, основой современных цифровых систем является принцип представления величин с помощью двух состояний (1 и 0). Этот принцип легко реализуется путём введения в систему одного порогового напряжения. Получается, что конкретная величина напряжения уже не важна. Важно лишь то – больше оно или меньше порогового напряжения. Если 1 – то выше порогового, если 0 – ниже. Системы с 1 называют положительной логикой, а с 0 – отрицательной логикой.
