Digitális technika

Digitális technika alapjai

Amiről tanulunk

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

I.) Digitális technika alapjai I.I.) Bináris kódok, digitális kódolás

• Analóg jelek digitális jelekké történő átalakítása:

I.I.) Bináris kódok, digitális kódolás

• Bináris számrendszer: 1 helyértéken 2 féle szám: 0 / 1

• Decimális számok bináris reprezentációja:233D = 128 + 64 + 32 + 8 + 1 = 27 + 26 + 25 + 23 + 20 = 11101001B

• Bináris helyértékek számának megadása bitben

I.II.) Logikai algebra alapműveletei

• Logikai függvény: kapcsolás ki-, és bemenete között teremt kapcsolatot

• ÉS kapcsolat: Q=1 ↔ E1=1 és E2=1Q = E1*E2

• VAGY kapcsolat: Q=0 ↔ E1=0 és E2=0Q = E1 + E2

• INVERTÁLÁS: Q=1 ↔ E=0Q = E

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

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

I.III.) Alap áramkörök II

• Antivalencia: Q = E1 * E2 + E1 * E2

• Ekvivalencia: Q = E1 * E2 + E1 * E2

I.IV.) Digitális áramkörökben alkalmazott kimenetek

• Totem pole (ellenütemű)

• Open collector (nyitott kollektoros)

• Tri-state (3 állapotú)

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

I.V.) Áramkör családok, jelszintek II

CMOS áramkör családok:

• 1971: CD4XXXA, majd CD4XXXB: 100ns

• SN74HC: 10ns

• SN74HCT: TTL kompatibilitás

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)

I.V.) Áramkör családok, jelszintek IV

Jelölés Tápfesz[V]

Telj. felv.[mW/k]

Késl.

[ns]

Frekv.

[MHz]

74 5 10 10 20

74H 5 22 6 30

74L 5 1 33 3

74AS 5 15 1.7 150

74LS 5 2 9.5 40

74ALS 5 1 4 40

CMOS 3-15 0.001-0.02 25-60 10

74HC 2-6 0.001-10 8-10 60

74HCT 5 0.001-10 8-10 60

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

I.V.) Áramkör családok, jelszintek VITTL NAND kapu felépítése

I.V.) Áramkör családok, jelszintek VIICMOS NAND kapu felépítése

I.VI.) Logikai függvények egyszerűsítése

• Algebrai egyszerűsítéssel

• Karnaugh-táblával: 5 változóig

• Quine – Mc Cluskey: „akárhány” változóig

I.VII.) Kódok

• Kódolás -> reprezentáció váltás

• Bináris (0 / 1):– BCD– GRAY– Vonalkódok

• Hexadecimális (0 - F), oktális (0 - 8)

• Alfanumerikus

I.VIII.) Multiplexerek, demultiplexerek

I.VIII.) Multiplexerek, demultiplexerek

I.IX.) Digitális komparátorok